[摘 要] 本試驗(yàn)采用河南天冠企業(yè)集團(tuán)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的可控性恒溫100 L沼氣發(fā)酵裝置，以雞糞和黃儲(chǔ)玉米秸稈為發(fā)酵原料，在50 ℃下研究分析單一黃儲(chǔ)秸稈厭氧發(fā)酵、單一雞糞厭氧發(fā)酵以及黃儲(chǔ)秸稈和雞糞按不同比例（不同碳氮比）混合厭氧發(fā)酵，總結(jié)幾種不同原料配比的產(chǎn)氣率情況。

[關(guān)鍵詞] 雞糞;黃儲(chǔ)玉米秸稈;厭氧發(fā)酵;配比

[中圖分類號(hào)] S216.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2019）23-121-2

高溫厭氧共消化是解決當(dāng)前單一農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物厭氧消化過程中因碳氮元素比例不平衡而造成系統(tǒng)產(chǎn)能不高問題的有效途徑。Weilandf[1]指出，混合厭氧發(fā)酵將是厭氧消化技術(shù)的重要發(fā)展方向。他進(jìn)行了很多混合發(fā)酵的研究，包括對(duì)混合發(fā)酵原料配比的研究、對(duì)混合發(fā)酵溫度的研究以及對(duì)混合發(fā)酵pH值范圍的研究等。楚莉莉、王曉嬌等[2-3]的研究表明，糞便與秸稈兩兩混合及3種混合發(fā)酵均能顯著提高沼氣產(chǎn)量。馬煥杰、Dar等[4-5]研究發(fā)現(xiàn)，將秸稈、落葉等與糞便混合發(fā)酵，可有效提高沼氣產(chǎn)量和甲烷含量。李軼冰、郭歐燕等[6]分別研究了對(duì)糞便與秸稈混合發(fā)酵的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，發(fā)酵周期縮短，產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量增大。目前，關(guān)于混合厭氧發(fā)酵的研究多集中在發(fā)酵影響因子的優(yōu)化，對(duì)各因素的重要性程度較少報(bào)道。所以，本實(shí)驗(yàn)以雞糞和黃儲(chǔ)玉米秸稈為底物，在連續(xù)攪拌厭氧消化反應(yīng)器中進(jìn)行高溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，并分析2種原料碳氮配比情況不同對(duì)產(chǎn)氣率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 發(fā)酵原料與消化液。發(fā)酵原料的黃儲(chǔ)玉米秸稈取自天冠南陽纖維乙醇公司，經(jīng)測定其TS（Total Solids，總固體）為42.6，VS（Volatile Solids，揮發(fā)性固體）為90.3。雞糞取自南陽市臥龍區(qū)潦河鎮(zhèn)一大型養(yǎng)雞場，經(jīng)測定其TS為17.8，VS為60.9。消化液取自天冠南陽纖維乙醇公司4 000 m3沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，經(jīng)測定其TS為4.2。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)采用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自制的全自動(dòng)恒溫100 L發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣使用沼氣流量計(jì)進(jìn)行計(jì)數(shù)測量。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。發(fā)酵溫度對(duì)秸稈和雞糞等原料的研究已經(jīng)很多，基本可以認(rèn)定高溫（50～55 ℃）發(fā)酵產(chǎn)氣效率較高，故本次試驗(yàn)設(shè)定不再對(duì)溫度進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，都按照高溫50 ℃發(fā)酵進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)發(fā)酵體系展開，每一個(gè)體系總發(fā)酵體積為70 L。70 L起始消化液均取自天冠南陽纖維乙醇有限公司同一沼氣發(fā)酵罐中部。全自動(dòng)恒溫發(fā)酵罐統(tǒng)一設(shè)置溫度為50 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速為150 r/m。發(fā)酵投料負(fù)荷按原料VS計(jì)算為每天1.5‰。全部試驗(yàn)周期為30 d。第1個(gè)體系完全以雞糞為底物，投料VS負(fù)荷為每日1.5‰（體系進(jìn)料碳氮比約為10）;第2個(gè)體系雞糞投料VS為0.75‰，黃儲(chǔ)玉米秸稈投料VS負(fù)荷為0.75‰（體系進(jìn)料碳氮比約為16）;第3個(gè)體系雞糞投料VS為0.5‰，黃儲(chǔ)玉米秸稈投料VS負(fù)荷為1‰（體系進(jìn)料碳氮比約為21）;第4個(gè)體系完全以黃儲(chǔ)玉米秸稈為底物（體系進(jìn)料碳氮比約為50），根據(jù)產(chǎn)氣量考察同樣VS投料負(fù)荷下底物碳氮比對(duì)工藝性能的影響。

1.2.2 測試項(xiàng)目及方法?？偣腆wTS是指生物質(zhì)原料在（105±2）℃烘干至恒重，去除水分剩余干物質(zhì)的重量占樣品總重的百分比。測定原理：將生物質(zhì)原料于（105±2）℃溫度下烘干至恒重，計(jì)算烘干后重量占樣品總重的百分比。揮發(fā)性固體VS是指將烘干至恒重的生物質(zhì)樣品置于（550±20）℃條件下灼燒至恒重，得到灰分，用總固體重量減去灰分重量，即為揮發(fā)性固體。測定原理：將已獲取TS所需各數(shù)值的樣品移入馬弗爐中，在（550±20）℃燃燒至恒重，測定揮發(fā)掉的成分占干物質(zhì)的百分比，灰分為剩余物質(zhì)占干物質(zhì)的百分比。在沼氣工程技術(shù)中，TS和VS是2項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)性參數(shù)，用以衡量沼氣發(fā)酵原料的基本性質(zhì)，計(jì)算厭氧發(fā)酵的投料量和確定有機(jī)負(fù)荷等。pH計(jì)使用梅特勒精密pH計(jì)測量。氨氮值用納氏試劑分光光度法測量。揮發(fā)酸VFA測定按Q/YZJ10-03-02-2000（硫酸法）執(zhí)行。產(chǎn)氣量使用沼氣流量測定儀每日記錄。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 發(fā)酵罐30 d平均發(fā)酵數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后，每天上午9時(shí)準(zhǔn)時(shí)補(bǔ)料，并記錄前天產(chǎn)氣量。取未補(bǔ)料的發(fā)酵液分析氨氮，揮發(fā)酸、TS以及pH值各項(xiàng)數(shù)據(jù)。匯總30 d發(fā)酵結(jié)果，平均數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2號(hào)體系底物碳氮比為16時(shí)，對(duì)照秸稈和雞糞單獨(dú)發(fā)酵產(chǎn)氣量，共發(fā)酵產(chǎn)氣比率上升了15%;3號(hào)體系底物碳氮比為21時(shí)，對(duì)照秸稈和雞糞單獨(dú)發(fā)酵產(chǎn)氣量，共發(fā)酵產(chǎn)氣比率上升了15.8%。雞糞與玉米秸稈VS比例按1∶2處理，其碳氮比為21∶1，屬于最佳發(fā)酵理論值。因?yàn)槲⑸锇l(fā)酵時(shí)，對(duì)碳的需求量是氮的20～30倍，所以合理配比有利于產(chǎn)酸階段與產(chǎn)甲烷階段菌群的生長平衡，可以促進(jìn)沼氣發(fā)酵[7]。

Bouallagui研究發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，pH值在后期有所升高。本研究發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，即pH值從原消化液的7.1左右有所升高，說明微生物逐漸適應(yīng)了發(fā)酵環(huán)境，并在其生長、繁殖的過程中調(diào)整了pH值，使其更適合自身生長。

另外，分析不同物料配比發(fā)酵過程中氨氮和揮發(fā)酸的數(shù)據(jù)可以看出，單純的雞糞氨氮值上升最快，揮發(fā)酸也較高，對(duì)后期厭氧水深度處理造成了一定影響;而單純的秸稈發(fā)酵由于氮源不足，發(fā)酵產(chǎn)氣結(jié)果不是很理想。共發(fā)酵的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)罐由于調(diào)整了進(jìn)料的碳氮比，發(fā)酵產(chǎn)氣率都有了一定提升，尤其是在碳氮比為21時(shí)，產(chǎn)氣率提高明顯，發(fā)酵罐各項(xiàng)理化指標(biāo)也更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]Weiland P.Anaerobic Waste Digestion in Germany-Status and Recent Developments[J].Biodegrndntion，2001（6）：415-421.

[2]楚莉莉，李軼冰，楊改河，等.豬糞麥稈不同比例混合厭氧發(fā)酵特性試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011（4）：100-104.

[3]王曉嬌，李軼冰，楊改河，等.牛糞、雞糞和稻稈混合的沼氣發(fā)酵特性與工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010（3）：104-108.

[4]馬傳杰，花日茂，郭亮.接種量對(duì)牛糞厭氧干發(fā)酵的影響[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2008（5）：81-84.

[5]Dar H G，Tandon S M.Biogas Production from Pretreated Wheat Straw，Lantana Residue，Apple and Peach Leaf Litter with Cattle Dung[J].BiolWastes，1989（21）：75-83.

[6]郭歐燕，李軼冰，白瑞杰，等.溫度對(duì)雞糞和秸稈混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（6）：137-144.

[7]宋籽霖，郭燕，楊改河，等.雞糞與玉米秸稈混合發(fā)酵沼氣產(chǎn)量影響因子研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（8）：1624-1629.