高效沼氣微生物菌劑的冬季產氣試驗

摘要：篩選出了具有耐低溫和分解秸稈性能的菌種，并經復合成為沼氣發酵菌劑。在試驗基地對該菌劑的冬季應用效果做了試驗驗證，分別在采用保溫材料、暖棚以及太陽能措施的沼氣池內添加菌劑，考察不同條件下菌劑對沼氣產量的影響。試驗結果表明，各組試驗池產氣量提高38.2％-45.5％，平均日產氣量可達O.47—0.80m³。對沼氣池采取保溫升溫措施并添加高效微生物菌劑，可顯著提高沼氣池的水溫和產氣量。確保沼氣池在冬季正常使用。

關鍵詞：菌種；發酵；保溫；沼氣產量

中圖分類號：S216.4 文獻標識號：A 文章編號：1001—4942(2010)08—0057—04

截至2006年底，全國已建成戶用沼氣池2 200萬個，“十一五”期間，全國每年以300－500萬戶的速度發展。這些戶用沼氣池全部采用常溫發酵。在我國北方，冬季寒冷的氣候使沼氣池運行困難，沼氣技術難以推廣。而我國南方也同樣存在沼氣池“越冬”難的問題。其原因是一些地區全年大約有2—3個月的時間氣溫在10℃以下，這樣的溫度條件下大部分沼氣發酵微生物的生長代謝處于抑制狀態，微生物在沼氣發酵中的作用受到很大的限制，導致沼氣池產氣率下降或不產氣。要使戶用沼氣池冬季能夠產氣使用，首先必須采取必要的保溫升溫技術，如太陽能加熱制沼氣、暖棚、覆蓋等保溫措施，使池內發酵料液溫度達到10℃以上。同時利用生物技術手段，篩選、馴化和培育耐低溫沼氣發酵微生物菌種，是解決沼氣池冬季產氣問題的有效途徑，并且有巨大的市場潛力，然而國內開展耐低溫菌研究幾十年，一直沒有取得大的進展。

本課題組通過大量工作，篩選出了具有耐低溫和分解秸稈性能的菌種，并經復合成為沼氣發酵菌劑(專利號：CN200810140100.7)。在試驗基地對該菌劑的冬季應用效果做了驗證試驗，分別在采用保溫材料、暖棚以及太陽能措施的沼氣池內添加菌劑，考察不同條件下菌劑對沼氣產量的影響。

1 材料與方法

1.1供試材料 試驗基地設在項目協作單位泰安市義德隆新能源設備制造有限公司院內。在試驗基地修建了不同保溫升溫措施的10 m³沼氣池，包括采用耐低溫保溫措施、設立暖棚、太陽能加溫措施、綜合保溫升溫措施，以未加任何保溫措施的沼氣池為對照池。每種類型的沼氣池有三口，發酵原料、發酵工藝、日常管理等均保持一致，其中兩池加入菌劑，另一池不加菌劑作為對照。考慮到各重復之間的差異，加菌池數據取兩池平均值。菌劑的投加量為300 ml發酵原液。發酵原料為牛糞，總固體含量為9％。2009年10月15日投料，11月1日加入菌劑并開始記錄數據，2010年3月1日試驗結束。

1.2儀器及測定方法

1.2.1試驗儀器探針式測溫儀、l.6 m³膜式燃氣表(浙江寧海藍寶石燃氣表具廠)、廣譜pH試紙、沼氣凈化調壓器等。

1.2.2測定指標及方法發酵液水溫、產氣量、pH值的測定方法：產氣量和水溫5日測定一次，測水溫時由水壓間將探針伸入沼氣池主池，測定點約在水面下1 m處。同時測定發酵液pH值，以監測沼氣池的發酵情況，并及時進行調整。

1.3試驗池保溫措施

1.3.1采用塑料暖棚保溫依照日光溫室的模式，在沼氣池的北側砌磚墻，墻高2 m，東側和西側砌拱形墻，用塑料薄膜封頂覆蓋沼氣池。

1.3.2 保溫技術 采用本課題組的專利技術——新型耐低溫沼氣池。在沼氣池池拱部分內、外墻之間設置保溫層，保溫層內填充聚苯顆粒作為保溫材料，保溫材料厚度不低于5 tin。

1.3.3采用太陽能加溫裝置選用曲面深槽太陽能作為沼氣升溫裝置，該太陽能為中高溫太陽能。太陽能熱水器采用15根真空管加熱，儲水器容積為230 L，沼氣池內安裝太陽能盤管，并配備循環泵及其它管件等相關設施。沼氣池加熱循環采用自動控制，熱水器水溫高于30~C自動開啟循環泵。

2 結果與分析

2.1 暖棚沼氣池內加入菌劑對沼氣產量的影響

從圖1可以看出，采用暖棚措施的沼氣池冬季水溫保持在較高的水平，三池水溫差別很小。試驗初期水溫最高值三池分別為18.2、18.6、18.3℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈緩慢下降趨勢，于1月中下旬達最低值，分別為13.1、13.1、13.3℃。各池水溫的變化顯著影響沼氣產量的變化，產氣量隨水溫的變化呈先下降后上升的趨勢。在試驗池水溫大體一致的情況下，加入菌劑的試驗池沼氣產量明顯高于未加菌劑的對照池。加菌池日產氣量最高值為0.82、0.85 m³，對照池最高值為0.65 m³；加菌池日產氣量最低值分別為O.46、0.48 m³，對照池最低值為0.29 m³。整個試驗期間加菌池都表現了很好的增產效果。

2.2 采用保溫材料的耐低溫沼氣池加入菌劑對沼氣產量的影響

從圖2可以看出，采用保溫材料的耐低溫沼氣池體現了較好的保溫效果，水溫變化平穩，與另外幾組試驗池相比水溫的變化在時間上有一定的滯后。三個試驗池水溫差別很小。試驗初期水溫最高值三池分別為17.6、17.8、17.3℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈緩慢下降趨勢，于2月初達最低值，分別為12.8、13.O、12.5℃。各池產氣量的變化比較平緩，隨水溫的變化呈緩慢先下降后上升的趨勢。加菌池的產氣量明顯優于未加菌的試驗池。加菌池日產氣量最高值為0.76、O.81 m對照池最高值為O.62 m³；加菌池日產氣量最低值分別為O.35、O.40 m³，對照池最低值為0.25m³。相對來說，耐低溫沼氣池與暖棚措施相比，水溫和產氣量稍差。

2.3 采用太陽能加溫措施的沼氣池加入菌劑對沼氣產量的影響

從圖3可以看出，采用太陽能升溫措施的沼氣池水溫和產氣量均較高。三個試驗池水溫差別不大，但各池在時間上隨著氣溫的變化波動明顯。這是由于太陽能熱水器受天氣的影響較大，連日陰雨天可能影響池內水溫的穩定性。試驗初期水溫最高值三池分別為19.2、18.8、19.5℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈波浪式下降趨勢，于1月下旬達最低值，分別為13.5、13.3、13.8℃。各池產氣量的變化也有一定的波動，但總體維持在較高的水平上。加菌池的產氣量明顯優于未加菌的試驗池。加菌池日產氣量最高值為1.04、1.01 m³對照池最高值為O.78 m³；加菌池日產氣量最低值分別為0.64、0.60 m³，對照池最低值為0.40m³。試驗前期菌劑的作用相對更明顯。

2.4普通沼氣池加入菌種對沼氣產量的影響

從圖4可以看出，未采用保溫措施的沼氣池水溫和產氣量均維持在較低的水平上，三個試驗池水溫差別很小。試驗初期水溫最高值三池分別為17.3、17.2、17.1。C，隨著氣溫的降低，水溫下降明顯，于1月底2月初達最低值，分別為11.5、11.7、12.O℃。加菌池的產氣量明顯優于未加菌的試驗池。加菌池日產氣量最高值為O.76、O.8lm³，對照池最高值為0.64 m³；加菌池日產氣量最低值分別為O.28、0.32 m³，而對照池最低值為O.17 m³。可以看出，在偏低溫的情況下，菌劑的作用比較明顯，可以顯著提高冬季沼氣產量。

2.5各種保溫措施沼氣池加入菌劑效果對比

從表1可以看出，采用的各種保溫升溫措施均可不同程度地提高沼氣池水溫和產氣量。總體而言，太陽能加溫措施的升溫效果最好、產氣量最高，暖棚措施和耐低溫沼氣池稍差。在冬季偏低溫的情況下，沼氣池水溫每提高1℃，沼氣產量將會有較大的提高。高效微生物菌劑的加入可顯著提高沼氣池的產氣率，水溫越高，菌劑的增產效果越好。因此，戶用沼氣池在冬季應盡可能采取一些保溫措施，如暖棚、覆蓋秸稈等簡易設施即可取得良好的效果。各組試驗池產氣量提高38.2％～45.5％不等，平均日產氣量可達O.47～O.80m³

根據我們對山東各地調查的情況，普通農戶一天O.4～0.5 m³沼氣即可滿足需要，這是因為進入冬季以后大部分農戶均生爐取暖，燒水、煮粥等耗時久的烹飪使用煤爐，沼氣灶通常只做炒菜之用。因此，冬季添加高效微生物菌劑，可明顯提高沼氣池的產氣量，確保沼氣池正常使用。

3 小結

3.1 通過對不同保溫措施下沼氣池內添加菌劑與否進行對比，驗證了本課題組篩選的菌劑在冬季促進產氣的高效性。試驗進行期間跨越了當地整個冬季時段，在冬季的4個月里沼氣菌劑始終保持著穩定的促產氣效果。

3.2試驗結果表明，對沼氣池采取適當的保溫升溫措施，同時添加高效微生物菌劑，可顯著提高沼氣池的水溫和產氣量，確保沼氣池在冬季正常使用。