1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

砷是自然环境中普遍存在的一种元素，有多种存在形态。砷广泛存在于地壳、空气、土壤、沉积物、水以及陆生植物中，地壳中含量约为 1.5 ～ 3 mg/kg，非污染的土壤中通常含 1 ～ 40 mg/kg，空气中正常砷浓度变动范围在 0.4 ～ 30 ng/m^3[1]。空气、土壤、沉积物、水以及陆生植物中在主要以亚砷酸盐as(Ⅲ)、砷酸盐as(Ⅴ)、一甲基砷酸(mma)和二甲基砷酸(dma)形态存在，在海产品中则以砷甜菜碱(asb)和砷胆碱(asc)以及更为复杂的砷化合物存在^[2]，还有一些由有机基团结合而成的砷糖、砷脂类化合物等^[3]。所有砷的形态中只有砷酸、亚砷酸为无机砷，其余均为有机砷^[4]。砷及砷化物的应用可以说是极其广泛的。砷被用于医学、农业、畜牧业、电子、化工、冶金业等，故含砷的农药、硫酸、氮肥、锰铁合金冶炼及焦化等工厂排放的废水中均含有砷的化合物，当含砷废水进入环境后，水体与土壤会受到砷污染^[5]。无机砷在环境中可以被甲基化形成mma，dma，asb，asc等等并且因此以不同形式进入食物链^[6]。砷被认为在人体内有蓄积倾向^[7]，是致癌、致畸、致突变的因子^[8]。暴露在砷浓度较高的环境下造成的中毒现象在世界范围内都有报道^[9]。随着砷及砷化物的应用日益广泛，砷对环境的污染形势也是愈加严峻。而砷作为危害自然界和人类健康的有毒物之一，其毒性和生物有效性很大程度上取决于它的形态变化。不同形态的砷毒性相去甚远，如无机形态砷毒性大于有机形态砷的毒性、三价砷的毒性是五价砷的60倍、三价砷毒性是甲基砷的70倍^[10]，而砷甜菜碱(asb)和砷胆碱(asc)则被认为毒性很小或几乎无毒性^[11]。砷的毒性很大程度上取决于其形态，即使是无毒性形态的砷在环境及其他因素的影响下也可能会发生形态上的转变转化为有毒性的砷化物。随着规模化养殖业的高速发展，大量畜禽的排泄废弃物已成为影响我国环境质量的重要污染源之一。在众多本底砷含量较高、工业污染较为严重、含砷饲料添加剂使用较多的地区，其粪污中砷含量都较高。以此为原料的产沼气后，除了碳、氮等元素损失较多外^[12-13]，其中绝大部分重（类）金属仍然保留在沼液和沼渣中^[14-15]。例如，猪饲料中允许加入有机砷（如洛克沙砷和阿散酸），由于动物无法消化吸收砷，因此饲料有 80 - 90 % 以原形通过动物粪尿排出体外^[16]，而有机砷可以转化为有毒性的无机砷，其毒性对环境及人类健康存在潜在危害^[17]。对这种有机废弃物的分解过程如不加以控制，将会导致大范围的土壤、水和空气污染^[18]。

许多国家包括我国都投入使用了厌氧发酵技术处理粪便，污泥等污染物。干式厌氧发酵技术具有节水、废水产生量少和产气效率高等优点，已经成为厌氧发酵技术的研究热点。利用厌氧发酵技术，能同时实现有机废弃物的减量化、能源化和资源化，是处理禽畜粪便的主要手段^[19-20]。中国已对研究厌氧发酵技术进行了诸多研究并投入实践，几乎所有高效厌氧消化工艺都有应用^[21]，多采用常温和中温发酵^[22]。而高温厌氧发酵却未广泛投入使用。据研究^[17]，中温与低温厌氧发酵过程中as形态有所变化，使得发酵过后as形态的毒性复杂难辨。而高温厌氧发酵中as形态的变化规律也尚不清楚。而在砷含量较高、工业污染严重的地区，若此地区的粪污为原料进行厌氧发酵，则难以保证沼渣或沼气中没有有毒形态的砷存在。想要重复利用发酵过后的沼渣，同时不给周围生态及人类健康带来威胁，研究厌氧发酵中asb的形态变化有充分的必要性。

随着我国畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便对环境的污染日益严重，加大对畜禽业环境污染的综合治理力度和降低畜禽业对环境造成的污染已成为亟待解决的问题。采用高温厌氧发酵对畜禽粪便进行处理不仅降低粪便对自然环境的污染，同时产生沼气作为一种再生能源^[23]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要研究或解决的问题

砷是自然环境中普遍存在的一种元素，有多种存在形态。部分粪便或其它代谢物中含有无毒的asb。砷作为危害自然界和人类健康的有毒物之一，其毒性和生物有效性很大程度上取决于它的形态变化。大力发展沼气技术是规模化畜禽养殖场粪污治理的有效途径之一。但是，在众多本底砷含量较高、工业污染较为严重、含砷饲料添加剂使用较多的地区，其粪污中砷含量都较高。以此为原料进行厌氧发酵产沼气，其中大部分砷元素仍然保留在污泥中。在高温厌氧发酵过程中asb可能会发上形态上的转化变为有毒形态的砷。本课题将研究高温厌氧发酵中asb的形态变化规律。

2.拟采用的研究手段（途径）