摘要：篩選出了具有耐低溫和分解秸稈性能的菌種，并經(jīng)復(fù)合成為沼氣發(fā)酵菌劑。在試驗(yàn)基地對(duì)該菌劑的冬季應(yīng)用效果做了試驗(yàn)驗(yàn)證，分別在采用保溫材料、暖棚以及太陽(yáng)能措施的沼氣池內(nèi)添加菌劑，考察不同條件下菌劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，各組試驗(yàn)池產(chǎn)氣量提高38.2％-45.5％，平均日產(chǎn)氣量可達(dá)O.47—0.80m³。對(duì)沼氣池采取保溫升溫措施并添加高效微生物菌劑，可顯著提高沼氣池的水溫和產(chǎn)氣量。確保沼氣池在冬季正常使用。

關(guān)鍵詞：菌種；發(fā)酵；保溫；沼氣產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001—4942(2010)08—0057—04

截至2006年底，全國(guó)已建成戶用沼氣池2 200萬(wàn)個(gè)，“十一五”期間，全國(guó)每年以300－500萬(wàn)戶的速度發(fā)展。這些戶用沼氣池全部采用常溫發(fā)酵。在我國(guó)北方，冬季寒冷的氣候使沼氣池運(yùn)行困難，沼氣技術(shù)難以推廣。而我國(guó)南方也同樣存在沼氣池“越冬”難的問(wèn)題。其原因是一些地區(qū)全年大約有2—3個(gè)月的時(shí)間氣溫在10℃以下，這樣的溫度條件下大部分沼氣發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)代謝處于抑制狀態(tài)，微生物在沼氣發(fā)酵中的作用受到很大的限制，導(dǎo)致沼氣池產(chǎn)氣率下降或不產(chǎn)氣。要使戶用沼氣池冬季能夠產(chǎn)氣使用，首先必須采取必要的保溫升溫技術(shù)，如太陽(yáng)能加熱制沼氣、暖棚、覆蓋等保溫措施，使池內(nèi)發(fā)酵料液溫度達(dá)到10℃以上。同時(shí)利用生物技術(shù)手段，篩選、馴化和培育耐低溫沼氣發(fā)酵微生物菌種，是解決沼氣池冬季產(chǎn)氣問(wèn)題的有效途徑，并且有巨大的市場(chǎng)潛力，然而國(guó)內(nèi)開(kāi)展耐低溫菌研究幾十年，一直沒(méi)有取得大的進(jìn)展。

本課題組通過(guò)大量工作，篩選出了具有耐低溫和分解秸稈性能的菌種，并經(jīng)復(fù)合成為沼氣發(fā)酵菌劑(專利號(hào)：CN200810140100.7)。在試驗(yàn)基地對(duì)該菌劑的冬季應(yīng)用效果做了驗(yàn)證試驗(yàn)，分別在采用保溫材料、暖棚以及太陽(yáng)能措施的沼氣池內(nèi)添加菌劑，考察不同條件下菌劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1供試材料 試驗(yàn)基地設(shè)在項(xiàng)目協(xié)作單位泰安市義德隆新能源設(shè)備制造有限公司院內(nèi)。在試驗(yàn)基地修建了不同保溫升溫措施的10 m³沼氣池，包括采用耐低溫保溫措施、設(shè)立暖棚、太陽(yáng)能加溫措施、綜合保溫升溫措施，以未加任何保溫措施的沼氣池為對(duì)照池。每種類型的沼氣池有三口，發(fā)酵原料、發(fā)酵工藝、日常管理等均保持一致，其中兩池加入菌劑，另一池不加菌劑作為對(duì)照?？紤]到各重復(fù)之間的差異，加菌池?cái)?shù)據(jù)取兩池平均值。菌劑的投加量為300 ml發(fā)酵原液。發(fā)酵原料為牛糞，總固體含量為9％。2009年10月15日投料，11月1日加入菌劑并開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，2010年3月1日試驗(yàn)結(jié)束。

1.2儀器及測(cè)定方法

1.2.1試驗(yàn)儀器探針式測(cè)溫儀、l.6 m³膜式燃?xì)獗?浙江寧海藍(lán)寶石燃?xì)獗砭邚S)、廣譜pH試紙、沼氣凈化調(diào)壓器等。

1.2.2測(cè)定指標(biāo)及方法發(fā)酵液水溫、產(chǎn)氣量、pH值的測(cè)定方法：產(chǎn)氣量和水溫5日測(cè)定一次，測(cè)水溫時(shí)由水壓間將探針伸入沼氣池主池，測(cè)定點(diǎn)約在水面下1 m處。同時(shí)測(cè)定發(fā)酵液pH值，以監(jiān)測(cè)沼氣池的發(fā)酵情況，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

1.3試驗(yàn)池保溫措施

1.3.1采用塑料暖棚保溫依照日光溫室的模式，在沼氣池的北側(cè)砌磚墻，墻高2 m，東側(cè)和西側(cè)砌拱形墻，用塑料薄膜封頂覆蓋沼氣池。

1.3.2 保溫技術(shù) 采用本課題組的專利技術(shù)——新型耐低溫沼氣池。在沼氣池池拱部分內(nèi)、外墻之間設(shè)置保溫層，保溫層內(nèi)填充聚苯顆粒作為保溫材料，保溫材料厚度不低于5 tin。

1.3.3采用太陽(yáng)能加溫裝置選用曲面深槽太陽(yáng)能作為沼氣升溫裝置，該太陽(yáng)能為中高溫太陽(yáng)能。太陽(yáng)能熱水器采用15根真空管加熱，儲(chǔ)水器容積為230 L，沼氣池內(nèi)安裝太陽(yáng)能盤管，并配備循環(huán)泵及其它管件等相關(guān)設(shè)施。沼氣池加熱循環(huán)采用自動(dòng)控制，熱水器水溫高于30~C自動(dòng)開(kāi)啟循環(huán)泵。

2 結(jié)果與分析

2.1 暖棚沼氣池內(nèi)加入菌劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，采用暖棚措施的沼氣池冬季水溫保持在較高的水平，三池水溫差別很小。試驗(yàn)初期水溫最高值三池分別為18.2、18.6、18.3℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈緩慢下降趨勢(shì)，于1月中下旬達(dá)最低值，分別為13.1、13.1、13.3℃。各池水溫的變化顯著影響沼氣產(chǎn)量的變化，產(chǎn)氣量隨水溫的變化呈先下降后上升的趨勢(shì)。在試驗(yàn)池水溫大體一致的情況下，加入菌劑的試驗(yàn)池沼氣產(chǎn)量明顯高于未加菌劑的對(duì)照池。加菌池日產(chǎn)氣量最高值為0.82、0.85 m³，對(duì)照池最高值為0.65 m³；加菌池日產(chǎn)氣量最低值分別為O.46、0.48 m³，對(duì)照池最低值為0.29 m³。整個(gè)試驗(yàn)期間加菌池都表現(xiàn)了很好的增產(chǎn)效果。

2.2 采用保溫材料的耐低溫沼氣池加入菌劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響

從圖2可以看出，采用保溫材料的耐低溫沼氣池體現(xiàn)了較好的保溫效果，水溫變化平穩(wěn)，與另外幾組試驗(yàn)池相比水溫的變化在時(shí)間上有一定的滯后。三個(gè)試驗(yàn)池水溫差別很小。試驗(yàn)初期水溫最高值三池分別為17.6、17.8、17.3℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈緩慢下降趨勢(shì)，于2月初達(dá)最低值，分別為12.8、13.O、12.5℃。各池產(chǎn)氣量的變化比較平緩，隨水溫的變化呈緩慢先下降后上升的趨勢(shì)。加菌池的產(chǎn)氣量明顯優(yōu)于未加菌的試驗(yàn)池。加菌池日產(chǎn)氣量最高值為0.76、O.81 m對(duì)照池最高值為O.62 m³；加菌池日產(chǎn)氣量最低值分別為O.35、O.40 m³，對(duì)照池最低值為0.25m³。相對(duì)來(lái)說(shuō)，耐低溫沼氣池與暖棚措施相比，水溫和產(chǎn)氣量稍差。

2.3 采用太陽(yáng)能加溫措施的沼氣池加入菌劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響

從圖3可以看出，采用太陽(yáng)能升溫措施的沼氣池水溫和產(chǎn)氣量均較高。三個(gè)試驗(yàn)池水溫差別不大，但各池在時(shí)間上隨著氣溫的變化波動(dòng)明顯。這是由于太陽(yáng)能熱水器受天氣的影響較大，連日陰雨天可能影響池內(nèi)水溫的穩(wěn)定性。試驗(yàn)初期水溫最高值三池分別為19.2、18.8、19.5℃，隨著氣溫的降低，各池水溫呈波浪式下降趨勢(shì)，于1月下旬達(dá)最低值，分別為13.5、13.3、13.8℃。各池產(chǎn)氣量的變化也有一定的波動(dòng)，但總體維持在較高的水平上。加菌池的產(chǎn)氣量明顯優(yōu)于未加菌的試驗(yàn)池。加菌池日產(chǎn)氣量最高值為1.04、1.01 m³對(duì)照池最高值為O.78 m³；加菌池日產(chǎn)氣量最低值分別為0.64、0.60 m³，對(duì)照池最低值為0.40m³。試驗(yàn)前期菌劑的作用相對(duì)更明顯。

2.4普通沼氣池加入菌種對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響

從圖4可以看出，未采用保溫措施的沼氣池水溫和產(chǎn)氣量均維持在較低的水平上，三個(gè)試驗(yàn)池水溫差別很小。試驗(yàn)初期水溫最高值三池分別為17.3、17.2、17.1。C，隨著氣溫的降低，水溫下降明顯，于1月底2月初達(dá)最低值，分別為11.5、11.7、12.O℃。加菌池的產(chǎn)氣量明顯優(yōu)于未加菌的試驗(yàn)池。加菌池日產(chǎn)氣量最高值為O.76、O.8lm³，對(duì)照池最高值為0.64 m³；加菌池日產(chǎn)氣量最低值分別為O.28、0.32 m³，而對(duì)照池最低值為O.17 m³。可以看出，在偏低溫的情況下，菌劑的作用比較明顯，可以顯著提高冬季沼氣產(chǎn)量。

2.5各種保溫措施沼氣池加入菌劑效果對(duì)比

從表1可以看出，采用的各種保溫升溫措施均可不同程度地提高沼氣池水溫和產(chǎn)氣量?？傮w而言，太陽(yáng)能加溫措施的升溫效果最好、產(chǎn)氣量最高，暖棚措施和耐低溫沼氣池稍差。在冬季偏低溫的情況下，沼氣池水溫每提高1℃，沼氣產(chǎn)量將會(huì)有較大的提高。高效微生物菌劑的加入可顯著提高沼氣池的產(chǎn)氣率，水溫越高，菌劑的增產(chǎn)效果越好。因此，戶用沼氣池在冬季應(yīng)盡可能采取一些保溫措施，如暖棚、覆蓋秸稈等簡(jiǎn)易設(shè)施即可取得良好的效果。各組試驗(yàn)池產(chǎn)氣量提高38.2％～45.5％不等，平均日產(chǎn)氣量可達(dá)O.47～O.80m³

根據(jù)我們對(duì)山東各地調(diào)查的情況，普通農(nóng)戶一天O.4～0.5 m³沼氣即可滿足需要，這是因?yàn)檫M(jìn)入冬季以后大部分農(nóng)戶均生爐取暖，燒水、煮粥等耗時(shí)久的烹飪使用煤爐，沼氣灶通常只做炒菜之用。因此，冬季添加高效微生物菌劑，可明顯提高沼氣池的產(chǎn)氣量，確保沼氣池正常使用。

3 小結(jié)

3.1 通過(guò)對(duì)不同保溫措施下沼氣池內(nèi)添加菌劑與否進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本課題組篩選的菌劑在冬季促進(jìn)產(chǎn)氣的高效性。試驗(yàn)進(jìn)行期間跨越了當(dāng)?shù)卣麄€(gè)冬季時(shí)段，在冬季的4個(gè)月里沼氣菌劑始終保持著穩(wěn)定的促產(chǎn)氣效果。

3.2試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)沼氣池采取適當(dāng)?shù)谋厣郎卮胧瑫r(shí)添加高效微生物菌劑，可顯著提高沼氣池的水溫和產(chǎn)氣量，確保沼氣池在冬季正常使用。