劉雙，武月

（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和累積產氣量為特征指標，研究不同溫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。35℃條件下的容積產氣率、沼氣中甲烷體積分數明顯高于50℃，35℃和50℃的容積產氣率的最高值分別為1.525L·L^-1d^-1和0.934L·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]。發酵產氣與溫度有很大的聯系，并且從某種意義上來說，溫度是產氣的關鍵因素。沼氣發酵細菌和其他微生物一樣，有其適宜的溫度范圍，因而發酵溫度也各有不同，一般認為45℃-60℃為高溫沼氣發酵，30℃-45℃為中溫沼氣發酵，而我國農村中的沼氣池都在自然溫度下進行發酵，稱為常溫發酵[2]。該試驗進行了不同溫度發酵試驗，在保持TS濃度為10%的條件，水力停留時間為30d下，發酵溫度分別為35℃和50℃，每天測發沼氣產量及沼氣中的甲烷含量，每隔3天測定出料的TS濃度等，通過不同溫度的對比,探索不同發酵溫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°C冷藏保存待用。

　　1.2試驗設計

　　試驗設置2個處理，無重復，溫度分別設為35℃和50℃，發酵TS為10%，水力停留時間設為30天，進料液（TS為10%）用豬糞水或過濾后的出料液和青儲玉米秸稈配制。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。

　　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[3]。3）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

　　pH值對玉米秸稈厭氧消化過程有顯著影響。pH值為7～9能有效促進玉米秸稈厭氧消化產甲烷過程[4]。在發酵溫度為50℃時，在第20天后，pH降為7以下，產氣量也降為1L以下，因此停止了發酵溫度為50℃的發酵試驗。

　　2.1容積產氣率變化

　　容積相同情況下，容積產氣率越高，能生產的沼氣就越多，這意味著在工程設計及運用中，達到沼氣需求量所設計的發酵系統規模較小，大大節省場地建設面積及工程基建投資成本[5]。容積產氣率變化圖，厭氧發酵從第3天后隨著連續進料的進行，溫度為35℃和50℃試驗的容積產氣率的變化趨勢相似，均為先增加，維持短暫的高容積產氣率后降低，之后又逐漸升高升至一定值后達到穩定。溫度為35℃和50℃試驗的容積產氣率在試驗分別進行到第4d和第8d時達到最高值，最高值分別為1.525L·L^-1d^-1和0.934L·L^-1d^-1，且在發酵過程中35℃的容積產氣率大于50℃的容積產氣率。

　　2.2沼氣中甲烷體積分數變化

　　青儲玉米秸稈連續厭氧發酵產沼氣中甲烷體積分數變化規律來看，各處理變化趨勢基本相同，先迅速增加，隨后增幅減緩，達到最大值后降低，最后基本穩定在40%～50%。溫度為35℃和50℃試驗的沼氣中甲烷體積分數在試驗進行到第8d時達到最高值，最高值分別為51.42%和45.48%，其穩定時的沼氣中甲烷體積分數的數值35℃大于50℃。

　　2.3累積產氣量變化

　　在35℃和50℃下，青儲玉米秸稈連續厭氧發酵累積產氣量圖，2個溫度下開始時累積產氣量變化趨勢基本相同，累積產氣量增長速率高，日產氣量較高，之后溫度為35℃的青儲玉米秸稈連續發酵累積產氣量保持其原先速率；溫度為50℃的累積產氣量增長速率迅速減低，在20d時日產氣量小于1L。在發酵過程中，35℃試驗組容積產氣率、沼氣中甲烷體積分數和累積產氣量較50℃試驗組的要高，這說明了青儲玉米秸稈在35℃連續發酵過程中的產甲烷菌的活性較高。

　　3結論

　　本試驗利用豬糞水和青儲玉米秸稈混合連續發酵，在不同溫度發酵試驗中，水力停留時間30d。35℃條件下的容積產氣率、沼氣中甲烷體積分數和pH明顯高于50℃；35℃和50℃的容積產氣率的最高值分別為1.525L·L^-1d^-1和0.934L·L^-1d^-1，沼氣中甲烷體積分數的最高值分別為51.42%和45.48%。合理調節溫度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，可以使建設運行成本降低，并且可以節能減排和緩解能源的緊張局面。

　　參考文獻

　　[1]韓魯佳,閆巧娟,劉向陽,etal.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]徐曾符.沼氣工藝學[M].農業出版社,1981.

　　[3]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．

　　[4]張美霞,張盼月,吳丹,etal.pH值對玉米秸稈厭氧消化產氣的影響[J].環境工程學報,2015,9(6):2997.