不同预处理方式对东北地区沼气发酵的影响

邢向欣 孙京

摘要：本文综合分析了不同长度的稻草秸秆对东北地区沼气发酵的影响。通过对不同干物质浓度的沼气发酵试验对比分析发现，在1～3cm范围内，相对较长的稻草秸秆有利于提高牛粪沼气发酵产气量。

关键词：预处理;东北地区;沼气发酵

中图分类号：S216.4文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190215005

基金项目：吉林省自然基金项目（项目编号：20170101078JC）目前农业有机废弃物资源化利用方式中，沼气发酵具有更高的资源利用率[1-3]，系统的研究不同畜禽粪便、农作物秸秆等发酵特性及原料预处理方式、原料混合、固体物浓度、温度控制等因素对沼气发酵影响，建立完善的沼气发酵优化工艺模式，为沼气发酵技术发展应用提供科学依据。发酵原料预处理可以有效的缩短发酵时间，提高沼气池利用率，增强原料的抗酸化能力。预处理方式主要包括物理、化学和生物预处理[4-6]。本文将对沼气发酵原料预处理方式对沼气发酵的影响因素进行综合分析，以期为东北地区沼气发酵规模化发展提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地点

吉林省农业机械研究院农业废弃物资源化利用试验室。

1.2试验原料及来源

试验原料：牛粪、稻草。

牛粪来源于吉林农大后山养殖户，稻草来源于吉林农大农场。

1.3试验装置

试验装置为自行设计的沼气发酵装置，如图所示。其工作过程为：按照试验设计加入发酵原料、接种物，密封，置于恒温水浴锅中。发酵原料在发酵瓶内进行厌氧发酵，消化过程产生的沼气通过导气管输入装有水的密闭集气瓶中，以排水法收集得之，通过测定集水瓶中水体积得到日产气量。

1.4试验设计

本试验的预处理方式是将稻草分别剪成1cm、2cm、3cm的碎段。温度为30℃，加料重600g，接种物（牛粪25℃密闭驯化10d，固体物浓度为14.91%）30%，固体物浓度8%、14%，粪草比为2∶1。试验周期为30d。

试验设4个处理，分别为：牛粪、牛粪+1cm稻草、牛粪+2cm稻草、牛粪+3cm稻草，每个处理设2个重复。

1.5测定项目及方法

采用排水集气法，每天上午10：00测量产气量。

2结果与分析

2.1不同预处理对沼气日产气量的影响

图2为TS=8%时不同预处理稻草与牛粪混合发酵日产气量曲线图。从图2可以看出，4个处理中除牛粪和牛粪+1cm稻草处理外，其他2处理的产气规律基本一致，产气高峰都出现在第5天、第8天、第10天、第12天、第15天。其中最高峰出现在第10天和第12天。牛粪處理的日产气规律与牛粪+2cm稻草处理和牛粪+3cm稻草处理有一定的相似之处，前期日产气量平稳，第16天产气高峰后产气量锐减。牛粪+1cm稻草处理产气量较低，从第14天开始连续产气，产气高峰分别出现在第19天和第24天。

图3为TS=14%时不同预处理稻草与牛粪混合发酵日产气量曲线图。从图2可以看出，4个处理的产气规律基本一致，产气高峰都出现在第5天、第8天、第10天、第12天，其中最高峰出现在第12天，从第13天开始各处理日产气量持续降低。牛粪处理与其他3个处理相比，前14d，日产气量均高于其他处理，从第15天开始日产气量开始持续降低，降至低于其他处理，牛粪处理发动快，产气周期短。

2.2不同预处理对沼气总产气量的影响

图4为TS=8%，14%时不同预处理稻草与牛粪混合发酵总产气量图。从图4可以看出，当TS=8%时，总产气量从高到低为牛粪+3cm稻草处理>牛粪+2cm处理>牛粪处理>牛粪+1cm稻草处理。其中除牛粪+1cm稻草处理的总产气量明显低于其他处理外，其他3处理总产气量相差不明显。当TS=14%时总产气量从高到低为牛粪+3cm稻草处理>牛粪处理>牛粪+2cm处理>牛粪+1cm稻草处理。其中牛粪+3cm稻草处理的总产气量明显高于其他处理。固体物浓度14%的各处理产气量明显高于8%的处理。

3讨论与结论

本研究表明，加入稻草对牛粪沼气发酵产气量有影响。不同预处理方式的稻草对沼气发酵产气量有影响。具体情况为，稻草的长度在2cm和3cm时与牛粪混合总产气量高于牛粪单独发酵，而稻草的长度在1cm时，一定程度上抑制了沼气发酵，总产气量低于牛粪单独发酵。同时，固体物浓度会对各处理产气量有影响，但不会改变上述规律。

参考文献

[1] 朱宗强. 几种农业有机废弃物沼气发酵试验研究[D].桂林：桂林工学院，2005.

[2] 李荣峰，兰翠玲，马 博，等. 沼气发酵原料研究进展[J].中国农学通报， 2011，27（30）：1-5.

[3] 周宪龙，李 强，黄 涛，等. 不同发酵原料对户用沼气产气量的影响[J]. 农学学报，2012，2（12）：57-61.

[4] 李轶，刘雨秋，张镇.玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化[J].农业工程学报，2014，30（5）：185-191.

[5] 石利军，黄淼， 刘慧芬，等.干物质浓度对牛粪秸秆厌氧发酵产沼气的影响[J].农机化研究，2013（8）：208-216.

[6] 邢向欣，赵国明，裴海林.东北地区沼气发酵技术现状研究[J].农业与技术，2017，37（19）：87-89.