為揭示干燥方式對糞污厭氧殘余物化學性質的影響，文中開展了真空冷凍干燥、風干干燥和熱風干燥對糞污pH值、氨氮、總氮、含鹽量、總有機碳和溶解性有機碳的影響，對客觀認識糞污理化性質和糞污厭氧殘余物干燥方式的優選提供依據。

研究結果顯示真空冷凍干燥處理方式各化學指標相比于風干干燥和熱風干燥方式數值較大，表明真空冷凍干燥處理過程能夠維持糞污厭氧殘余物化學形態和較高的含量。

在此基礎上，比較發現真空預凍3 h和預凍6 h對各化學指標的影響差異不顯著。建議真空冷凍干燥并且預凍3 h作為糞污厭氧殘余物相對較適宜的干燥方式，不僅能夠較少地破壞糞污化學性質，同時具有操作簡便、節省時間等優點。

前言

糞污厭氧殘余物是沼氣發酵后剩余的半固體物質，含有豐富的有機質、腐植酸、氨基酸、氮、磷、鉀和微量元素，還田施用能夠提高土壤肥力、改善土壤結構，增強土壤持續生產能力。干燥是糞污厭氧殘余物最主要的初級處理方式，糞污厭氧殘余物干燥有利于原料的保存、深度處理和進一步的科學研究。而不同干燥方式對糞污厭氧殘余物的理化性質影響巨大，選擇適宜的干燥方式對于優化資源化處理方案和科學技術研究具有一定的意義。

傳統的干燥方式如風干或日曬方式能耗低、設備投入少，但干燥時間長，產品性質變化較大。近年較多采用的方式是熱風干燥或熱泵干燥，以及熱風或熱泵輔助其他方式干燥，這種方式干燥周期短，但能耗高、設備投入多。最近新興起的真空冷凍干燥技術被廣泛地應用到生物、醫藥和食品領域。Oddone等研究表明真空冷凍干燥促進大冰晶的形成，加速了冰的升華并減緩了解吸過程。Dong等發現真空冷凍干燥能夠很好地保存咖啡豆有機酸和單不飽和脂肪酸。

目前糞污厭氧殘余物常用干燥方式有風干干燥、熱風干燥、微波凍干和真空冷凍干燥等，綜合比較不同干燥方式對糞污厭氧殘余物理化性質的研究還較少，而真空冷凍干燥方式對糞污厭氧殘余物干燥效果也還未見報道。

本文擬通過比較真空冷凍干燥、風干干燥和熱風干燥等方式對糞污厭氧殘余物理化性質差異，并在此基礎上優化真空冷凍干燥預凍時長，從而提出糞污厭氧殘余物干燥方式，為更加準確地揭示糞污化學形態與含量，以及為科學研究開展和干燥方式的優選提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

糞污厭氧殘余物采自天津寧河種豬場規模化養殖能源環境工程中全混式沼氣發酵工程（CSTR），該工程有效反應容積500 m3，以豬糞和水為原料，日消耗糞便10 t，糞污厭氧殘余物產出量為2.05 t·d-1，該沼氣發酵工程長期穩定運行。糞污厭氧殘余物基本理化性質為含水量88.84%，pH值8.84，銨態氮（NH4+-N）31 mg·g-1，全氮（TN）41.93 mg·g-1，溶解性有機碳（DOC）7.43 g·kg-1，總有機碳（TOC）507.68 g·kg-1，含鹽量0.05%。

1.2儀器與設備

FD系列冷真空冷凍干燥機；2XZ-4型旋片式真空泵；DGG-9240B型電熱恒溫鼓風干燥機；DELTA320 pH計；DDSJ-308A電導率儀；KDY-9810凱氏定氮儀；VarioTOC測定儀。

1.3試驗設計

1.3.1試驗處理

1.3.1.1不同干燥方式對糞污厭氧殘余物理化性質的影響

真空冷凍干燥（Vacuum Freeze Drying，VFD）：真空冷凍干燥機干燥。稱取500 g新鮮均勻糞污厭氧殘余物均勻覆蓋在物料盤中，厚度不超過10 mm，放入冷阱預凍6 h之后，將冷凍的糞污厭氧殘余物移入真空冷凍干燥室，腔內壓強3~4 Pa，低溫-80℃，連續干燥24 h至恒重。

風干干燥（Air Drying，AD）：自然風干干燥。稱取500 g新鮮均勻糞污厭氧殘余物均勻平鋪在物料盤中，放置在空曠遮光的板房內，平均室溫8℃，連續干燥一周至恒重。

熱風干燥（Heat Air Drying，HAD）：電熱干燥箱干燥。稱取500 g新鮮均勻糞污厭氧殘余物均勻平鋪在鐵盤中，熱風溫度80℃，連續干燥8 h至恒重。

3種不同干燥處理均設置3次重復。

1.3.1.2 VFD處理預凍時長對糞污厭氧殘余物化學性質的影響

為進一步優化和探究VFD預凍時間對樣品各指標的影響，根據真空冷凍干燥設備推薦參數設置了預凍3 h（VFD3）和預凍6 h（VFD6）。

VFD3：稱取500 g新鮮均勻糞污厭氧殘余物均勻覆蓋在物料盤中，厚度不超過10 mm，放入冷阱預凍3 h之后，將冷凍的糞污厭氧殘余物移入真空冷凍干燥室，腔內壓強3~4 Pa，低溫-80℃，連續干燥24 h至恒重。

VFD6：同上，但放入冷阱內預凍6 h。

兩種預凍時長干燥處理均設置3次重復。

1.3.2測定方法

含水率測定應用恒溫箱熱風干燥法。pH值用（水:樣=1:1）pH計直接測定。銨態氮的測定采用凱氏定氮法。全氮在樣品消煮后采用凱氏定氮法測定。鹽度應用電導率儀測定。DOC采用TOC分析儀測定。總有機碳選用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定。

1.4數據分析

用Excel 2010處理數據并作圖，采用SPSS軟件進行方差分析，應用Duncan方法分析各處理間數據在α=0.05水平的差異顯著性。

2結果與分析

2.1干燥方式對糞污厭氧殘余物物理性質的影響

2.1.1糞污厭氧殘余物含水率和pH值變化特征

不同干燥方式下糞污厭氧殘余物含水率和pH值見圖1。3種干燥處理水分干燥效果總體呈現VFD、AD>HAD趨勢，VFD處理樣品含水率能夠達到與AD處理接近的水平，處理間差異不顯著，VFD處理樣品含水率比鮮樣降低了64個百分點；HAD處理樣品的含水率最小，與各處理相比均達到顯著差異水平，比AD和VFD處理約低了13~14個百分點。不同處理糞污厭氧殘余物pH值呈現AD、VFD>;鮮樣>HAD趨勢。AD處理pH值與VFD處理間差異不顯著，分別比鮮樣pH值有所升高，維持了鮮樣較高的pH值特征。HAD處理pH值比鮮樣降低了11%，朝向中性趨勢降低，與AD和VFD處理相比差異達到顯著水平（P<0.05）。

2.1.2糞污厭氧殘余物TN和NH4+-N含量變化特征

不同干燥方式下糞污厭氧殘余物TN和NH4+-N見圖2。3種干燥方式糞污厭氧殘余物TN含量依次為VFD>AD>HAD。雖然VFD處理TN含量較鮮樣降低了30%，但比AD和HAD處理分別高27%和69%，與HAD處理間差異達到顯著水平（P小于0.05）。總體來看，3種干燥處理NH4+-N含量趨勢為VFD>AD>HAD，處理之間差異分別達到顯著水平（P小于0.05），VFD處理NH4+-N含量分別是AD處理和HAD處理的1.5倍和4倍。3種干燥處理NH4+-N含量均比新鮮樣品有所損失，VFD處理NH4+-N含量比鮮樣降低了35%左右，但處理間差異不顯著，HAD處理NH4+-N含量比鮮樣降低了84.44%，HAD處理和AD處理與鮮樣之間差異達到顯著水平（P小于0.05）。

2.1.3糞污厭氧殘余物TOC和DOC含量變化特征

不同干燥方式下糞污厭氧殘余物TOC和DOC含量見圖3。糞污厭氧殘余物TOC含量總體變化趨勢為鮮樣大于HAD、AD、VFD。3種干燥處理TOC含量都較鮮樣降低了40%，3個干燥處理之間TOC含量差異并不顯著。糞污厭氧殘余物DOC含量總體變化趨勢為鮮樣大于VFD大于AD大于HAD。VFD和AD處理的DOC含量與鮮樣間差異不顯著，HAD處理DOC含量與其他處理間差異均達到顯著水平（P小于0.05）。

2.1.4糞污厭氧殘余物全鹽量變化特征

不同干燥方式下糞污厭氧殘余物全鹽量見圖4。糞污厭氧殘余物全鹽量總體呈現VFD大于HAD大于鮮樣大于AD趨勢。VFD處理全鹽量比鮮樣顯著增加，分別是AD、鮮樣和HAD的4.7、2.8倍和2.3倍，處理之間差異均達到顯著水平。AD、HAD處理與鮮樣間差異不顯著。

2.2 VFD處理預凍時長對糞污厭氧殘余物化學性質的影響

預凍時長（預凍3 h和6 h）對糞污厭氧殘余物化學性質的影響見表1。兩個預凍時長處理含水率、NH4+-N、DOC、TOC、TN、全鹽量等指標數值非常相近，所有指標處理之間差異均不顯著，真空凍干預凍時長對糞污厭氧殘余物理化性質的影響較小。預凍3 h既節約時間與能源，又可達到與預凍6 h相似的干燥效果和穩定的化學性質。

3討論

本研究比較了VFD、AD和HAD干燥方式對糞污厭氧殘余物干燥效果與化學性質。結果表明VFD和AD干燥所得樣品中TN和NH4+-N含量較高，HAD處理含量，主要因為高溫條件下部分氮素以氣體形式分解擴散，而VFD和AD干燥在相對低溫條件下有效保持了NH4+-N含量。DOC含量變化特征與NH4+-N相似，VFD和AD干燥處理中DOC含量較高，而HAD處理DOC含量相對較低，主要因為高溫顯著促進