王生民，王定杰，曲連發(fā)，王莉娟

（四川廣元昭化區(qū)農(nóng)業(yè)局，四川 廣元 628000)

昭化區(qū)沼氣發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗

王生民，王定杰，曲連發(fā)，王莉娟

（四川廣元昭化區(qū)農(nóng)業(yè)局，四川 廣元 628000)

文內(nèi)從不同pH、不同發(fā)酵溫度、不同發(fā)酵時間3個方面對沼氣發(fā)酵條件進行了優(yōu)化。試驗結(jié)果表明，pH7.0、發(fā)酵溫度35 ℃、發(fā)酵時間20 d為昭化區(qū)沼氣厭氧發(fā)酵的最優(yōu)條件，此時沼氣產(chǎn)氣率大，對大腸菌群的殺滅作用強。

沼氣；豬糞；發(fā)酵溫度；發(fā)酵pH；發(fā)酵時間

沼氣的厭氧發(fā)酵是一個錯綜復雜的微生物代謝過程，其過程大致可以分為3個階段：第1階段是水解階段，由多種兼性厭氧或厭氧的發(fā)酵性或水解性細菌將淀粉、纖維素等糖類水解為單糖，進而形成丙酮酸；將蛋白質(zhì)水解成氨基酸，進而形成有機酸和氨；將脂類水解成脂肪酸和甘油，進而形成丙酸、乙酸、丁酸、CO2和H2。第2階段是產(chǎn)酸階段，是厭氧的產(chǎn)氫氣產(chǎn)乙酸細菌將第1階段產(chǎn)生的各種有機酸分解成乙酸、CO2和H2的過程。產(chǎn)氫氣的乙酸細菌也稱“澳式甲烷桿菌”，是產(chǎn)氫氣產(chǎn)乙酸菌和“MOH菌”的共生體。第3階段是產(chǎn)甲烷階段，是嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌群利用氫氣和一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）產(chǎn)生甲烷的過程。

本試驗采用3因素完全隨機試驗設計對豬糞沼氣發(fā)酵的不同pH、不同發(fā)酵溫度、不同發(fā)酵時間進行了綜合探討，以便了解各因素之間的相互關系，優(yōu)化出最佳的組合條件，為昭化區(qū)的豬糞沼氣發(fā)酵提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 豬糞

發(fā)酵物料為鮮豬糞，取自廣元市蔚峰農(nóng)業(yè)有限公司豬場。將豬糞放在玻璃器皿內(nèi)，然后加水攪拌，直到成黏稠的糊狀為止。

1.1.2 接種物

本試驗使用的接種物為廣元市蔚峰農(nóng)業(yè)有限公司豬場中溫厭氧發(fā)酵沼氣池中的底物。

1.1.3 試驗裝置

試驗裝置為廣元市昭化區(qū)獸醫(yī)實驗室自行制作的小型厭氧發(fā)酵裝置，主要由發(fā)酵瓶和集氣裝置組成。發(fā)酵瓶為透明玻璃三角瓶，發(fā)酵瓶用相應大小的橡膠塞子密封，橡膠塞上設有輸氣口和取樣口。集氣裝置為排水集氣法的相應裝置，集氣瓶為三角瓶。將準備好的發(fā)酵瓶放置于搖床內(nèi)。

表1 產(chǎn)氣率及糞大腸菌群致死率統(tǒng)計

1.2 方法

本試驗采用排水集氣法收集氣體，每天定時用量筒測量集水瓶中排出的水量，并做記錄。用pH計測定發(fā)酵原料預處理過程、發(fā)酵過程中pH的變化。用多管發(fā)酵法（參考HJ/T 347-2007《中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準水質(zhì)糞大腸菌群測定》）測定發(fā)酵原料預處理過程、發(fā)酵過程中糞大腸菌群數(shù)的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 完全隨機試驗設計及分析

本試驗采用三因素三水平完全隨機試驗設計，獲得了昭化區(qū)鮮豬糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的最佳反應條件?！叭蛩亍笔侵福喊l(fā)酵pH A、發(fā)酵溫度B、發(fā)酵時間C?！叭健笔侵福喊l(fā)酵pH A（6、7、8）、發(fā)酵溫度B（室溫20 ℃、中溫35 ℃、高溫54 ℃）、發(fā)酵時間C（10 d、20 d、30 d）。三因素三水平共27組試驗，每組試驗重復3次，計算結(jié)果取3個重復組的平均值。試驗設計及結(jié)果分析見表1。

2.2 產(chǎn)氣率及糞大腸菌群致死率分析

由表1可知，當其他條件相同時，pH為7時的產(chǎn)氣量顯著高于pH為6或8時，說明昭化區(qū)沼氣發(fā)酵的最適pH為7。常溫發(fā)酵的產(chǎn)氣量顯著低于中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵。對于中溫發(fā)酵，發(fā)酵時間為20 d與發(fā)酵時間為30 d的產(chǎn)氣量差異不大，說明中溫發(fā)酵時，發(fā)酵時間為20 d時已經(jīng)達到最大產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣量不再隨著發(fā)酵時間的延長而有所增加。高溫發(fā)酵時，發(fā)酵時間為30 d時的產(chǎn)氣量顯著高于10 d和20 d為發(fā)酵時間；發(fā)酵時間均為20 d時，高溫發(fā)酵的產(chǎn)氣量低于中溫發(fā)酵；發(fā)酵時間為30 d時，高溫發(fā)酵與中溫發(fā)酵的產(chǎn)氣量差異不顯著，可能原因是本試驗的接種物是取自蔚峰農(nóng)業(yè)有限公司中溫發(fā)酵池，所以在高溫發(fā)酵的開始階段，產(chǎn)甲烷菌沒有完全適應高溫發(fā)酵，所以產(chǎn)氣量低；隨著時間的延長，產(chǎn)甲烷菌逐漸適應了高溫發(fā)酵，所以在發(fā)酵時間為30 d時，高溫發(fā)酵與中溫發(fā)酵的產(chǎn)氣量無顯著差異。

從糞大腸菌群致死率來看，常溫發(fā)酵的糞大腸菌群致死率顯著低于中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵，高溫發(fā)酵的糞大腸菌群致死率高于中溫發(fā)酵，但差異不顯著，說明中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵的糞大腸菌群致死率均較好。發(fā)酵時間為10 d時糞大腸菌群致死率顯著低于發(fā)酵時間為20 d和30 d時；發(fā)酵時間為30 d時，糞大腸菌群致死率高于發(fā)酵時間為20 d時，但差異不顯著，說明沼液發(fā)酵時間為20 d已足夠。

3 結(jié)論

結(jié)合實際生產(chǎn)與經(jīng)濟效益，綜合考慮產(chǎn)氣量與糞大腸菌群致死率，得出如下結(jié)論：pH為7、發(fā)酵時間為20 d的中溫發(fā)酵是最適合本地區(qū)的沼氣池厭氧發(fā)酵條件。

略，如有所需請與作者聯(lián)系

2016-07-19）

王生民(1987—)，男，陜西省安康市，學士，主要從事養(yǎng)殖技術與養(yǎng)殖場設計等方面的研究。E-mail： 499703125@qq.com