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(qū)沼氣發(fā)酵的影響。通過對不同干物質濃度的沼氣發(fā)酵試驗對比分析發(fā)現(xiàn)，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(fā)酵產(chǎn)氣量。

關鍵詞：預處理;東北地區(qū);沼氣發(fā)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(yè)有機廢棄物資源化利用方式中，沼氣發(fā)酵具有更高的資源利用率[1-3]，系統(tǒng)的研究不同畜禽糞便、農作物秸稈等發(fā)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(fā)酵影響，建立完善的沼氣發(fā)酵優(yōu)化工藝模式，為沼氣發(fā)酵技術發(fā)展應用提供科學依據(jù)。發(fā)酵原料預處理可以有效的縮短發(fā)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(fā)酵原料預處理方式對沼氣發(fā)酵的影響因素進行綜合分析，以期為東北地區(qū)沼氣發(fā)酵規(guī)?；l(fā)展提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地點

吉林省農業(yè)機械研究院農業(yè)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(yǎng)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(fā)酵裝置，如圖所示。其工作過程為：按照試驗設計加入發(fā)酵原料、接種物，密封，置于恒溫水浴鍋中。發(fā)酵原料在發(fā)酵瓶內進行厭氧發(fā)酵，消化過程產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)氣量。

2結果與分析

2.1不同預處理對沼氣日產(chǎn)氣量的影響

圖2為TS=8%時不同預處理稻草與牛糞混合發(fā)酵日產(chǎn)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(chǎn)氣規(guī)律基本一致，產(chǎn)氣高峰都出現(xiàn)在第5天、第8天、第10天、第12天、第15天。其中最高峰出現(xiàn)在第10天和第12天。牛糞處理的日產(chǎn)氣規(guī)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(chǎn)氣量平穩(wěn)，第16天產(chǎn)氣高峰后產(chǎn)氣量銳減。牛糞+1cm稻草處理產(chǎn)氣量較低，從第14天開始連續(xù)產(chǎn)氣，產(chǎn)氣高峰分別出現(xiàn)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(fā)酵日產(chǎn)氣量曲線圖。從圖2可以看出，4個處理的產(chǎn)氣規(guī)律基本一致，產(chǎn)氣高峰都出現(xiàn)在第5天、第8天、第10天、第12天，其中最高峰出現(xiàn)在第12天，從第13天開始各處理日產(chǎn)氣量持續(xù)降低。牛糞處理與其他3個處理相比，前14d，日產(chǎn)氣量均高于其他處理，從第15天開始日產(chǎn)氣量開始持續(xù)降低，降至低于其他處理，牛糞處理發(fā)動快，產(chǎn)氣周期短。

2.2不同預處理對沼氣總產(chǎn)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(fā)酵總產(chǎn)氣量圖。從圖4可以看出，當TS=8%時，總產(chǎn)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(chǎn)氣量明顯低于其他處理外，其他3處理總產(chǎn)氣量相差不明顯。當TS=14%時總產(chǎn)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(chǎn)氣量明顯高于其他處理。固體物濃度14%的各處理產(chǎn)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(fā)酵產(chǎn)氣量有影響。不同預處理方式的稻草對沼氣發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)氣量高于牛糞單獨發(fā)酵，而稻草的長度在1cm時，一定程度上抑制了沼氣發(fā)酵，總產(chǎn)氣量低于牛糞單獨發(fā)酵。同時，固體物濃度會對各處理產(chǎn)氣量有影響，但不會改變上述規(guī)律。

參考文獻

[1] 朱宗強. 幾種農業(yè)有機廢棄物沼氣發(fā)酵試驗研究[D].桂林：桂林工學院，2005.

[2] 李榮峰，蘭翠玲，馬 博，等. 沼氣發(fā)酵原料研究進展[J].中國農學通報， 2011，27（30）：1-5.

[3] 周憲龍，李 強，黃 濤，等. 不同發(fā)酵原料對戶用沼氣產(chǎn)氣量的影響[J]. 農學學報，2012，2（12）：57-61.

[4] 李軼，劉雨秋，張鎮(zhèn).玉米秸稈與豬糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝優(yōu)化[J].農業(yè)工程學報，2014，30（5）：185-191.

[5] 石利軍，黃淼， 劉慧芬，等.干物質濃度對牛糞秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].農機化研究，2013（8）：208-216.

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