刘双，孔维祎

(中国农业大学烟台研究院，山东烟台，264670)

摘要：利用沼气湿发酵技术，以青储玉米秸秆为发酵原料，采用连续厌氧发酵方式，研究以容积产气率、沼气中甲烷体积分数、累积产气量和VFA为特征指标，研究不同物料浓度对青储玉米秸秆连续发酵产沼气的影响，为秸秆沼气技术的应用提供技术支持。发酵浓度不同，容积产气率和累积产气量不同，以TS8%最高10%次之，6%较低，在第15d累积产气量分别为125.996L、109.176L和88.763L，最高容积产气率分别为2.572L·L-1d-1、2.172L·L-1d-1和1.512L·L-1d-1。　　现阶段秸秆处理利用方法中，采用厌氧发酵产沼气是一条清洁高效的秸秆利用途径，其反应过程最为平和稳定、能耗最低、无污染、生态和经济效益最佳[1]。厌氧发酵按进料方式可分为批量(批式)发酵、半连续发酵和连续发酵[2]。连续发酵是指沼气池加满料正常产气后，每天分几次连续不断地加入预先设计的原料，同时也排走相同体积的发酵原料，使发酵过程连续进行下去[2]。实际运行良好的沼气工程中，多采用半连续式进料或连续式进料，厌氧过程处于稳定状态，水解产酸与产甲烷过程同时进行，有效避免过程中的产物抑制，提高了基质转化率[3]。　　该试验设发酵浓度(TS)设6%、8%、和10%在保持35℃恒温和厌氧的条件，水利停留时间为15d下，每天测沼气产量及沼气中的甲烷含量，每隔3天测定出料的TS浓度、挥发性脂肪酸等，通过不同发酵浓度的对比,探索不同发酵浓度对所产沼气总量和甲烷含量的关系。

01

材料与方法

1.1试验材料　　发酵秸秆为青储玉米秸秆TS为35%，经破碎处理成粉末后冷藏保存待用。接种物为经纱布过滤的猪粪水TS为0%，4℃冷藏保存待用。　　1.2试验设计　　发酵装置试验采用小型厌氧发酵装置，有效容积为4L。外围包有隔热保温材料并可进行电恒温加热。试验设置3个处理，无重复，发酵TS分别为6%、8%和10%，温度设为35℃，水力停留时间设为15天，进料液(TS分别为6%、8%和10%)用猪粪水或过滤后的出料液和青储玉米秸秆配制。　　1.3测试指标及方法　　1)流量计记录每天的产气量。2)TS测定:将待测物料放入(105±5)℃的恒温箱中烘至恒重，称量烘干前后的质量，烘干后的质量除以烘干前的质量即得TS的百分含量。VS测定:将测完TS后的固体全部转移至坩埚，放入马弗炉中，550℃灼烧2h。称量灼烧前后的质量，灼烧前后的质量之差除以测TS时烘干前的质量即得VS的百分含量[4]。3)挥发性脂肪酸(VFA)采用比色测定法。4)采用PTM-600手提式复合型气体分析仪分析沼气的中甲烷含量。

02

结果与分析

2.1容积产气率变化　　TS对容积产气率的影响较为明显。由图1可知,TS浓度分别为6%、8%和10%，接种后第3～4d，各处理出现第一个高峰，容积产气率分别为1.512L·L-1d-1、2.572L·L-1d-1和2.172L·L-1d-1，随后降低，总体变化趋势为波动型。TS浓度为8%的处理容积产气率最高，10%处理次之，6%处理最低。　　2.2沼气中甲烷体积分数　　青储玉米厌氧发酵中累积产气量变化，各处理累积产气量变化趋势基本相同，随着时间的增加，累积沼气产量逐渐增多且产气速率变化不大，试验结束时(15d)，3种TS浓度(6%、8%和10%)条件下的累积沼气产量分别为88.763L、125.996L和109.176L。TS浓度为8%累积产气量最多，其次为TS浓度为10%，TS浓度为6%最低。TS浓度大小对容积产气率和累积产气量的影响，是因为TS浓度大，则接种的混合微生物菌群的数量就多，混合微生物菌群可分解利用的底物则也多，因此表现出在一定范围内，表现出容积产气率和累积产气量随TS浓度的增加而增大的趋势。但沼气的产量是由多种微生物菌群协同作用的结果，不会随着TS浓度的增加而增大，因此当TS浓度大于8%时，容积产气率和累积产气量会下降，这也可能与TS浓度较高，虽然产酸菌活性也高，但产甲烷菌群与产酸菌群没有达到一个平衡有关。　　2.3累积产气量变化　　青储玉米厌氧发酵沼气中甲烷体积分数，由图3可知，各处理甲烷含量在6d之前含量不稳定，没有达到稳定，均为先增加，维持短暂的高甲烷含量后降低，之后又逐渐升高，在10d左右升至一定值，在该值波动，甲烷含量基本稳定在40%～60%，比甲烷含量最大值略低。在整个发酵周期内各处理的稳定时的甲烷含量随着TS浓度的增加而增加，TS为10%的处理可达到55%以上，TS为8%的处理可达到50%，而TS为6%则达到42%。TS为8%的累积产气量多于10%但沼气中甲烷体积分数却相反。这可能由于产酸菌较多，产生的酸类也多，甲烷菌利用小分子酸作为底物,所产生的甲烷纯度较高，但是所产生的沼气总量较少，因为产酸菌过多抑制了产甲烷菌群的活性[5]。　　2.4 VFA变化　　发酵过程中发酵液中VFA变化，由图可见，各处理变化趋势基本相同，VFA含量不断增加，在发酵过程中TS浓度8%的VFA最高，其次为TS浓度为10%，最低为TS浓度为6%，在第15天达到最大值，分别为18.24g/L、5.67g/L和14.27g/L。

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