沼气发酵条件

沼气发酵条件（精选十篇）

沼气发酵条件 篇1

关键词：秸秆,沼气,厌氧发酵,工艺条件

0引言

沼气是多种微生物在厌氧条件下对有机物质 ( 如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾和污泥等) 进行分解代谢的产物, 其主要成分是甲烷和二氧化碳, 还有硫化氢等少量的其他气体。沼气在我国的应用已有1个世纪多的历史, 经过100年多的发展, 沼气技术的目标已从“能源回收”转移到“环境保护”, 沼气的利用不仅仅局限于点灯做饭, 已经发展到乡村集中供气和沼气发电, 并且开展了沼渣的综合利用, 形成了以沼气为纽带的生态家园富民工程。近年来, 中央政府出台了一系列相关政策支持农村沼气建设并且不断加大资金投入: 2001年, 政府投入1. 31亿元用于农村沼气建设; 2002年, 投入3. 1亿, 2003 - 2005年每年投入10 3亿; 从2006年起, 每年拿出25亿元国债巨资用于农村沼气建设, 这为沼气工程的发展提供了优越的外部环境条件[1]。

东北地区是我国重要的商品粮食生产基地, 每年伴随粮食生产会有大量的秸秆资源产生, 以2009年为例, 整个地区秸秆总产量高达9 628. 37万t, 而且这项数字呈逐年递增趋势。但是, 该地区秸秆资源的利用率低、转化率低、经济效益低, 大部分秸秆资源被废弃或直接焚烧, 造成了资源浪费和环境污染, 其价值没有得到充分体现。因此, 丰富的秸秆资源为厌氧发酵产沼气技术的应用提供了有利的内部发展条件。

1沼气发酵的原理

沼气发酵又称厌氧消化, 是指各种有机物在厌氧条件下, 被各类沼气发酵微生物分解转化, 最终生成沼气的过程。目前, 比较公认的有机物厌氧消化理论是Bryant在1979年提出的3阶段理论, 如图1所示。

3阶段理论包括:

第1阶段水解发酵阶段。在该阶段, 复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下, 首先分解成简单的有机物, 继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类。

第2阶段产氢产乙酸阶段。在该阶段, 产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第1阶段产生的中间产物转化成乙酸和氢, 并有CO2产生。

第3阶段产甲烷阶段。在该阶段, 产甲烷菌把第1阶段和第2阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。

沼气发酵是一个比较复杂的过程。在实际的沼气发酵过程中, 这3个阶段是相互衔接和相互制约的, 它们之间保持着动态平衡, 从而使基质不断分解, 沼气不断形成。

2秸秆发酵产沼气的主要工艺条件

沼气发酵微生物都要求适宜的生活条件, 它们对温度、酸碱度及其它各种环境因素都有一定的要求。 沼气发酵工艺条件就是在工艺上满足微生物的生活条件, 使它们在合适的环境中生活, 以达到发酵旺盛、 产气量高。沼气池发酵产气的好坏与发酵条件的控制密切相关。在发酵条件比较稳定的情况下, 产气旺盛, 否则产气不好。实践证明, 往往由于某一条件没有控制好而引起整个运转失败。因此, 控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。概括起来, 影响东北地区秸秆产沼气的工艺条件主要有以下几个方面。

2. 1适宜的温度

沼气发酵微生物只有在一定的温度条件下才能生长繁殖, 进行正常的代谢活动, 因此发酵温度是影响沼气发酵的重要因素[2]。在一定温度范围内, 产气量随温度的升高而提高, 但产气量并不是始终与温度的增高成正相关, 如图2所示。

东北地区低温寒冷时间较长, 农村的沼气池采用在自然温度下进行发酵, 发酵料液的温度随气温和季节变化而变化。这种发酵产气方式的优点是设备简单, 缺点是全年产气量会有很大变化, 温度的突然变化会对产气造成很大影响, 尤其是冬季, 经常由于温度过低影响产气, 特别是当温度一次性下降5℃ 时, 会停止产气, 影响正常使用。为了使沼气池在低温条件下也能够产气, 需要采取保温和增温措施。

自动加热恒温系统主要由太阳能热水器、换热器、换热管、温度自动控制系统、循环水泵和其他辅助部件组成, 如图3所示[3]。

系统检验合格后, 运行太阳能热水器系统, 当太阳能热水器内水温达到设定的临界温度时, 热量通过太阳能侧循环水泵送至沼气池内的换热器和换热管当太阳能热水器内水温低于设定的临界温度时, 则关闭太阳能侧循环水泵, 待水温达到要求后重新启动太阳能侧循环水泵。沼气池、分集水器以及池体内的换热器与换热管组成系统的热量循环和控制系统。池体内温度由温度传感器进行检测, 并由温度自动控制系统进行控制, 从而保证正常的反应温度[4]。

1.太阳能热水器2.集水器3.分水器4.沼气池5.排料管接口6.污泥泵7.进料管接口8.盘管9.盘管10.换热器11.换热管12.传感器13.温度自动控制系统14.温度智能控制变送仪15.太阳能循环水泵

2. 2接种物与原料的不同比例

接种物与原料的不同比例是影响秸秆厌氧发酵产气速度和产气量的重要因素, 合适的接种物原料比对提高沼气产气速率、沼气产气量、秸秆利用率等有着重要的影响。

试验原料采用氨化处理后的水稻秸秆[5 - 6]。将稻秸剪成2 ~ 3cm的小段, 风干备用。接种物为实验室沼气中厌氧发酵后的沼液。试验时, 将接种物与稻秸混合至总固体质量分数 ( TS) 为20% 左右。试验在反应瓶中进行, 以量桶计量排出的液体, 试验装置如图4所示。在 ( 35 ± 1) ℃ 恒定温度下进行发酵试验, 水稻秸秆50g, 接种物分别为25, 50, 100g, 将接种物与原料配成质量比为0. 5∶ 1, 1∶ 1, 2∶ l, 加水至l L。接种物与原料不同配比时, 日产气量和总产气量对比情况如图5和图6所示[7]。

1.反应器2.集气瓶3.量筒

由图5试验结果可见: 产气高峰期出现最早的是接种物与原料比为2∶ 1的试验, 接种物与原料比为0. 5∶ 1, 1∶ 1的试验较晚; 在发酵期内, 接种物与原料比为2∶ 1的试验的日产气量明显高于接种物与原料比为0. 5∶ 1, 1∶ 1的试验; 随着厌氧发酵的进行, 各试验产气量开始逐渐下降, 但接种物与原料比为2∶ 1的试验在第13天后产气量变化不明显, 较为平稳; 接种物与原料比为0. 5∶ l, 1∶ l的试验在发酵进行到第15天左右时, 产气量开始回升, 出现了第2个产气高峰, 持续近10天后开始下降并趋于稳定。

从图6结果可知, 接种物与原料比为0. 5∶ 1试验的总产气量低于接种物与原料比为1∶ 1与2∶ 1的试验的总产气量; 而接种物与原料比为1∶ 1与2∶ 1两组试验的总产气量差别并不太大。

因此, 通过图6和图7试验结果对比可以得知, 接种物与原料比为l∶ l的试验对沼气产气量的影响最为明显。

2. 3适当的酸碱度

p H值是影响厌氧发酵的重要因素之一, p H值较低或较高都对产气有抑制作用。因为p H值不仅直接影响生物体内各种酶的催化活性以及代谢途径, 还能影响生物细胞的形态和结构, 从而导致吸附或絮凝现象, 引起生物体催化效果的改变, 造成生物的代谢速率与生物处理能力下降。因此, 适宜的酸碱度对沼气厌氧发酵的效果有着极其重要的作用[8]。

在 ( 35 ± 1) ℃ 恒定温度进行发酵试验, 试验原料与接种物与上述相同, 水稻秸秆50g, 接种物50g, 加水至l L, 将装置中发酵液p H值分别调至5. 5, 7. 0, 8. 5。 p H值不同时, 日产气量和总产气量对比情况如图7和图8所示。

由图7可知, p H值为7. 0时出现两次产气高峰期, 第1次是在发酵第5 ~ 12天, 第2次是在发酵第16 ~ 23天; p H值5. 5和8. 5时, 只有1次产气高峰期。在产气高峰期的时间上, p H值8. 5的出现最早, p H值7. 0次之, p H值5. 5最晚。时间间隔相差大概2天左右。产生这一现象的原因是当p H值过低时, 在抑制甲烷菌代谢活动的同时也一定程度上抑制了沼气发酵第1阶段中水解、酸化细菌的代谢活动; 当p H值过高时, 在抑制甲烷菌代谢活动的同时也一定程度上促进了沼气发酵第1阶段中水解、酸化细菌的代谢活动。

由图8结果可见, p H值为7. 0时总产气量明显高于其它p H值的, 从而进一步验证发酵料液的p H值低于或高于7. 0时, 沼气菌的活动受到了抑制。结果表明, 在不同p H条件下, 产甲烷菌群受到不同程度的抑制, 使产气量出现差异。

综上得知, 当沼气池内的p H值一直保持为7. 0左右时, 发酵能够正常运行, 同时水稻秸秆发酵产沼气效率高。

3结论

1) 研究温度对秸秆厌氧发酵制沼气的影响, 设计了沼气池自动保温增温系统, 保证沼气发酵的适宜温度, 实现连续发酵产气。

2) 研究接种物与原料的不同配比对产气量的影响, 合适的接种物与原料的配比有利于提高产气量。 试验中, 接种物与原料比例为1∶ l的总产气量与比例为2∶ l的试验区别不大, 但是高于接种物与原料比为0. 5∶ l的试验产气量。所以接种物与原料配比为l∶ l更有助于提高沼气的产气量。

3) 研究不同发酵p H值对秸秆厌氧发酵沼气产气量的影响, 试验中p H值为7. 0的总产气量最高, p H值为5. 5, 8. 5时, 产气量则较低, 表明在不同p H值条件下, 产甲烷菌群受到不同程度的抑制, 使产气量出现差异。所以, 沼气发酵的p H值为7. 0左右时更有助于提高沼气的产气量。

参考文献

[1]李庆达, 于海明, 张伟, 等.稻秸秆生物质成型燃料物理特性的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报, 2012, 24 (4) :11-14.

[2]于海明, 周岭.高效沼气反应装置的设计[J].可再生能源, 2007, 25 (1) :20-23.

[3]于海明, 周岭, 丁羽, 等.沼气反应器中自动加热恒温系统主要工作部件的参数选择[J].黑龙江八一农垦大学学报, 2006, 18 (2) :53-56.

[4]于海明, 周岭, 丁羽, 等.高效生物膜反应装置中加热恒温系统的设计[J].农机化研究, 2006 (11) :187-189.

[5]孙辰, 刘荣厚, 覃国栋.芦笋秸秆预处理与厌氧发酵制取沼气试验[J].农业机械学报, 2010, 41 (8) :94-99.

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[7]邵明胜.水稻秸秆厌氧发酵产沼气工艺条件的研究[D].武汉:湖北工业大学, 2009.

沼气发酵产物的综合利用 篇2

沼气发酵产物的综合利用

摘要：随着畜禽养殖业的集约化,畜禽粪便的排放越来越集中,大大超过了当地环境的承载能力,对于当地居民的健康和养殖场本身的可持续发展都带来了巨大的.压力.为此以对浙江省海宁市同仁养殖场和三联养殖场的调查分析为基础,同时引用其他方面的实例,介绍将畜禽粪便的发酵产物包括沼气、沼液和沼渣综合利用的方式:利用沼气作为燃料,利用其来保鲜水果和发电;利用沼液作为有机肥直接灌溉到农田中,或用作叶面肥,还可以利用沼液来浸种;利用沼渣直接作为有机肥,用来栽种蘑菇或将其加上添加剂制作成有机肥出售.总之,通过对畜禽粪便的发酵,以及对于发酵产物的综合利用,实现了物质和能量的多级利用,有利于可持续发展.作 者：朱磊    卢剑波    ZHU Lei    LU Jian-bo  作者单位：浙江大学生命科学学院农业生态研究所,浙江,杭州,310058 期 刊：农业环境科学学报  ISTICPKU  Journal：JOURNAL OF AGRO-ENVIRONMENT SCIENCE 年，卷(期)：, 26(z1) 分类号：X713 关键词：沼气    沼液    沼渣    综合利用    可持续发展   

沼气池发酵管理六法 篇3

“三结合”沼气池从启动开始，可陆续向池内进料，当累计进料量达到池容的85%～95%时，开始出料。添加新料时，切忌加大用水量，以免降低发酵浓度，影响产气效果。

二、注意检查发酵液的酸碱度。配料不当或突然变换添加原料都会影响发酵液的酸碱度，如一次投入大量青草、绿肥或蚕沙，会使发酵液变酸，造成产气量下降或气体中甲烷含量减少。发酵液偏酸时加入适量的草木灰、氨水或石灰水等调节；偏碱时加入适量的青草、蚕沙等原料加以调节。

三、适当搅拌。设有抽吸式出料器的污泥回流沼气池，每天定时抽拉活塞10分钟左右，使池内料液巡回流动。无搅拌装置的沼气池，可用长柄竹木器从进、出料口伸入池内来回搅动，每天一次，每次20～30下。在冬季，无论回流、搅拌，均宜选择晴天进行，以免降低池温，使产气量下降。如果浮料结壳严重，应打开活动盖，破坏结壳层。

四、检查是否漏气。当采用正确的发酵、管理方法后，沼气池的产气量依然明显下降时，应认真检查沼气导气管和池盖连接处、输气管和开关等是否漏气，发现问题要及时修补或更换。

五、大换料。采用人畜粪、尿等流体、半流体原料发酵的沼气池，平时小进小出，3年左右应大换料一次，采用猪牛栏粪（稻草垫料）原料发酵的沼气池，每年一般在春季或秋季用肥时大换料1～2次。换料时注意：

1.在寒冬季节（气温、池温在10℃以下），若无保温设施，不宜大换料，否则启动不好，影响产气效果。

2.要先备料、后出池，不备料、不出池，做到随出随进。

3.“三结合”沼气池在换料前一个月应停止人畜粪便流入池内，为大换料准备原料，也防止寄生虫和病原菌入池。

4.大出料时，要留10%以上的池底活性污泥或30%的发酵液做重新投料启动的接种物。

5.换料后要对池内外结构进行一次检查，若发现裂缝应及时修复；未刷密封涂料的池子，可用20千克左右的浓水泥浆进行一次保护性粉刷。

六、安全发酵。

1.严禁向沼气池投放剧毒农药、各种杀菌剂以及对沼气发酵过程有影响的抑制剂，以免使正常发酵遭到破坏，甚至停止产气。如出现此种情况，应将池内发酵液全部清除，并用清水冲洗干净，重新投料启动。

2.禁止将电石（CaC2）入池，以免杀死池内沼气微生物和引起爆炸事故。

3.勿将某些农副产品如菜籽饼（油饼）、棉籽饼、骨粉及过磷酸钙等入池，以免产生有毒气体。

4.严防雨水和地沟水流入沼气池内，防止淹没气箱，冲淡料液浓度，降低池温，影响产气。

（作者联系地址：辽宁省抚顺市新抚区南花园街道湖边社区1委16组53栋2单元303号 邮编：113008）

沼气发酵条件 篇4

1 沼气发酵的菌种

沼气发酵菌种的质量、数量以及组成是沼气使用的关键因素。沼气细菌在沼气池生长繁殖需要充足的营养成分, 如氮、碳、水、无机盐、生长素等, 通过发酵反应充分产生沼气。沼气发酵的菌种根据原料的组成成分可以分为富含氮元素的原料以及富含碳元素的原料, 它们都可以产生大量的甲烷菌群[2]。富含氮元素的原料主要包括人、牲畜、家禽的粪便, 此类原料经过肠胃消化系统的处理, 形成分子化合物, 颗粒细小, 含水量较高, 易于形成厌氧发酵, 可以省去预处理, 此类菌种的特点就是发酵时间短, 产气快, 产气持续稳定。富含碳元素的原料主要是来自农作物的剩余物, 如秸秆、秕壳、杂草等, 其中还有丰富的纤维素、半纤维、木质素以及果胶等物质。但是由于这类原料体重轻、质量小, 容易漂浮, 含水分少, 需要进行预处理, 与含氮元素的原料相比产气速度较慢, 发酵时间较长。发酵原料中的氮元素作为细胞质组成的重要元素, 与提供生命活动能量的碳元素相比, 发酵消耗速度慢25倍左右, 为了使沼气池中有合理的氮碳搭配, 使其原料既能够使用较长时间, 同时还能充分发挥原料的作用, 应该使氮与碳的配比在1∶25左右。因此, 沼气发酵的菌种不仅是放置足量的原料, 还要有合适的配比, 才能做到资源的优化使用。除了上述沼气发酵的菌种外, 还有有机垃圾、生活污水、废渣和污泥、水生植物等原料, 水生植物由于繁殖速度较快, 产量高, 易形成厌氧发酵分解, 也是非常好的菌源材料。由于沼气发酵与含水量有非常重要的关系, 因此还可以分为固体原料、浆液态原料、有机废水等[3]。

2 沼气发酵原料浓度

农村沼气池单位面积每天所承受的有机物数量即为沼气池的负荷, 主要由厌氧活性污泥的数量和活性决定, 其体现方式就是发酵原料的浓度, 而沼气发酵浓度则是沼气池产气的根本保证。沼气池发酵原料浓度主要受发酵原料的种类、元素组成、工艺目标、发酵装置以及工艺流程等综合因素的影响, 发酵浓度的改变能够改变沼气池的产气率和使用率以及产气数量等。由于原料的分解发酵需要大量的水, 所以原料的浓度一定要掌握准确。只有沼气池中的原料达到一定浓度后, 才能正常产气。浓度过低, 水分过多, 产气量减少, 沼气池利用率低;浓度过高, 水分过少, 原料不容易发酵分解, 甲烷菌过多, 造成有机酸的大量积累, 阻碍了细菌的产生。实地调研表明, 张庄寨镇海青行政村海青自然村的王明星、王其坤、李世民3户在2012年4月同时建成沼气池。王明星是养殖户, 养殖有种猪、育肥猪、仔猪近200头, 每天冲刷猪舍的污水 (渣) 达800 kg, 其将养猪场的冲刷液 (渣) 投入沼气池中;王其坤养殖5头育肥猪, 按照技术人员的指导, 使用正常料液比例进行投料;李世民购买4 t猪粪全部投入沼气池内。结果发现, 王明星的沼气产气速度快, 只用10 d的时间便能用沼气做饭, 但产气量少, 产气断断续续不能正常使用;王其坤的沼气池投料后14 d开始产气使用, 产气率高而且稳定, 日常使用有较大的结余;李世民的沼气池投料后长时间无法使用, 经过排查发现, 李世民的沼气池发酵原料投放太多, 浓度偏高, 产气速度快但产气量少。经技术人员正确指导后, 其抽出大量料液, 投入了经过发酵的猪粪, 抽出1.5 t猪粪, 又注入1 t水, 使料液浓度在8%左右。经过15 d后, 王明星和李世民2家的沼气池产气趋于稳定, 并可以持续正常地使用。实践证明原料浓度过高或过低都不利于沼气的发酵分解。

沼气发酵原料的浓度除受外部料水影响外, 还受原料自身含水量影响。同时发酵的浓度还受季节、温度等因素的影响, 温度越高所需原料浓度越低, 发酵速度也越快, 因此应随着季节和温度的变化调整投料的数量和种类, 夏季一般保持在5%~7%, 冬季保持在8%~10%较为适宜。由于原料投入沼气池后, 会产生自然沉淀形成分层, 为保证原有的发酵浓度、原料的均匀分布, 应持续搅拌, 从而促进沼气产量的均匀和持久, 促进原料的充分使用[4]。

参考文献

[1]李祥志.沼气发酵菌种与发酵原料浓度[J].安徽农学通报, 2008, 14 (16) :125.

[2]周宪龙, 李强, 黄涛, 等.不同发酵原料对户用沼气产气量的影响[J].农学学报, 2012, 2 (12) :57-61.

[3]傅继宁.沼气发酵影响因素和调控技术[J].中国农业信息, 2012 (21) :116-117.

沼气发酵条件 篇5

关键词 甘蔗叶 ；干法沼气发酵 ；含水率 ；产气效果

中图分类号 S216.2

Effects of Moisture Content on Biogas Production by Dry Anaerobic Fermentation of Sugarcane Leaves

HUANG Xiaohong WANG Jinli JIAO Jing ZHENG Yong GUO Changjin WANG Gang

（Institute of Agricultural Machinery， CATAS， Zhanjiang， Guangdong 524091）

Abstract The effect of moisture content on biogas production from sugarcane leaves was studied. The results showed that： when the moisture content of raw material was greater， the total gas production and the unit TS gas production was better. When the moisture content was 81%， the gas yield reached the maximum of 19 550 mL in 30 days， the gas production rate of dry matter was 158.35 mL/g and the methane content was 61.06%. Therefore， 81% moisture content in favor of sugarcane leaves to carry out dry anaerobic fermentation. The experimental results had provided basis parameters for the process design of dry anaerobic fermentation project.

Key words sugarcane leaves ； dry anaerobic fermentation ； moisture content ； biogas production

甘蔗叶是甘蔗收获后的剩余物，一般占甘蔗产量的12 %-20 %[1]。据统计，中国2013年甘蔗种植面积为186.67万hm2[2]，但是甘蔗叶的利用率却很低。传统的处理方式是遗弃田间地头或者被农民焚烧后作为还田的肥料，只有极少数被充分利用。甘蔗叶的利用途径有肥料化（焚烧还田和直接粉碎还田[3-5]）、饲料化[6]和沼气化[7-9]等，由于田间作业的差异性，甘蔗叶直接粉碎还田的非常有限；甘蔗叶水分含量低，蛋白质含量少等，营养不均衡，饲料化利用难。与玉米秸秆相比，甘蔗叶碳含量高达10 %[10]，是生产沼气的优良原料，通过干法厌氧发酵技术可以将废弃的甘蔗叶转化成新能源，可用于燃烧供热或发电，对于获取新型能源和控制农村能源污染都有积极意义。但是蔗叶中纤维素、半纤维素、木质素的含量较高，且这些大分子互相缠结、不易降解、使产甲烷菌难以获得所需的小分子有机物，故产沼气效率低，周期较长[11-12]，直接影响甘蔗叶发酵产沼气的运行管理方式和效益。

干法沼气发酵是指发酵原料呈固态，虽然含水丰富，但没有或几乎没有自由流动水的沼气厌氧微生物发酵过程，它与湿发酵相比主要优点是节约用水，污染物排放少、发酵剩余物处理费用低等，是一种很有前景的技术途径。干法发酵产沼气过程的工艺参数，是保证发酵制备沼气系统的安全、经济和高效运行的主要条件。一般认为，干法发酵的干物质浓度>15 %[13]。目前，国内对于干法发酵技术不同含水率控制研究较少，课题组根据甘蔗叶自身的特点，研究甘蔗叶在不同含水率条件下的干法厌氧发酵的产气特性，以期找到最适宜甘蔗叶厌氧发酵的条件，对甘蔗叶厌氧发酵技术具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

甘蔗叶：来源于湛江市麻章区甘蔗收获后的干黄叶，打捆保存，使用时用粉碎机粉碎成1-5 cm小段（含水量13.00 %，C %为67.85 %，N %为0.46 %）。

猪粪：来源于湛江市高阳个体养猪场（含水量75.00 %，C %为13.28 %，N %为0.87 %）。

接种物：来源于中国热带农业科学院农业机械研究所沼气基地正常发酵的底物（猪粪、生活污水淤泥、甘蔗叶为原料的发酵底物）。

试剂：碳酸氢铵、氢氧化钠、硫酸等。

试验装置：以容积为1 L的锥形瓶作为消化反应器，厌氧消化过程产生的气体由1 L的广口瓶收集，500 mL的锥形瓶作为集水器。装置由耐腐蚀的乳胶管连接，构成一套密闭厌氧消化装置（图1）。

试验装置加热保温采用电热恒温水浴锅。

1.2 方法

1.2.1 干法厌氧沼气发酵甘蔗叶

粉碎的甘蔗叶加适量水湿润24 h，与猪粪按1：1（干物质比）的比例混合，按含水率75 %、78 %和81 %分别加入适量水，在好氧条件下进行堆沤，堆沤温度为50-55 ℃，堆沤7 d。预处理结束后的物料加入30 %（V/V）接种物，再加入碳酸氢铵调节碳氮比为25：1，搅拌均匀后装罐，装罐系数为70 %（1 000 mL×70 %=700 mL）；温度调整至38 ℃，进行厌氧发酵，发酵时间30 d，每个处理2个重复，每天定时测量产气量，在产气高峰周期内测定各处理组气体的甲烷含量。

根据课题组以往的试验经验，初步判定了发酵后第5天至第20天为产气高峰周期。本试验分别选取了发酵第5天、发酵第10天及发酵第20天测量各处理组中气体的甲烷含量，计算3组数据的平均值。

1.2.2 测定方法

含水率：HR83水分测定仪（梅特勒-托利多）；总固体：采用105 ℃烘干法测定；总碳采用重络酸钾-外热源法测定；总氮采用凯氏定氮测定；甲烷含量采用Biogas沼气成分分析仪测定。

单位干物质产气量是指单位质量干物质在1个发酵周期（30 d）内产生的沼气量，计算公式为：

Cts=

Cts：单位干物质（TS）产气量（mL/g）；V：发酵周期（30 d）内累积产生的沼气量；W：发酵物总质量（g）；TS：发酵物TS含量（%）。

2 结果与分析

2.1 不同含水率对甘蔗叶发酵总产气量和单位干物质（TS）产气量的影响

不同含水率对甘蔗叶发酵总产气量的影响见图2。由图2可知，不同含水率对甘蔗叶发酵总产气量有一定的影响。含水率81 %时30 d的总产气量最高，达到19 550 mL，随着含水率的降低，总产气量下降，当含水率下降3 %时，总产气量下降444 mL；含水率下降6 %时，总产气量下降2 245 mL，是81 %含水率的11.48 %产气量。

不同含水率对甘蔗叶发酵单位干物质产气量见图3。由图3可知，75 %、78 %和81 %含水率的单位干物质产气量分别是110.09、137.46和158.35 mL/g，证明在所选含水率内，含水率越高，越有利于甘蔗叶发酵产沼气。

2.2 不同含水率对甘蔗叶发酵日产气量的影响

不同含水率对甘蔗叶发酵日产气量的影响见图4。由图4可知，75 %含水率的处理组在干发酵开始后的第5天就达到了最高产气峰值1 418 mL，产气高峰来得最早；78 %及81 %的含水率样品分别在第10天和第8天达到最高产气峰值1 560、1 613 mL。在30 d的产气周期内，75 %、78 %和81 %三个处理的日产气量>1 000 mL（视为高峰产气周期）的分别有13、12、13 d，产气量为15 104、15 898、17 751 mL，分别占总产气量的62.51 %、60.85 %和64.34 %。

81 %含水率高峰产气周期长（13 d），高峰产期周期内的产气量高，最适合甘蔗叶干法发酵产沼气。物料含水率为78 %时，最高产气高峰值较晚，且高峰产气周期相对较短（1 d），但是从发酵的第6天开始，每天的产气量均高于75 %的含水率处理组，在高峰产气周期内的产气量较大。75 %含水率的处理组产气高峰值出现最早，但达到产气高峰值后，其产气量下降速度较快，高峰产气周期内产气量小，不利于沼气的积累。

2.3 不同含水率对甘蔗叶发酵产甲烷含量的影响

由图5可知，含水率81 %时对甘蔗叶发酵产甲烷含量最高，为61.06 %，其次是78 %，含水率75 %时甲烷含量最低（图5）。

3 结论

沼气是一种混合气体，主要成分有甲烷、二氧化碳以及少量的硫化氢、一氧化碳、氢、氮、氧和氨气等气体[1]。含水率为75 %时，甘蔗叶发酵总产气量比含水率为81 %时少2 245 mL，约为产气高峰阶段内的2 d产气量。这可能是因为原料的含水率越低越容易阻碍菌种繁殖、发酵底物的热质传递等，使物料与菌种之间无法充分接触造成。

在干法中温厌氧发酵产沼气试验中，甘蔗叶发酵物料含水率增加，产沼气量增多，单位干物质产气量增加，高峰维持周期长。本试验中，原料含水率在81 %时，总产气量最高，为19 550 mL，高峰产气周期13 d，沼气中甲烷含量最大，为61.06 %，与78 %、75 %含水率原料比较，更适合用于甘蔗叶干法发酵产沼气。该结果为甘蔗叶的干法沼气工程工艺设计提供了理论依据。

参考文献

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[12] Walter J W. Anaerobic dry fermentation [J]. Biotechnology & Bioengineering Symp， 1980，10：43-65.

干竹叶沼气发酵潜力的研究 篇6

1 材料与方法

1.1 供试材料和沼液

试验材料为干竹叶,干竹叶在云南师范大学呈贡校区校园内收集。原材料经粉碎后,用于沼气发酵试验。经测定,TS为95.23%,VS为87.04%。

接种物取自实验室以猪粪为原料富集的接种物,TS为11.91%,VS为65.01%,p H为7。详见表1。

1.2 试验预处理

试验装置为自制排水集气法简易发酵装置[1],安装控温仪。试验设置试验组和空白对照组。试验组和空白对照组的发酵总体积均为400m L,其中接种物占30%,干物含量占6%(经计算相当于加入干竹叶约10g),p H值为7;空白对照组不加干竹叶,用于测定接种物自身的沼气产量以修正干竹叶日产气量。试验各组的环境温度均维持在中温条件(35±2)℃。从试验启动的第2天起,每天定时记录日产气量。

1.3 方法

1.3.1 发酵液的配制

将干竹叶粉碎,用天平称取适量,放入发酵装置进行发酵。

本实验设1个实验组和1个对照组,重复设3个平行。

实验组1:120m L接种物,10.1932g原料,加水至400m L刻度线;

实验组2:120m L接种物,10.1862g原料,加水至400m L刻度线;

实验组3:120m L接种物,10.2002g原料,加水至400m L刻度线;

对照组1:120m L接种物,加水至400m L刻度线。

对照组2:120m L接种物,加水至400m L刻度线。

对照组3:120m L接种物,加水至400m L刻度线。

各组的试验处理详见表2。

1.3.2 测定项目及方法

TS、VS:采用常规分析法[2],测定原料、接种物以及发酵前后料液的TS、VS。

发酵温度:控温仪调至33~37℃。

p H值:采用p H试纸测定原料、接种物以及发酵前后料液的p H值。

产气量:本实验采用水压式法收集沼气,从实验启动的第2天起,每天定时记录各套装置的产气量。

干竹叶的日产沼气量=干竹叶试验组日产沼气量-空白对照组日产沼气量。

2 结果与讨论

2.1 发酵料液发酵前后相关指标的测定

发酵料液前后的TS、VS和p H变化结果见表3。

从表3可以看出,发酵前后实验组、对照组的原料中的TS、VS含量都降低了,这表明在发酵过程中,原料都被消耗了。从实验组来看,其发酵前后TS、VS的变化说明,干竹叶是可以发酵产气的,它的TS利用率16.52%,VS利用率为1.74%;从对照组来看,发酵前后TS、VS的变化不是太大,可以产生少量沼气。

2.2 产气量

本实验发酵持续时间为70d,其中第5~65天所产沼气燃烧状况良好,但从第65天开始至发酵结束每天虽产生很少量气体,但不能持续燃烧,甲烷含量较低。在发酵产甲烷的过程中,日产气量变化见图1。

由图1可知,干竹叶发酵启动时间较短,所以,干竹叶在一定条件下适宜作为发酵原料。

2.3 结果

本实验发酵持续时间为70d,其中第5~65天所产沼气燃烧状况良好,但从第65天开始至发酵结束每天虽产生很少量气体,但不能持续燃烧,甲烷含量较低。在发酵产甲烷的过程中,累积产气量统计见表4。

由表4可知,总产气量=实验组总产气量-空白对照组总产气量=2604m L

TS产气潜力为:268.26m L/g

VS产气潜力为:293.50m L/g

2.4 讨论

由表3可知,发酵前后实验组、对照组的料液的TS、VS含量都降低,这说明原料被消耗产生甲烷,并根据表中的数据可以得出:对于实验组,其原料的TS利用率为16.52%,VS利用率1.74%。通过查阅文献,与其它适宜的发酵原料对比可知,干竹叶在一定适宜条件下作为发酵原料。对于对照组,其TS、VS含量虽发生了变化,但变化量小,产生了少量的气体。由图1可知,干竹叶发酵启动时间较短。所以,同样可得,干竹叶在一定条件下适宜作为发酵原料。

实验使用的接种物,培养时间长,里面富集的厌氧微生物,种类多、数量大,使原料得以彻底发酵,产生大量沼气。而且整个发酵实验都是在室内进行,每组试验都配备了控温仪和加热棒,使温度控制在(35±2)℃,有利于发酵过程顺利进行;在启动发酵后产气,第5~65天所产沼气燃烧状况良好,但是,从第65天开始至发酵结束,每天虽产生很少量气体,但不能持续燃烧,甲烷含量较低。原料的产气率即产气潜力为:268.26m L/g·TS或293.50m L/g·VS。通过查阅文献,与其它适宜的发酵原料对比,可知,干竹叶在一定条件下适宜作为发酵原料。

3 结论

干竹叶作为沼气发酵原料,控制p H为中型或偏酸性,料液浓度为6%,可以发酵产沼气。

干竹叶是一种良好的发酵原料,在温度为(35±2)℃左右时,其产·气率即产气潜力为268.26m L/g·TS或293.50m L/g·VS。不失为一种有开发利用前景的潜在生物质能源,具有可开发性。

摘要：通过对干竹叶沼气发酵潜力的研究,得出其发酵潜力。以干竹叶为原料,在中温(35±2)℃条件下研究干竹叶的沼气发酵潜力。在400m L三角瓶中发酵70d,温度为(35±2)℃左右时,干竹叶的沼气发酵潜力为268.26m L/g·TS或293.50m L/g·VS。干竹叶不失为一种有开发利用前景的潜在生物质能源,具有可开发性。

关键词：干竹叶,沼气发酵,生物质能源

参考文献

[1]张无敌.沼气发酵残留物利用基础[M].昆明:云南科技出版社,2002.

[2]张世敏,尹芳,张无敌,等.小桐子壳发酵产气潜力的试验研究[J].林业实用技术,2009(2).

沼气发酵菌株的分离与性质分析 篇7

关键词：甲烷菌,分离方法,沼气

沼气是生物质能的重要组成部分,开发利用沼气资源对促进可再生能源发展,保持绿色生态环境有着重要作用。沼气发酵是一种多菌种协作发酵过程,由多种产甲烷细菌与非产甲烷细菌混合共同完成。其发酵过程是一个产甲烷细菌和非产甲烷细菌相互作用,相互制约的动态平衡过程。其中重要的功能菌株——甲烷菌是一种厌氧菌群,氧气的存在对其生长繁殖有着重要的危害作用,因此,长期以来在对甲烷菌进行分离纯化的过程中都需要严格的厌氧操作技术和复杂的实验设备,其分离纯化工作长期以来都制约着沼气的开发利用。作者课题组在长期从事沼气相关科研的过程中采用了两种方法,一种为传统的Hungate滚管法,一种为经过反复研究总结的方法,暂且叫包埋产气法。为更多实验室开展对甲烷菌的相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌株

试验菌株分自黑龙江省科学院微生物研究所在研的沼气产气菌群。

1.1.2 培养基

氯化铵0.1%;氯化镁0.01%;磷酸氢二钾0.04%;酵母提取物0.2%;蛋白胨0.2%;半胱氨酸0.05%;甲酸钠0.5%;乙酸钠0.5%;甲醇0.35%。

培养基A:上述培养基中加入琼脂糖1.5%;培养基B:上述培养基中加入琼脂糖0.5%。

1.1.3 仪器

AC2-4S1生物安全柜(ESCO BIOTECH 新加坡);DHP-9162恒温培养箱(上海一恒科技有限公司);JD100厌氧发酵罐(常州三环生物工程成套设备有限公司);TE2000倒置荧光显微镜(尼康);GC-14气相色谱仪;厌氧操作培养箱。

1.2 方法

1.2.1 Hungate滚管分离法

1.2.1.1 滚管接种

取10支盛有4.5ml无氧固体培养基的试管,加热融化后置于50℃水浴内,用无菌注射器取0.2ml样品稀释液接种,缓慢摇匀,避免气泡产生,立即平放入冰水中迅速滚动,使凝固的琼脂培养基均匀地贴附于管壁上。整个过程中要注意防止空气进入滚管,置于35℃培养箱中培养。

1.2.1.2 挑取菌落

首先准备挑菌落所用的弯头毛细管。将普通滴管的细头端在火焰上拉成毛细管,另一端塞上棉花并套上橡胶滴头。高压蒸汽灭菌后待用。挑菌步骤要求严格无氧,因此必须在厌氧操作箱中内进行。毛细管吸取菌落,吹至液体培养基内,盖紧管口。重复2～3遍直至得到纯培养物。

1.2.2 厌氧包埋产气法

1.2.2.1 底层斜面的制备

将培养基A融化后取8mL加入试管中,120℃灭菌20min;摆成长度约6～8cm的斜面,凝固后备用。

1.2.2.2 表层覆盖培养基的制备

将培养基B置于三角瓶中120℃灭菌20min,灭菌后培养基未凝固前使用,若培养基凝固,则使用微波炉加热至完全融化,置于50℃水浴中备用。

1.2.2.3 沼气发酵物的稀释及接种

取中温沼气发酵沼液,置于在厌氧操作箱中用无菌水连续稀释到10-1至10-7数量级,用接种环沾取各浓度稀释液于斜面培养基A上划线。划线结束后,立即将培养基B倒入试管中,使培养基B完全覆盖培养基A斜面,竖直放置,待培养基B凝固,置于培养箱中培养。

1.2.2.4 菌株纯化培养

待各试管中产生气泡后,选取气泡分布均匀、独立的试管,于厌氧操作箱中将气泡上层培养基取出,并迅速用接种环刮取气泡内壁菌落于斜面培养基A上划线,立即将培养基B倒入试管中,使培养基B完全覆盖培养基A斜面,竖直放置,待培养基B凝固,置于培养箱中培养。

1.2.3 分离菌株验证

1.2.3.1 涂片观察

纯产甲烷菌培养物染色结果应该均匀,细胞形态应统一,如果是杆菌,则菌体粗细程度应相等,镜检中不应观察到杂菌。

1.2.3.2 荧光菌体观察

用注射器取对数生长期的菌液,涂布于干净的载玻片上,直接加盖玻片,用落射式荧光显微镜高倍镜1 600×观察。在用420nm波长光照射下,视野中的所有菌体均应发出黄绿色荧光,证明其含有辅酶F420。

1.2.3.3 丰富培养基生长试验

产甲烷菌不能利用复杂有机物作为碳源底物,可依此来检测产甲烷菌中是否含有镜检无法发现的数量极少的杂菌。将少量菌液接种于无菌无氧的细菌液体培养基中,37℃摇床培养3d,如无生长状况出现,则视为纯甲烷菌培养物。

1.2.4 分离菌种性质测定

1.2.4.1 碳源底物测定

配制含有甲烷菌可能利用的不同碳源底物的液体培养基。将待测产甲烷菌对数期菌液以4 %的接种量同时接入各底物利用培养基,置于35℃静置培养1w以上,以色谱法测定生长。

1.2.4.2 最适生长温度试验

将同一种菌相同接种量的液体培养基同时放置于不同培养温度下静置培养,1w后用色谱法同时测定各瓶内的CH4产量。

1.2.4.3 最适生长pH和pH范围测定

在不同pH值的培养基中,通过比较比生长率的测定,以确定pH范围和最适生长pH。在生长过程中或生长后测定pH,以确保pH值保持在有效范围内变化。

1.2.4.4 抗生素敏感试验

选取了有代表性的6种常用抗生素,加至配好的无菌乙酸钠液体培养基中,接种及生长测定同上。

1.2.4.5 生长速率测定

以比浊度法测定产甲烷菌在液体培养基内的生长速率。将菌液以 1 %的接种量接入250ml甲烷菌培养基中。静置培养, 每隔24h取样1ml,用分光光度计在600nm处测量OD值。直至1w后生长速率明显降低。以OD值和菌体生物量的关系求得生长速率。

1.2.4.6 产气量的测定

将待测产甲烷菌对数期菌液以1 %的接种量同时接入液体培养基10ml,置于静置培养3d以上,测定沼气产量。

2 结果

2.1 厌氧包埋产气法

由1.2.2中方法接种后,经过中温培养,培养基中产生气泡,后期部分气泡相通后使培养基断裂分层。结果见图1。

2.2 菌株纯度测定

由1.2.3.1中方法对分离菌株的纯培养物进行镜检,结果见图2。

2.3 分离菌株细胞形态及生理生化条件

分离菌种的细胞形态及生理生化条件结果见表1。

2.4 抗生素敏感试验

所得结果如表2所示(+代表对抗生素敏感,-代表对抗生素耐受)。

2.5 分离菌株生长率测定

由1.2.4.5方法对分离菌种进行培养和测定,结果见表3、图2。

2.6 产气量的测定结果

由1.2.4.6方法进行培养和测定,产气结果见表4、图3、4

3 讨论

对于包括甲烷菌在内的厌氧菌分离,目前国内普遍使用的方法是亨盖特滚管系列分离方法。这些方法的优点在于分离步骤严谨、分离菌株特异性强、适用菌种广等,但同时也存在着实验设备要求较高、操作相对繁琐等不足,这样就制约了一些实验设备不足的科研单位开展对甲烷菌的研究工作。在最初尝试使用双层斜面法纯化培养甲烷菌时,双层培养基琼脂使用相同的1.5%用量,随着菌落增长并产气,培养基断裂并分层,不易判断菌株位置。随后更换使用下层1.5%,上层0.5%的琼脂用量,这样既保证了下层培养基的支撑力,又获得了较松软的容纳气泡空间,培养后得到了相互独立且大小比较均一的气泡,便于获取菌株进行纯化。本文中使用的厌氧包埋产气法在对甲烷菌的分离操作中,同样能够达到菌株分离及纯化的目的,为甲烷菌的分离纯化提出了一条新的思路。与此同时,该方法在尝试初期也存在着诸多不足之处,希望专家提出建议以备我们在今后的科研工作中继续完善。

参考文献

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沼气发酵条件 篇8

针对目前缺乏沼气工程加热方式对发酵原料温度场影响的基础及应用研究等现状，本试验拟采用自制沼气工程发酵装置，对不同加热方式的发酵原料温度场分布规律及温度场随时间变化的波动情况进行研究，从而得出对沼气发酵较为有利的加热方式。

1 材料与方法

1.1 试验系统装置

沼气工程发酵装置由移动式发酵罐、组合式加热装置、温度场自动检测系统、发酵原料保温恒温自控系统4部分组成，沼气工程发酵装置总体布置如图1所示，发酵装置及试验如图2所示。

1.1.1 发酵罐

发酵罐是沼气工程的关键装置，本试验自制0.75m3全钢制发酵罐，其特点为：(1)发酵罐体设计为圆柱体，高径比H/D=1.1，其内高1 050mm、内径950mm、总高1 760mm，外径1 360mm。(2)发酵罐保温材料采用聚氨酯发泡，保温层厚度不低于200mm，保温性能良好。(3)发酵原料有进、出管。(4)发酵罐外壁有水位计，用于观察罐体内的发酵原料高度。发酵罐的结构如图3所示。

1.1.2 组合式加热装置

组合式加热装置安装在0.75m3发酵罐内，有平面螺旋型电加热管和U型电加热管2种加热管，其中平面螺旋型电加热管外径750mm、U型电加热管长度820mm。本试验采用这2种加热管组合成底部加热、内侧壁加热和底部内侧壁组合加热3种加热方式进行研究，每种加热方式的功率基本一致。

底部加热装置由2支独立平面螺旋型电加热管组成，每支1kW共2kW，组合后外径820mm，距离罐底70mm。内侧壁加热装置在内侧壁纵向布置8支U型电加热管，总功率为2kW，组合后直径820mm, U型电加热管下端距离罐底115mm。底部内侧壁组合加热装置由底部1支平面螺旋型电加热管1kW，内侧壁纵向布置4支U型电加热管1kW组成，共计2kW;底部加热管直径750mm，距离罐底70mm;内壁加热管组合直径820mm，加热管下端距离罐底115mm。

1.1.3 发酵原料温度场测点布置

发酵原料温度场测温点布置：在体积0.75m3、内径950mm、内高1 050mm的发酵罐内安装温度测点，其高度方向分上下两层布点，下层距底面300mm，两层之间距离300mm;同一层面沿三个方向分圈布点，中心布点1个、第一圈距中心270mm布点3个、第二圈距中心470mm布点3个，每层布点7个，两层共布点14个，其布置如图4所示。

1.2 试验地点与方法

试验时间及地点：2010年9月在四川爱特保鲜贮藏技术开发有限公司冷藏库内。

试验条件：采用底部加热、内侧壁加热和底部内侧壁组合加热3种加热方式;高温发酵原料控制温度53±0.5℃、中温发酵原料控制温度33±0.5℃;试验环境温度5±1℃;发酵原料用水替代，原料高度950mm，原料质量675kg。

试验内容：采用单因素试验方法，研究底部加热、内侧壁加热和底部内侧壁组合加热3种加热方式，高温发酵、中温发酵2种发酵工艺，共计6种状态下，发酵原料温度场分布规律。研究同一测点24小时温度的平均值、平均值偏差和极差;同一层面24小时温度的极差;整个温度场24小时温度的极差;整个温度场24小时随时间变化的波动。

试验方法：发酵原料温度达到发酵工艺要求温度后，由自控系统对原料温度进行恒温控制，温度控制精度为±0.5℃，测试不同加热方式、不同发酵工艺条件下发酵原料温度场中各测温点的温度。试验时间为24小时内在线测定，测定时间为每5秒自动测试并记录1次，每1测温点的数据总量为17 281个，每层测温点的数据总量为120 967个，每次试验测出的数据总量为241 934个。

试验数据：平均值为同一测点24小时内17 281个温度数据的算术平均值，平均偏差为该组数据算术平均值的绝对偏差的平均值，极差为最大值与最小值之差。同层极差为同一层面24小时内120 967个温度数据中最大值与最小值之差。整个温度场24小时温度的极差为241 934个数据中最大值与最小值之差。

2 结果与分析

2.1 底部加热方式发酵原料24小时温度场分布规律。

2.1.1 高温发酵同一测点平均偏差≤0.18℃，最大极差0.8℃、最小极差0.4℃;同层极差及整个温度场极差达1.6℃。

2.1.2 中温发酵同一测点平均偏差≤0.19℃，最大极差1.6℃、最小极差0.4℃;同层极差≤1.6℃;整个温度场极差达1.6℃。

2.1.3 高温发酵、中温发酵两种工艺的温度场分布稳定均匀，无显著差异。分析原因，可能是被加热的发酵原料从下到上呈自动上升趋势，而底部加热装置的位置在下面的同一平面上与原料上升趋势无冲突，所以温度场分布稳定均匀。

2.2 内侧壁加热方式发酵原料24小时温度场分布规律。

2.2.1 高温发酵同一测点平均偏差≤0.48℃，最大极差1.9℃、最小极差0.8℃;同层极差≤2.9℃;整个温度场极差达3.9℃。

2.2.2 中温发酵同一测点平均偏差≤0.23℃，最大极差1.2℃、最小极差0.4℃;同层极差≤2.4℃;整个温度场极差达2.8℃。

2.2.3 高温发酵的平均偏差、最大极差、最小极差、同层极差、整个温度场极差及温度场随时间变化的波动均高于中温发酵。分析原因，由于被加热的发酵原料从下到上呈自动上升趋势，而内侧壁加热装置的位置也从下到上布置，造成下部原料聚积的热量低于上部，下部原料的平均温度明显低于上部原料的平均温度，且发酵原料温度越高差异越大。

2.3 底部内侧壁组合加热方式发酵原料24小时温度场分布规律。

2.3.1 高温发酵同一测点平均偏差≤0.18℃，最大极差0.8℃、最小极差0.4℃;同层极差为1.0℃;整个温度场极差达1.0℃。

2.3.2 中温发酵同一测点平均偏差≤0.41℃，最大极差2.4℃、最小极差0.8℃;同层极差≤2.4℃，整个温度场极差达3.2℃。

2.3.3 高温发酵、中温发酵两种工艺的平均偏差、最大极差、最小极差、同层极差、整个温度场极差及温度场随时间变化的波动均高于底部加热方式、低于内侧壁加热方式;且中温发酵的温度极差、温度场波动均高于高温发酵。分析原因，由于发酵原料部分被底部加热装置加热，部分被内侧壁加热装置加热，可能造成被底部加热装置加热的发酵原料在从下到上自动上升的过程中，与被内侧壁加热装置加热的发酵原料短路，并且具有随机性而与发酵温度无对应关系。

3 讨论与小结

3.1 发酵罐内底部加热方式发酵原料整个温度场分布最稳定，在24小时内同一测点的平均偏差、最大极差、最小极差、同层极差、整个温度场极差及温度场随时间变化的波动最小，最大极差达1.6℃，且高温发酵、中温发酵的温度场分布无明显差异。

3.2 发酵罐内侧壁加热方式发酵原料整个温度场波动最大，在24小时内同一测点的平均偏差、最大极差、最小极差、同层极差、整个温度场极差及温度场随时间变化的波动最大，最大极差达3.9℃，且高温发酵的温度极差、温度场波动均高于中温发酵。

3.3 发酵罐内底部内侧壁组合加热方式发酵原料温度场分布、同点极差、同层极差、整个温度场极差及温度场随时间变化的波动界于底部加热和内侧壁加热之间，在24小时内最大极差达3.2℃，且中温发酵的温度极差、温度场波动均高于高温发酵。

综上所述，发酵罐内底部加热是最佳的加热方式，其发酵原料温度场分布最稳定，且随时间变化的波动最小。

摘要：试验采用自制沼气工程发酵装置, 研究发酵罐内的底部加热、内侧壁加热和底部内侧壁组合加热3种加热方式, 在高温发酵、中温发酵2种发酵工艺状态下, 发酵原料温度场分布规律和温度场随时间变化的波动。试验结果表明:发酵罐内的底部加热方式是最佳的加热方式, 其发酵原料温度场分布最稳定, 温度场随时间变化的波动最小, 对沼气发酵最有利。

关键词：沼气工程,发酵装置,发酵原料,加热方式,温度,温度场

参考文献

[1]樊美婷, 刘科, 刘建禹.高寒地区沼气工业化生产配套加热系统的初步设计[J].农机化研究, 2008, (3) :105-30。

农村沼气发酵在生产中的应用及管理 篇9

1 沼肥在生产中的应用

1.1 沼肥在蔬菜上的应用

沼肥种菜, 可提高蔬菜抗病虫害能力, 减少农药和化肥的投资, 且长势旺盛, 从而提高蔬菜产量和品质。经农产品质量安全检测站多次抽样检测, 其合格率均在95%以上;同时, 使用沼肥是发展无公害蔬菜的一条有效途径。技术要求如下:

1) 沼渣作基肥时, 视蔬菜品种每亩用2 000~3 000 kg, 在翻耕时撒入, 也可在移栽前采用条施或穴施, 如对于采用大穴大肥的瓜菜类, 每亩用沼渣3 000 kg, 过磷酸钙35 kg, 草木灰100 kg和适量生活垃圾混合后施入穴内, 盖上一层厚5~10 cm的园土, 定植后立即浇透水, 及时覆盖稻草或秸秆。

2) 沼液作土壤追肥时, 每亩用量为2 000~3 000 kg, 施肥时先在作物旁边开沟或挖穴, 施肥后立即覆土。

3) 沼液作叶面追肥时, 在蔬菜生产期间, 可随时淋施或叶面喷施。淋施每亩用沼液1 000~3 000 kg, 施肥宜在清晨或傍晚进行, 阳光强烈和炎夏中午不宜施肥, 以免肥份散失和灼伤蔬菜叶面及根系。作叶面追肥喷施时, 沼液宜先澄清过滤, 用量以喷至叶面布满细微雾点而不流淌为宜, 要注意炎夏中午不宜喷施, 雨天或快下雨时不宜喷施。喷后24 h内遇雨则需补喷。蔬菜上市前7 d, 一般不追施沼肥。

1.2 沼肥在果树上的应用

沼肥种果, 可提高座果率5%以上, 增产幅度10%~35%, 果实甜度提高0.5~1度, 果型美观, 商品价值高。施用沼肥还可以减轻果树病虫害, 保证果树有良好的长势, 减少大小年差异, 并具有明显的抗低温冻害效果。果树施沼肥方法简便, 可靠性强, 无副作用, 是一项值得推广的技术。

1) 沼渣施肥。一般应结合果树长势确定施肥量和操作技巧, 长势差的应重施, 长势好的轻施;衰老的树重施, 幼壮树轻施;着果多重施, 着果少的轻施。在11月上旬将沼渣与秸秆、麸饼、土混合堆沤腐熟后, 分层埋入树冠滴水线施肥沟内。幼树用量:落叶果每株4~8 kg, 常绿果每株4~6 kg。结果树:每株施入沼渣50 kg或沼液100 kg左右, 另加0.5 kg磷酸二氢钾。

2) 沼液施肥。在果园施用沼液时, 一定要用清水稀释2~3倍后使用, 以防浓度过高而烧伤树根。幼树施肥, 可在生长期 (3~8月) 之间施沼液。其方法是:在树冠滴水线内挖1~2 cm浅沟浇施, 每株5 kg, 取出沼液稀释后浇施或浇施沼液后再用适量清水淋施, 以免烧伤树根。每隔15~30 d浇施1次。成年树催梢施肥, 在果树萌芽抽梢前10 d, 用60%的沼液掺水浇施, 每株2 kg;新梢抽出15 d后, 每株施60%的沼液3 kg。保果施肥, 常绿果树在5月上旬生理落果前施用, 每株施80%的沼液或沼渣2~3 kg;落叶果树在果径1 cm左右施用, 每株施80%的沼液2~3 kg。

3) 沼液叶面追肥。在果树每个生长期前后都可用沼液作叶面追肥。具体方法:从沼气池水压箱或储粪池内取出的沼液停放一会用纱布过滤后, 浓度控制在50%~60%, (即根据沼液浓度, 施用作物及季节、气温而定, 1份沼液加1份清水, 气温较低又是老叶时, 可不必加水, 选择早晨、傍晚或阴天喷施。喷施沼液时要侧重叶背面, 如果果树虫害严重可添加适量农药喷施, 对于结果很多的果树可以在沼液中加0.05%~0.1%的进口尿素进行喷施;对于幼年树或挂果少的果树, 在沼液中加入0.2%~0.5%的磷、钾肥, 以促进下年花芽的形成。果实膨大期, 每亩用沼液100 kg加入0.15%的尿素和0.03%的磷酸二氢钾喷至叶面布满水珠而不滴水为宜。每隔7~10 d喷施1次, 可多次喷施。

4) 沼液防冻害。冬季作防冻害叶面喷施沼液, 其方法是:可在采果后结合冬季清理果园进行喷施, 以后每隔5~7 d喷1次, 连续喷3次, 也可同时在树根部加施沼肥, 这样效果会更好。

2 存在的问题

2.1 建设质量缺乏监管和竣工检验

农村沼气建设量大面广, 遍布千家万户, 建设周期长、环节多、要求高, 需要完成“规划放线、施工准备、土方施工、结构施工、密封施工、管网施工、设备安装、质量检验”等工序, 每个工序都需要有专业技术人员的监督和管理, 建成的沼气工程要满足整体结构强度合格和整体气密性合格的基本要求。部分地区不能按照沼气工程建设规律, 进行严密的技术监督和管理, 缺乏精准的施工工序质量标准和检验措施, 导致部分技工随意施工, 质量无法保证, 建成后无人验收, 投料后漏气不能使用。

2.2 沼气启动缺乏合理配料和指导

沼气发酵是专业性很强的生物工程, 是复杂的微生物应用过程。只有有了大量的沼气微生物, 并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件, 各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。沼气工程的正常、快速、高效启动制约和影响着沼气系统的正常运行。只有高度重视科学启动关, 严格按照沼气发酵原理、工艺条件及操作规范进行科学配料和启动, 才能保证沼气系统的正常运行。由于农村沼气建设数量大、时间紧、区域广、人力少, 已建成的户用沼气池普遍存在着缺乏科学的原料配比和正确的启动指导, 导致沼气池不产气或产气点不着, 出现较多的启动故障。由于用户缺乏沼气发酵专业知识, 因此无法处理这些故障, 直接影响到沼气系统的正常运行和使用。

2.3 日常管理缺乏长效的服务机制

“三分建设, 七分管理”是沼气工程科学管理重要性的真实写照。只有构建科学规范、切实可行、操作性强的管理机制, 落实综合素质高、责任心强的专业管理人员, 严格按照沼气系统管理规程科学管理, 才能保证沼气系统永续、高效、均衡运行。农村沼气长效运行需要建立符合农村特点的市场机制。通过研究和制定优惠政策, 采取产品后补助的方法, 扶植沼气专业合作社和沼气专业公司发展壮大, 使其成为农村沼气长效运行的主力军。

3 技术对策

3.1 精确设计, 科学配套

中小型沼气工程是涉及多学科、多技术、多设施、多装备的系统工程。科学规划、精确设计对于发挥农村沼气促进农业增产、农民增收、提高农民生活水平和改善生态环境的作用尤为重要。中小型沼气工程规划设计应根据地域特点, 因地制宜, 精确设计, 配套“原料清杂调质、系统保温增温、发酵传质搅拌、沼气净化贮存、沼肥贮存利用”等沼气工程必不可少的设施和装置, 为工程长效运行奠定坚实的基础。

3.2 吐故纳新, 增强动力

为保证沼气发酵微生物进行正常的新陈代谢, 使沼气工程产气正常持久, 应按照沼气微生物生长繁殖规律, 定时定量、科学合理地补充新鲜原料和营养元素, 及时排出发酵剩余物用做肥料。沼气工程日常管理要避免只进不出, 避免大进大出, 连续均衡进出, 选择适宜发酵负荷。

3.3 动态发酵, 精细管理

静态发酵存在原料分层结壳、有效容积减小、菌料传质能力低、出料困难等技术问题。解决静态发酵的方法有:手动式回流搅拌技术;自动回流搅拌与沼液冲厕 (圈) 技术。该技术利用由潜污泵、微电脑时控开关和回流搅拌管网构成的自动搅拌系统, 将沼气池调压间的沼液定时打到发酵池内, 进行回流搅拌, 消除结壳和分层现象, 提高菌料传质能力和产气效率。通过转换阀门, 还可以实现沼液冲厕 (圈) 和机动出料的目的。

3.4 综合利用, 长效发展

农村沼气的生命力在于综合利用, 要把综合利用作为服务和促进农村经济发展新的增长点, 通过大力开展沼气循环农业, 延长沼气产业链条, 促进农业增产、农民增收。研究制定和公布沼肥施用技术规范, 为开展综合利用奠定基础。充分发挥综合利用在发展有机农业、生态农业方面的重要作用, 发展绿色、无公害农产品, 提升农业发展水平;研究制定鼓励开展沼渣、沼液利用的政策措施, 配肥施用装备和应用技术, 进一步加快综合利用步伐。

总之, 沼气工程是连接养殖和种植的纽带, 是现代循环农业建设的核心, 随着农村沼气事业的发展, 许多急需研究和解决的关键技术问题逐渐显现出来, 需要今后加大科学研究支持力度, 予以重点研究和解决。这些技术包括:前后处理与厌氧消化一体化沼气装置及其工艺技术研究;沼气工程太阳能主动式加热和整体保温装备与技术研究;沼气发酵营养调配机理与高产发酵技术研究;沼气发酵剩余物综合利用装备与施用技术研究;沼肥特性及其对农作物品质和生产特性的影响研究;低温、高产沼气发酵菌株接种及其发酵工艺技术研究。

摘要：就沼气工程建设管理中存在的问题、应对措施以及沼肥在蔬菜、果树种植中的应用进行了阐述和探讨。

关键词：沼气发酵,沼气,应用技术

参考文献

[1]徐立明.农村沼气技术与建设[M].北京:中国农业科学技术出版社, 2008.

[2]刘耕.用放心气:农村沼气利用[M].北京:中国计划出版社, 2007.

[3]邱凌.农村沼气与庭园生态农业[M].陕西:西北农林科技大学出版社, 2007.

多氧霉素发酵条件的研究 篇10

关键词：发酵控制因素[1] 多氧霉素

0 引言

多氧霉素做为重要的无公害生物农药，对多种真菌病害有效，而且在自然界中可降解对人畜环境非常安全。

1 材料和方法

1.1 供试菌株：金色产色链霉菌(Streptomyces aur eochromoge nes)3297

1.2 培养基

1.2.1 母瓶培养基(％)：黄豆饼粉1.0，玉米粉1.0，葡萄糖1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaC1 0.1，CaCO₃ 0.3，甘露醇0.5，蒸馏水配制，pH6.5。

1.2.2 发酵培养基(％)：玉米粉1.5，黄豆饼粉2.0，饴糖2.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.3，MgSO₄ 0.1自来水配制，pH6.5。

1.3 培养条件

1.3.1 母瓶种子：在无菌室内取培养好的斜面孢子接人母瓶中，于28℃，装量30ml/150ml三角瓶中，摇床转速190-210r/min，振荡培养48h。

1.3.2 发酵摇瓶：取培养好的母瓶液5.0-10％接人发酵液中，于28℃恒温，装量30ml/150ml三角瓶中，摇床转速180r/min，振荡培养72h。

1.4 实验主要仪器 摇床：HZQ-Y东联电子技术开发有限公司；

电子天平：AE240梅特勒；酸度计：S20梅特勒。

1.5 实验方法

1.5.1 发酵培养基碳源改良[3] 原配方中碳源玉米粉和饴糖以一种碳源替代，其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验，重复三次。

1.5.2 发酵培养基氮源改良[3] 原配方中氮源以一种碳源替代，其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验，重复三次。

1.5.3 L18(37)正交实验 获得最佳碳源、氮源基础上，对最佳碳源、氮源、无机盐用量进行七因子，三水平的正交实验。其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶发酵实验，确定最佳配比。

1.5.4 摇瓶发酵条件优选 在最佳发酵配方基础上，对发酵条件pH、转速、温度、装料量等进行优选。

2 结果与分析

2.1 不同碳源对多样霉素合成的影响 原配方中碳源以一种碳源替代（三水平），其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验。在6种不同碳源的发酵培养基条件下，发酵单位从高到低依次为玉米粉、可溶淀粉、马铃薯淀粉、蔗糖、麦芽糖、甘油。

2.2 不同氮源对多样霉素合成的影响 原配方中氮源以一种氮源替代（三水平），其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验。在8种不同碳源的发酵培养基条件下，发酵单位最高的为冷榨黄豆粉。

2.3 L18(37)正交实验 正交实验中设计七个因子玉米粉、冷榨黄豆粉、饴糖、KH₂PO₄、NaCl、CaCO₃、MgSO₄，每个因子三个水平。综和分析可初选出较佳配方为；玉米粉3.0，冷榨黄豆饼粉2.5，饴糖 1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.2，MgSO₄ 0.3。

2.4 装料量的探索 通过设计不同的装料量探索溶氧量和发酵单位间的关系。在500ml的三角瓶中分别装入40ml，60ml， 80ml，100ml，120ml。用十二层纱布棉塞封口，按1.3条件进行摇瓶发酵实验。

实验结果根据差异显著性分析得出：装料量40ml时效价最高，但水分挥发严重，摇瓶的上端聚集大量的菌丝体；装料量的多少影响效价的高低，40ml的装料量时效价最高，说明多氧霉素液体发酵对溶氧要求很高。

3 讨论

3.1 培养基配方改良 经过正交设计试验得到优化配方为：玉米粉3.0，冷榨黄豆饼粉2.5，饴糖1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.2，MgSO₄ 0.3，配后pH7.0，效价较原配方提高了24%。原始配方中的主要氮源冷榨黄豆粉由于价格较贵且不易购买，在生产中可用相近的豆饼粉替代。如进一步调整各因素水平再次经过L18(3')正交试验进一步筛选配方效果会更好。

3.2 温度对发酵的影响 通过对多氧菌株在不同温度下发酵效价的测定发现，孢子萌发、菌丝生长都十分正常，但当发酵温度到30℃以上时效价显著降低，温度升到32℃以上几乎没有新多氧霉素产生。分析其原因有：①多氧菌株在温度较高的环境下可能会产生有害物质对生产抗生素有阻碍作用；②多氧菌株体内一种或几种与产抗有关的酶对温度非常敏感，较高温度下会导致其活性降低或者完全失活，使抗生素的合成变得很慢甚至停止，从而导致效价降低或没有效价。

参考文献：

[1]工业发酵分析，中国轻工出版社.北京，1990.

[2]俞俊棠，唐孝宣.生物工艺学.上册.上海:华东化工学院出版社.1991.