劉雙，孔維祎

（中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺，264670）

　　摘要：利用沼氣濕發酵技術，以青儲玉米秸稈為發酵原料，采用連續厭氧發酵方式，研究以容積產氣率、沼氣中甲烷體積分數、累積產氣量和VFA為特征指標，研究不同物料濃度對青儲玉米秸稈連續發酵產沼氣的影響，為秸稈沼氣技術的應用提供技術支持。發酵濃度不同，容積產氣率和累積產氣量不同，以TS8%最高10%次之，6%較低，在第15d累積產氣量分別為125.996L、109.176L和88.763L，最高容積產氣率分別為2.572L·L^-1d^-1、2.172L·L^-1d^-1和1.512L·L^-1d^-1。

　　現階段秸稈處理利用方法中，采用厭氧發酵產沼氣是一條清潔高效的秸稈利用途徑，其反應過程最為平和穩定、能耗最低、無污染、生態和經濟效益最佳[1]。厭氧發酵按進料方式可分為批量(批式)發酵、半連續發酵和連續發酵[2]。連續發酵是指沼氣池加滿料正常產氣后，每天分幾次連續不斷地加入預先設計的原料，同時也排走相同體積的發酵原料，使發酵過程連續進行下去[2]。實際運行良好的沼氣工程中，多采用半連續式進料或連續式進料，厭氧過程處于穩定狀態，水解產酸與產甲烷過程同時進行，有效避免過程中的產物抑制，提高了基質轉化率[3]。

　　該試驗設發酵濃度（TS）設6%、8%、和10%在保持35℃恒溫和厭氧的條件，水利停留時間為15d下，每天測沼氣產量及沼氣中的甲烷含量，每隔3天測定出料的TS濃度、揮發性脂肪酸等，通過不同發酵濃度的對比,探索不同發酵濃度對所產沼氣總量和甲烷含量的關系。

　　1材料與方法

　　1.1試驗材料

　　發酵秸稈為青儲玉米秸稈TS為35%，經破碎處理成粉末后冷藏保存待用。接種物為經紗布過濾的豬糞水TS為0%，4℃冷藏保存待用。

　　1.2試驗設計

　　發酵裝置試驗采用小型厭氧發酵裝置，有效容積為4L。外圍包有隔熱保溫材料并可進行電恒溫加熱。試驗設置3個處理，無重復，發酵TS分別為6%、8%和10%，溫度設為35℃，水力停留時間設為15天，進料液（TS分別為6%、8%和10%）用豬糞水或過濾后的出料液和青儲玉米秸稈配制。

　　1.3測試指標及方法

　　1）流量計記錄每天的產氣量。2）TS測定:將待測物料放入(105±5)℃的恒溫箱中烘至恒重，稱量烘干前后的質量，烘干后的質量除以烘干前的質量即得TS的百分含量。VS測定:將測完TS后的固體全部轉移至坩堝，放入馬弗爐中，550℃灼燒2h。稱量灼燒前后的質量，灼燒前后的質量之差除以測TS時烘干前的質量即得VS的百分含量[4]。3）揮發性脂肪酸（VFA）采用比色測定法。4）采用PTM-600手提式復合型氣體分析儀分析沼氣的中甲烷含量。

　　2結果與分析

　　2.1容積產氣率變化

　　TS對容積產氣率的影響較為明顯。由圖1可知,TS濃度分別為6%、8%和10%，接種后第3～4d，各處理出現第一個高峰，容積產氣率分別為1.512L·L^-1d^-1、2.572L·L^-1d^-1和2.172L·L^-1d^-1，隨后降低，總體變化趨勢為波動型。TS濃度為8%的處理容積產氣率最高，10%處理次之，6%處理最低。

　　2.2沼氣中甲烷體積分數

　　青儲玉米厭氧發酵中累積產氣量變化，各處理累積產氣量變化趨勢基本相同，隨著時間的增加，累積沼氣產量逐漸增多且產氣速率變化不大，試驗結束時（15d），3種TS濃度（6%、8%和10%）條件下的累積沼氣產量分別為88.763L、125.996L和109.176L。TS濃度為8%累積產氣量最多，其次為TS濃度為10%，TS濃度為6%最低。TS濃度大小對容積產氣率和累積產氣量的影響，是因為TS濃度大，則接種的混合微生物菌群的數量就多，混合微生物菌群可分解利用的底物則也多，因此表現出在一定范圍內，表現出容積產氣率和累積產氣量隨TS濃度的增加而增大的趨勢。但沼氣的產量是由多種微生物菌群協同作用的結果，不會隨著TS濃度的增加而增大，因此當TS濃度大于8%時，容積產氣率和累積產氣量會下降，這也可能與TS濃度較高，雖然產酸菌活性也高，但產甲烷菌群與產酸菌群沒有達到一個平衡有關。

　　2.3累積產氣量變化

　　青儲玉米厭氧發酵沼氣中甲烷體積分數，由圖3可知，各處理甲烷含量在6d之前含量不穩定，沒有達到穩定，均為先增加，維持短暫的高甲烷含量后降低，之后又逐漸升高，在10d左右升至一定值，在該值波動，甲烷含量基本穩定在40%～60%，比甲烷含量最大值略低。在整個發酵周期內各處理的穩定時的甲烷含量隨著TS濃度的增加而增加，TS為10%的處理可達到55%以上，TS為8%的處理可達到50%，而TS為6%則達到42%。TS為8%的累積產氣量多于10%但沼氣中甲烷體積分數卻相反。這可能由于產酸菌較多，產生的酸類也多，甲烷菌利用小分子酸作為底物,所產生的甲烷純度較高，但是所產生的沼氣總量較少，因為產酸菌過多抑制了產甲烷菌群的活性[5]。

　　2.4 VFA變化

　　發酵過程中發酵液中VFA變化，由圖可見，各處理變化趨勢基本相同，VFA含量不斷增加，在發酵過程中TS濃度8%的VFA最高，其次為TS濃度為10%，最低為TS濃度為6%，在第15天達到最大值，分別為18.24g/L、5.67g/L和14.27g/L。

　　3結論

　　在不同物料濃度發酵試驗中，水力停留時間為15d。發酵濃度對青儲玉米秸稈連續厭氧發酵容積產氣率、沼氣中甲烷體積分數、累積產氣量和VFA的影響較大；發酵濃度不同，容積產氣率和累積產氣量不同，以TS濃度為8%最高10%次之，6%較低，在第15d累積產氣量分別為125.996L、109.176L和88.763L，最高容積產氣率分別為2.572L·L^-1d^-1、2.172L·L^-1d^-1和1.512L·L^-1d^-1。在整個發酵周期內各處理的穩定時的甲烷含量隨著干物質濃度的增加而增加，TS為10%的處理可達到55%以上，TS為8%的處理可達到50%，而TS為6%則達到42%。

　　合理調節物料濃度（TS）能夠有效提高青儲玉米秸稈厭氧連續發酵的生物降解效果、累積產氣量、沼氣中甲烷體積分數等，可以節能減排。

　　參考文獻

　　[1]韓魯佳,閆巧娟,劉向陽等.中國農作物秸稈資源及其利用現狀[J].農業工程學報,2002,18(3):87-91.

　　[2]林聰.沼氣技術理論與工程[M].化學工業出版社,2007.

　　[3]郭建斌,董仁杰,程輝彩,etal.溫度與有機負荷對豬糞厭氧發酵過程的影響[J].農業工程學報,2011.217.

　　[4]羅義軒,付新梅,黃云碧.秸稈厭氧發酵產氣潛力比較研究[J].安徽農業科學,2013,41(6):2606.

　　[5]張碧波,曾光明,張盼月,etal.高溫厭氧消化處理城市有機垃圾的正交試驗研究[J].環境污染與防治,2006(2):87-89.