不同預處理方式對東北地區沼氣發酵的影響

邢向欣 孫京

摘要：本文綜合分析了不同長度的稻草秸稈對東北地區沼氣發酵的影響。通過對不同干物質濃度的沼氣發酵試驗對比分析發現，在1～3cm范圍內，相對較長的稻草秸稈有利于提高牛糞沼氣發酵產氣量。

關鍵詞：預處理;東北地區;沼氣發酵

中圖分類號：S216.4文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190215005

基金項目：吉林省自然基金項目（項目編號：20170101078JC）目前農業有機廢棄物資源化利用方式中，沼氣發酵具有更高的資源利用率[1-3]，系統的研究不同畜禽糞便、農作物秸稈等發酵特性及原料預處理方式、原料混合、固體物濃度、溫度控制等因素對沼氣發酵影響，建立完善的沼氣發酵優化工藝模式，為沼氣發酵技術發展應用提供科學依據。發酵原料預處理可以有效的縮短發酵時間，提高沼氣池利用率，增強原料的抗酸化能力。預處理方式主要包括物理、化學和生物預處理[4-6]。本文將對沼氣發酵原料預處理方式對沼氣發酵的影響因素進行綜合分析，以期為東北地區沼氣發酵規模化發展提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地點

吉林省農業機械研究院農業廢棄物資源化利用試驗室。

1.2試驗原料及來源

試驗原料：牛糞、稻草。

牛糞來源于吉林農大后山養殖戶，稻草來源于吉林農大農場。

1.3試驗裝置

試驗裝置為自行設計的沼氣發酵裝置，如圖所示。其工作過程為：按照試驗設計加入發酵原料、接種物，密封，置于恒溫水浴鍋中。發酵原料在發酵瓶內進行厭氧發酵，消化過程產生的沼氣通過導氣管輸入裝有水的密閉集氣瓶中，以排水法收集得之，通過測定集水瓶中水體積得到日產氣量。

1.4試驗設計

本試驗的預處理方式是將稻草分別剪成1cm、2cm、3cm的碎段。溫度為30℃，加料重600g，接種物（牛糞25℃密閉馴化10d，固體物濃度為14.91%）30%，固體物濃度8%、14%，糞草比為2∶1。試驗周期為30d。

試驗設4個處理，分別為：牛糞、牛糞+1cm稻草、牛糞+2cm稻草、牛糞+3cm稻草，每個處理設2個重復。

1.5測定項目及方法

采用排水集氣法，每天上午10：00測量產氣量。

2結果與分析

2.1不同預處理對沼氣日產氣量的影響

圖2為TS=8%時不同預處理稻草與牛糞混合發酵日產氣量曲線圖。從圖2可以看出，4個處理中除牛糞和牛糞+1cm稻草處理外，其他2處理的產氣規律基本一致，產氣高峰都出現在第5天、第8天、第10天、第12天、第15天。其中最高峰出現在第10天和第12天。牛糞處理的日產氣規律與牛糞+2cm稻草處理和牛糞+3cm稻草處理有一定的相似之處，前期日產氣量平穩，第16天產氣高峰后產氣量銳減。牛糞+1cm稻草處理產氣量較低，從第14天開始連續產氣，產氣高峰分別出現在第19天和第24天。

圖3為TS=14%時不同預處理稻草與牛糞混合發酵日產氣量曲線圖。從圖2可以看出，4個處理的產氣規律基本一致，產氣高峰都出現在第5天、第8天、第10天、第12天，其中最高峰出現在第12天，從第13天開始各處理日產氣量持續降低。牛糞處理與其他3個處理相比，前14d，日產氣量均高于其他處理，從第15天開始日產氣量開始持續降低，降至低于其他處理，牛糞處理發動快，產氣周期短。

2.2不同預處理對沼氣總產氣量的影響

圖4為TS=8%，14%時不同預處理稻草與牛糞混合發酵總產氣量圖。從圖4可以看出，當TS=8%時，總產氣量從高到低為牛糞+3cm稻草處理>牛糞+2cm處理>牛糞處理>牛糞+1cm稻草處理。其中除牛糞+1cm稻草處理的總產氣量明顯低于其他處理外，其他3處理總產氣量相差不明顯。當TS=14%時總產氣量從高到低為牛糞+3cm稻草處理>牛糞處理>牛糞+2cm處理>牛糞+1cm稻草處理。其中牛糞+3cm稻草處理的總產氣量明顯高于其他處理。固體物濃度14%的各處理產氣量明顯高于8%的處理。

3討論與結論

本研究表明，加入稻草對牛糞沼氣發酵產氣量有影響。不同預處理方式的稻草對沼氣發酵產氣量有影響。具體情況為，稻草的長度在2cm和3cm時與牛糞混合總產氣量高于牛糞單獨發酵，而稻草的長度在1cm時，一定程度上抑制了沼氣發酵，總產氣量低于牛糞單獨發酵。同時，固體物濃度會對各處理產氣量有影響，但不會改變上述規律。

參考文獻

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[6] 邢向欣，趙國明，裴海林.東北地區沼氣發酵技術現狀研究[J].農業與技術，2017，37（19）：87-89.