发酵玉米秸秆（精选十篇）
发酵玉米秸秆 篇1
1玉米秸秆发酵方法1.1发酵窖的准备
选择地势高, 土质硬, 向阳干燥, 排水容易, 地下水位低, 离畜舍近, 取用方便的地方, 根据贮量挖一长方形土窖, 一般养殖户选用长3.5m、宽1.2m、高2m的窖为宜, 地面与四周墙面用水泥抹上。
1.2玉米秸秆粉碎
选取干净, 没发霉变黑的玉米秸秆, 最好是秋天玉米掰棒后马上收割玉米秸秆, 玉米秸秆上叶多、色绿, 用锤式粉碎机粉碎, 筛片筛孔为5mm。
1.3玉米秸秆粉降解处理方法
1.3.1取粉碎后的玉米秸秆粉2000kg、玉米粉40kg、磷酸氢钙20kg、麦麸220kg, 混合好备用。
1.3.2取1000kg清水, 加入有益微生物, 搅拌均匀。将含有益生菌的1000kg清水, 加入到上述2000kg玉米秸秆粉和40kg玉米粉的混合物中, 同时再加入3000kg清水, 最终加水比为1:2, 搅拌均匀, 湿度以手捏成团不滴水, 一触即散为宜。在窖底和周围铺一层塑料布, 然后铺放20~30cm厚的短秸秆, 再将配制好的益生菌按上述比例洒在秸秆上用脚踏实, 踩得越实越好, 同时洒上秸秆量5%的玉米粉, 或大麦粉或麸皮, (也可在窖外把各种原料搅拌均匀后再入窖踩实) 。然后再铺上20~30cm厚的秸秆, 如此重复上述的喷洒益生菌、踩实、洒玉米粉等过程, 反复多次后, 直到高出窖顶30~40cm为止, 再封口。分层压实是为了排出空隙中的空气, 造成一个厌氧的条件。如果窖内当天未装满, 可先盖上塑料布, 第2天装窖时继续装。装完后, 在最上面一层均匀洒上食盐粉, 盖上塑料布。上面食盐的用量为每平方米加洒250g, 目的是确保微贮饲料上部不发生霉烂变质。盖上塑料布后, 再在上面盖上20~30cm厚的干秸秆, 覆土15~20cm, 以保证微贮窖内的厌氧环境。秸秆微贮后, 窖池内的贮料会慢慢地下沉, 应及时地加盖土, 使之高出地面, 并在距窖四周约1m之处挖好排水沟, 以防雨水渗透。以后应经常检查, 窖顶有裂缝时, 应及时覆土压实, 防止漏气漏雨。
1.3.3品质检验封窖20~30d后, 即可完成发酵, 冬季则需时间长一些。开窖后, 应检查秸秆发酵是否成功, 可用如下方法检查一看秸秆的颜色和结构, 发酵好的秸秆一般呈黄褐色, 鲜亮而有光泽;结构完整, 无霉烂、结块现象。二是闻秸秆的气味, 好的秸秆微贮料具有浓郁的水果香味和醇香味, 并有一定的酸味。如果有刺鼻的酸臭味或霉败味, 则说明微贮发酵失败。三是用手去感觉秸秆饲料的质地, 好的秸秆微贮料手感柔软松散, 质地湿润, 不粘不滑。若发粘, 则说明质量不佳;若干燥粗硬, 则说明还没有发酵完全。
农作物秸秆堆肥发酵技术 篇2
1.选择田边地角取水方便处，人工挖低并做田埂，田埂要求与田岸一样平（能够保水）。水稻秸秆一般每亩堆1堆（大麦、小麦两亩堆1堆），一堆秸秆量约500公斤，占地6～7平方米。
2.秸秆分层叠堆，每层高40厘米，浇足水分（用沼液更好），使秸秆含水量为60%～70%，撒施催腐菌剂；每堆可叠4～5层，约一人高，呈圆桶状堆，需催腐菌剂12.5公斤。堆的顶部做成凹形，便于集中雨水。秸秆建堆结束后用薄膜覆盖（凹处打孔），以利保湿保温，过干可从堆顶浇水。
3.一般堆置3～5天开始发酵，1个月后堆体进入高温发酵期，一般堆置2～3个月能基本腐熟（在堆体进入高温时翻堆1次，外层秸秆翻入中间并补足水分，以利于秸秆发酵腐熟均匀），到下一茬作物播种时，充分腐熟的秸秆做有机肥可还田利用，可适量减少化肥施入量。
二、注意事项
1.堆肥时间：堆肥发酵效果与秸秆混合物的碳氮比、湿度、温度等直接相关，夏季堆肥时间一般为两个月，冬季3个月以上。
2.用足菌剂：每亩500公斤秸秆量，施足催腐菌剂12.5公斤，比例为40∶1，以保证发酵充分。
3.湿度：秸秆堆制要浇足水分，湿度过低会停止发酵，影响效果。
4.温度：建堆结束一定要用薄膜覆盖，这样可保温又保湿，堆肥温度最好长期保持在50℃以上，既有利于微生物发酵又能杀灭病原体。
玉米秸秆发酵原理及其特点 篇3
1 基本原理
发酵剂菌液主要成分是光合细菌、酵母菌、乳酸菌、肠球菌等多种复合微生物, 玉米秸秆中加入高活性发酵菌种后, 使秸秆中分解纤维素的菌数大幅度提高, 在适宜温度、湿度和密闭的厌氧条件下, 玉米秸秆的结构、成分及pH值发生改变, 秸秆转化成优质粗饲料, 不但提高了饲用价值, 而且不容易发生腐败, 可以长期贮存饲喂。基本原理主要表现在以下几个方面:
1.1
在微生物的作用下, 秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素被酶解, 使秸秆变得膨松和柔软, 提高了秸秆的适口性, 增加了动物采食量。
1.2
由于微生物发酵的作用, 使变得柔软和膨胀的秸秆能够充分地与反刍动物瘤胃微生物相接触, 从而使粗纤维类物质能够更充分地被瘤胃微生物所分解, 提高了秸秆的消化率。
1.3
发酵时, 秸秆中的纤维素、半纤维素被微生物部分地分解, 并转化为糖类和脂肪类, 从而提高了秸秆的碳水化合物和脂肪酸的含量, 提高了秸秆的营养价值。秸秆经发酵后, 其代谢能和有机酸含量显著提高, 而纤维素、半纤维素和木质素的含量则明显下降。
1.4
秸秆发酵是在密闭的厌氧条件下进行的, 由于秸秆发酵微生物菌群可以秸秆中的纤维素为底物, 将其酶解为木聚糖, 进而降解成木聚寡糖、木三糖和木二糖等, 最后降解成木糖。然后再经无氧发酵, 将其转化成有机酸类。随着有机酸含氨蹭加, 封闭的秸秆微贮容器内氢离子浓度赶齐越高, 从而导致秸秆饲料的pH值逐步下降, 当pH值下降到4.5～5.0时, 酸性抑制了各种微生物的活动, 从而使各种有害菌热不能繁殖, 使微贮秸秆饲料可以长期保存。
2 特点
2.1 适口性好
秸秆经微生物秸秆发酵剂发酵后, 质地变得柔软, 并具有酸香酒气味, 适口性明显提高, 增强了牛的食欲。与未经过处理的秸秆相比, 一般采食速度可提高20%~30%, 采食量可增加20%以上。
2.2 营养价值和消化率高
经微生物秸秆发酵剂作用后, 秸秆中的纤维素和木质素部分被降解, 同时纤维素木质素的复合结构被打破。这样发酵剂能够与秸秆纤维充分接触, 促进了发酵剂的活动, 从而增加了发酵剂蛋白和挥发性脂肪酸的合成量, 提高了秸秆的营养价值和消化率, 使秸秆变成了优质饲料, 促进增重。生产实践表明, 3kg发酵后的秸秆相当于1kg玉米的营养价值。通过发酵, 玉米秸秆的消化率可提高61.2%。用发酵后的秸秆饲喂牛和未处理秸秆相比, 可使其日增重提高30%以上。
2.3 成本低廉
只需少量的微生物秸秆发酵剂, 就可以发酵大量的秸秆, 发酵成本相当低。
2.4 操作简便
秸秆发酵简单易学, 只要把微生物秸秆发酵剂活化后, 然后均匀地喷洒在秸秆上, 在一定的温度和湿度下, 压实封严, 在密闭厌氧条件下, 就可以制作优质微贮秸秆饲料。微贮饲料安全可靠, 微贮饲料菌种均对人畜无害, 不论饲料中有无农富康发酵剂存在, 均不会对动物产生毒害作用, 可以长期饲喂, 用微贮秸秆饲料作牛的基础饲料可随取随喂, 不需晾晒, 也不需加水, 很方便。
2.5 贮存期长
秸秆的微生物发酵处理与饲喂技术 篇4
一、微生物发酵秸秆的利用效能
秸秆的主要成分是粗纤维、木质素、粗蛋白、胶质物和抗营养物质，其中蛋白质含量仅3%～6%，中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维占干物质很大比重，这些物质很难被牛、羊等直接消化利用。在秸秆微生物发酵处理过程中，微生物会大量繁殖，分泌木质素酶、纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶等来降解和转化木质素、纤维素等，并提高蛋白质含量。麦秸经微生物发酵处理后，蛋白质含量能增加16%～18%，纤维分解率为31%，消化率为50%;稻草经微生物发酵处理后，消化率能提高至58%;玉米秸经微生物发酵处理后，消化率能提高至61%。
用微生物发酵秸秆喂养牛、羊，日增重能提高30%以上，具体益处如下：一是促进动物体内微生物平衡，促进消化吸收，抑制或消灭有害微生物等，增强抗病力;二是激发动物体产生抗体，可提高免疫力;三是有益微生物在动物肠道内新陈代谢会产生氨基酸、消化酶、维生素和有机酸等并合成菌体蛋白，可加快动物生长;四是会降低动物肉中脂肪和胆固醇含量10%～40%，使肉质更鲜嫩，烹制后风味更香浓;五是可大大降低动物粪便的臭味。
二、秸秆的选择和微生物发酵的条件
秸秆要新鲜、干湿度适宜、无霉变、无腐烂且无泥土等杂物。一般要求秸秆含水量为60%～70%，即用手紧握，指缝间有水滴但不滴下。进行微生物发酵处理前，秸秆要切成长4～6厘米的小段或粗粉碎，以利操作、处理和饲喂。
秸秆微生物发酵处理可选用的盛器有水泥池、大缸或特制增厚塑料袋等，事前要清洗2～3次，用医用酒精等喷洒消毒。装料时要压紧实，尽量排除空气，最后用较厚塑料薄膜等封盖严实，以防漏气。发酵的适温为10～40℃，在此温度范围内，温度越高，发酵速度越快。
三、秸秆微生物发酵处理方法
一般250千克秸秆，用水60～80千克（视情况适量增减用量），白（红）糖500克，发酵菌液500克（具体用量参见相关产品说明书）。糖先用30～40℃水溶解，加入水和发酵菌液配制成稀释液，与秸秆充分混拌均匀，装填后加以密闭。在气温5～40℃情况下，南方夏天发酵4～5天、冬天发酵8～10天即可饲用，北方夏天发酵8～10天、冬天发酵10～15天即可饲用。
秸秆不同发酵处理的配方也略有差异：玉米秸秆1000千克，微贮宝50毫升（具体用量参见相关产品说明书），食盐7.5千克，水分含量控制为60%～65%;稻草1000千克，微贮宝50毫升，食盐8.5千克，水分含量控制为60%～65%;麦秸1000千克，微贮宝50毫升，食盐8千克，水分含量控制为60%～65%。先将每袋50毫升微贮宝倒入水温40℃、含白糖1%的2000毫升水中，放常温下活化1～2小时，再将此混合液倒入0.7%～1%的食盐溶液中混匀，以备用。装料时，每铺20～30厘米厚的秸秆就均匀喷洒1遍菌液，如此反复，至料高出池面20～30厘米止，此时最好按每平方米250克的量均匀撒上食盐（不撒亦可），再用厚塑料薄膜盖好密封。
四、饲喂方法
用微生物发酵秸秆饲喂牛、羊，日粮配方为：微生物发酵秸秆40%（据情可变动10%～20%），青干草25%（据情可变动10%），饼（粕）料15%（据情可变动5%），玉米或麦麸等20%（据情可变动5%），磷酸氢钙1%，碳酸氢钠0.6%，微量元素按产品使用说明添加。微生物发酵秸秆用量要缓慢增加，一般要经5～10天过渡才能达到标准用量。
微生物发酵秸秆松软可口，有酸香味，能增加牛、羊等采食量20%～30%，经实践，如每天添加2.5千克精料，每头肉牛日增重能超过1.5千克;若饲喂奶牛，在适当增加青草料供给的情况下，每头每天可多产奶2～3千克。
（作者联系地址：江西省奉新县畜牧水产局 邮编：330700）
发酵玉米秸秆 篇5
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 发酵剂
北京采禾生物有限公司生产的“秸秆发酵剂”, 主要成份为乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、绿色木霉、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、纤维素酶等。
1.1.2 秸秆
1~2cm长的干玉米秸秆。
1.2 实验地点
锦州义县牛场。
1.3 实验时间
2010年11月1日~2011年1月29日, 共计90d。
1.4 实验动物及分组
选用身体健康, 6月龄左右, 体重相近的夏洛来杂交牛20头, 随机分成2组, 既实验组和对照组, 每组10头。
1.5 发酵秸秆的制作
1.5.1 原料与配方见表1
将玉米秸秆、玉米粉、麸子、饮用水、盐等, 按表1中的量, 混合在一起, 搅拌好备用。
1.5.2 菌种复活
将秸秆发酵剂加入4~5倍的30℃温水中, 同时加糖, 搅拌均匀, 放置1~2h进行活化。
1.5.3 搅拌
将菌种复活液, 加新鲜饮用水和食盐, 洒在拌好的秸秆料上拌均, 湿度以手握成团, 指缝不滴水, 松手既散为宜。
1.5.4 发酵器具
可以根据牛的饲养量、饲养规模、饲养条件选择器具。可用池、窖、缸、塑料袋等器具进行发酵。本试验采用的是塑料袋, 做为发酵器具。
1.5.5 发酵
将拌好的秸秆装入塑料袋内, 边装边压实, 直到装满为止。尽量使塑料袋内不残余空气, 密封, 放在室温15~20℃的环境中, 发酵10d左右, 待被发酵的原料有明显的酸香味时, 即为发酵成熟。
1.6 饲喂方法
实验组、对照组精料配方及喂饲量一致, 实验组牛喂发酵秸秆, 对照组牛饲喂不发酵秸秆。
1.6.1注意事项在发酵秸秆开袋后, 饲喂时要适时适量, 用后封严, 以防止漏气秸秆发生质变。
1.6.2精料配比见表2
1.6.3精粗料日喂量育肥牛精粗料日喂量, 要依据育肥时间, 分为前、中、后三期而定。见表3
1.7 饲养管理
对进行试验的牛采取舍饲。在试验前将舍内外彻底清扫和消毒, 按照常规进行免疫和驱虫, 试验组和对照组饲养环境相同, 配备专门的人员进行饲养。每天喂2次, 饮水3次。对试验的牛每天测试1次。
1.8 测定项目
测定各组牛的采食情况、健康情况、粪便的排出情况、粪便的变化;试验前空腹称重;计算增重量及进行效益分析。
2 试验结果
2.1 采食及健康情况
试验组的牛采食明显好于对照组。其采食量可提高30%。试验组的牛体格健壮, 皮肤、被毛光亮, 排出的粪便臭味小。无发病情况, 无腹泻现象发生。对照组牛, 出现皮肤无有光泽, 被毛粗糙。而且有3头育肥牛发生不同程度的腹泻, 发病率为30%。
2.2 增重情况 (见表4)
从表4可以看出, 试验组的牛比对照组牛多增重31.5kg, 差异显著。
2.3 试验效益分析
2.3.1发酵秸秆, 营养价值高, 适口性好。因为秸秆发酵剂含有多种生物活性物质, 在参与秸杆发酵过程中, 大量的有机酸, 多种消化酶及B族维生素、脂肪酸、粗蛋白、氨基酸等营养物质的含量显著提高, 不但改善了秸杆的适口性, 提高了采食速度和采食量, 而且提高了秸杆的营养价值, 经厂家测定, 发酵秸秆粗蛋白可提高11%~14%;粗脂肪提高到3%~4%;有机酸提高到10倍以上;各类消化酶增加5倍以上。
2.3.2饲喂发酵秸秆, 能提高牛的免疫力, 使牛少发病, 减少药物投入, 降低饲养成本。秸秆作为微生物菌体的载体, 牛采食后, 能调节消化系统的微生态平衡, 改善了胃、肠的微生态环境, 抑制有害微生物的生长繁殖, 提高了牛的免疫力, 有效预防了一些疾病的发生。特别是明显地减少了胃肠道的疾病, 减少了药物的投入, 降低了饲养成本。试验组无药物投入, 对照组牛药物投入约为40元。
2.3.3喂发酵秸秆, 使育肥牛增重快, 效益高。由于发酵秸秆内, 各种营养物质以及酶类的增加, 促进了牛的消化、吸收, 提高了对饲料的利用率;加快了生长速度, 提高了经济效益。试验结果表明, 试验组的牛, 比对照组多增重3.15kg, 按照我市市场的毛重价格:牛10元/kg计算, 每头牛多收入315.00元。减去投入牛70元 (用于购买发酵剂) , 试验组比对照组增加纯收入245.00元。
3 结论
3.1实践证明, 采用发酵秸秆饲喂育肥牛, 能促进牛的消化和吸收, 使牛的生长速度加快, 经济效益好。
3.2我国是农业大国, 各种秸秆的资源非常丰富。尤其是本试验区, 玉米秸秆资源丰富, 可作为发酵秸秆的原料。
3.3发酵后的秸秆有适口性好、消化酶较多、营养价值高等特点, 不但可作为牛的主要饲料, 发酵后的秸秆粉, 还可以作为主要饲料来喂饲羊、猪、家禽、家兔等。
发酵玉米秸秆 篇6
1 材料与方法
1.1 试验动物、试验设计及饲养管理
复合秸秆发酵菌, 黑龙江省农业科学院畜牧研究所提供。每吨粉碎玉米秸秆加入红糖2 kg、食盐7 kg、水500 kg, 试验1组加发酵菌2 kg, 试验2组加发酵菌4 kg, 室温15℃以上发酵30 d。
试验将30头胎次为2胎、体重为550 kg左右、日产奶22 kg左右、健康的荷斯坦奶牛随机分为3组, 日粮精饲料相同;粗料不同, 对照组饲喂羊草和未处理秸秆, 试验组为羊草和发酵秸秆。预试期为10 d, 试验期为60 d。
试验于黑龙江省农业科学院畜牧研究所奶牛基地进行。试验牛均舍饲栓系, 每日6:00、18:00饲喂, 精粗饲料混合均匀后饲喂, 自由饮水, 每日4:30、16:30挤奶。奶牛日粮营养参照2004版《奶牛饲养标准》配制, 日粮精粗比控制在50∶50, 基础日粮组成及营养水平见表1。
注:对照组日粮添加22%未处理秸秆, 试验1组添加22%加发酵菌2 kg的发酵秸秆, 试验2组添加22%加发酵菌4 kg的发酵秸秆。泌乳净能为计算值, 其他营养水平为实测值。
1.2 样品的采集与测定项目
整个试验期, 准确记录每天奶牛产奶量, 计算平均日产奶量。试验第20, 40, 60天分别采集乳样, 早上采集乳样30 m L, 晚上采集乳样20 m L, 混匀, 待测乳蛋白率、乳脂率、乳糖率、非脂乳固体物等指标。
1.3 数据的统计分析
试验数据采用Excel 2007软件进行整理, 运用JMP7.0.1软件包中的模型拟合方差分析过程进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 发酵玉米秸秆对奶牛干物质采食量及产奶量的影响 (见表2)
注:同行数据肩标字母不同表示差异显著 (P<0.05) , 相同或不标字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
由表2可以看出, 整个试验期内试验1, 2组奶牛平均产奶量均显著高于对照组 (P<0.05) , 试验2组和试验1组之间差异不显著 (P>0.05) , 试验2组比试验1组产奶量提高0.75%。
2.2 经济效益分析 (见表3)
由表3可以看出:整个试验期内试验1, 2组奶牛平均采食量显著高于对照组 (P<0.05) ;试验2组比试验1组提高3.46%, 但二者差异不显著 (P>0.05) 。按照牛奶市场价格2.5 0元/kg、复合菌剂25.00元/kg、饲料原料市价计算, 60 d试验期内试验1, 2组经济效益显著高于对照组, 试验1组经济收入净增127.09元, 试验2组净增124.05元, 试验1组比试验2组经济收入提高2.45%。
注:同行数据肩标字母不同表示差异显著 (P<0.05) , 相同或不标字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
3 讨论与结论
益生菌发酵秸秆主要是通过菌种的降解作用, 把秸秆粗纤维中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子碳水化合物降解为低分子单糖或多糖。微生物作用改变了秸秆的化学结构, 使秸秆不可溶性碳水化合物变为可溶性碳水化合物, 提高了适口性及消化率。据报道, 在玉米秸秆青贮中添加乳酸菌和酶制剂, 结果试验组奶牛产奶量和乳脂率提高, 且适口性好[3]。另有报道指出, 应用EM发酵玉米秸秆和青贮玉米秸秆饲喂奶牛, 结果用EM发酵玉米秸秆饲喂奶牛采食量比青贮玉米秸秆提高1.03%, 平均产奶量提高2.02%, 经济效益提高0.13元[4]。另有研究表明, 复合微生物菌剂接种量相同, 发酵秸秆饲喂奶牛, 结果奶牛头均产奶量提高85.8 kg, 净增经济收入177.75元[5], 与本试验结果相似;另外, 玉米秸秆经过发酵, 气味醇香, 略带弱酸味, 质地柔软湿润, 适口性增加, 瘤胃有效降解率提高, 瘤胃微生物合成加速, 奶牛采食量及产奶量显著提高。
摘要：为了研究发酵玉米秸秆对泌乳期奶牛生产性能的影响, 试验选择30头胎次、产奶量相近的健康泌乳期荷斯坦奶牛, 随机分为3组, 各组精饲料相同, 对照组粗饲料为羊草和未处理秸秆, 试验1组为低量菌发酵秸秆, 试验2组为高量菌发酵秸秆。结果表明:整个试验期 (60 d) 内, 与对照组相比, 试验1, 2组奶牛干物质采食量及产奶量均显著提高 (P<0.05) , 经济效益也显著提高 (P<0.05) , 试验1组经济收入净增127.09元, 试验2组净增124.05元。
关键词：发酵,玉米秸秆,奶牛,生产性能,经济效益
参考文献
[1]许宇薇.不同微生物制剂及其组合处理对微贮稻草营养价值的影响评定[D].南昌:江西农业大学, 2012.
[2]颜怀宇.不同添加剂处理对玉米秸秆青贮特性和奶牛利用性能的影响[D].扬州:扬州大学, 2011.
[3]傅彤.微生物接种剂对玉米青贮饲料发酵进程及其品质的影响[D].北京:中国农业科学院, 2005.
[4]段军红.EM发酵玉米秸秆和青贮玉米秸秆对奶牛生产性能的对比试验[J].中国奶牛, 2012 (3) :48-49.
秸秆沼气发酵工艺技术 篇7
农业部规划设计研究院农村能源环保所以“十一五科技支撑计划项目”为依托, 优化集成了“秸秆一体化两相厌氧发酵”工艺技术。他们已在天津静海县四党口村建立了一座1200立方米大型发酵罐的集中供气示范工程, 产气率比一般沼气发酵罐高20%;年产沼气54万立方米, 能满足1000户农民作饭所用;一年可以消化2000吨青贮秸秆。该技术前不久通过了专家鉴定。专家认为, 该项技术解决了秸秆沼气发酵的难题, 拓宽了沼气发酵原料的来源, 开辟了秸秆综合利用的新途径, 创新点突出, 达到国内领先水平, 推广应用前景广阔。
我国每年有2亿吨左右秸秆未被及时处理, 造成大气污染和资源浪费。秸秆含有大量有机物, 可通过厌氧发酵产生沼气, 但由于秸秆的木质纤维素含量高、流动性差, 以秸秆为原料的沼气工程存在进出料困难、产气不稳定及发酵速度慢、效率低等问题。“秸秆一体化两相厌氧发酵工艺技术”的主要创新点首先在预处理技术上, 它是在秸秆发酵前的预处理过程中引入畜牧业的青贮技术, 既解决了秸秆的保存及消化问题, 又能促进其后期发酵;在进料方式上, 该技术通过优化设计饲料行业敞开式的气动输送设备, 实现了大粒径物料的密闭输送;“秸秆一体化两相厌氧发酵工艺技术”的“厌氧消化反应器”结构也是创新点, 它在同一发酵罐中将产酸和产甲烷分开在不同区域, 使产酸和产甲烷的菌种分别达到最佳的发酵效果, 增强了不同菌种间的互补和协同作用, 提高了产气效率;此后又将沼液回流至集料池与进料混合, 实现了物料的多次接种, 进一步提高了产气效率。
秸秆固态发酵燃料乙醇工艺研究 篇8
在当今世界矿质能源日益短缺的情况下, 生物质能源的研究开发显得日益紧迫, 燃料乙醇作为一种新型再生清洁能源越来越受到各国政府的重视。但是燃料乙醇现阶段很多都是通过粮食转化而来的, 其实人类同样也面临粮食危机, 显然通过粮食来大规模生产燃料乙醇的做法是不现实和不可取的。生产生物燃料乙醇的根本出路, 势必会向用农作物秸秆、木屑等纤维素为原料的方向发展。我国是一个农业大国, 农作物秸秆资源很丰富, 选取秸杆作为生产燃料乙醇的原料不但可以解决农村焚烧秸秆带来的大气污染问题, 还对我国的经济可持续发展有重要的意义。本文主要介绍了秸秆固态发酵燃料乙醇一种新工艺, 为秸秆制备燃料乙醇提供很好的技术支持。
1 秸秆固态发酵生产燃料乙醇工艺
木质纤维素是秸秆主要成分, 包括纤维素、半纤维素和木质素。它们通过共价或非共价键紧密结合成木质纤维素, 其中纤维素和半纤维素占秸秆干重的2/3~3/4, 纤维素和半纤维素可水解成单糖, 进而通过将生成的糖发酵成乙醇。
木质纤维素制备生物乙醇的工艺必须满足以下几个方面[1]: (1) 纤维素和半纤维素可以被高效降解生成可溶性的发酵糖; (2) 整个乙醇生产过程要最大的降低能耗; (3) 尽量的降低发酵原料中木质素含量, 降低乙醇生产成本。
秸秆固态发酵燃料乙醇的过程主要包括:秸秆的预处理, 纤维素的水解, 糖化发酵和乙醇的分离。具体的工艺流程如图1所示。
1.1 预处理方法
第一步:机械粉碎。具体的工艺是先把秸秆中的一些杂物去除 (如可能存在的金属) , 然后选用锤式粉碎机将秸秆粉碎成1~2 cm大小的颗粒。
第二步:对秸秆颗粒进行预处理。对于任何木质纤维素制备生物乙醇的过程, 预处理破坏木质纤维素的母体结构, 改变或者去除了结构性成分, 去除木质素和半纤维素, 降低纤维素的结晶度, 增加生物质秸秆的孔隙率, 增强后续过程纤维素水解糖化, 提高发酵糖含量, 同时预处理过程要尽量减少可发酵糖的损失, 为后续的发酵过程尽可能多的保留糖分。
一个成功的预处理过程对于木质纤维素转化生成乙醇而言非常重要, 有效地降低预处理过程的成本并提高预处理过程的可操作性, 可以大大提高生物乙醇的产率并降低成本[2]。对木质纤维素的预处理方法主要有:
(1) 蒸汽爆破法预处理。蒸汽爆破法是木质纤维素原料在高压下被蒸汽饱和, 经历一段时间后压力突然释放至常压, 这样原料自身爆破并分解。爆破过程中木质纤维素的母体结构由于自身的膨胀遭到破坏, 使那些非结晶纤维素转化为结晶纤维素, 增加了纤维素结晶度, 这样就分出很多的单个纤维素出来。蒸汽爆破预处理过程中半纤维素很容易被降解, 木质素也会降解。该方法的主要优势是能耗低, 在达到相同的预处理水平的前提条件下, 传统的机械处理方法比蒸汽爆破法能耗高出70%[3], 所以蒸汽爆破预处理方法被认为是一种非常经济、实用的预处理方法。
(2) 硫酸处理。硫酸处理一般分为稀硫酸处理和浓硫酸处理两种, 硫酸预处理使得原料中的半纤维素转化成可溶性糖, 在预处理结束后再进行酶催化的纤维素水解。浓酸通常情况下具有很强的毒性和腐蚀性, 对设备的要求较高, 更重要的是参与预处理的浓酸必须得到很好的回收, 否则既污染了环境, 又增加了成本。酸预处理的成本比蒸汽爆破法破法要高。
(3) 碱预处理。碱预处理主要是为了去除木质素, 增加糖化速率, 同时碱预处理还减少了乙酸和糠醛酸类物质的生成。但这种预处理的时间周期比较长, 一般都是以小时或者天数计算, 而且碱预处理过程中部分碱被转化成不可回收的盐或者以盐的方式被结合到木质纤维原料上, 相比于其它预处理方法此方法成本比较高。
(4) 生物法。生物法预处理是一种能耗小而且很环保的预处理方法。生物法预处理就是利用真菌降解木质纤维素中的木质素。但是这种方法处理能力有限而且费时费力, 随着预处理过程的进行, 那些处理木质素的微生物会受到来自木质素生成的衍生物的毒害作用。
经过实验研究, 在纤维素蒸汽爆破系统中引入稀酸催化体系, 可大大提高糖的得率[4]。实验表明, 如只用蒸汽爆破法, 糖的得率最高不会超过65%, 而一旦向蒸汽爆破系统中引入稀酸, 就会达到80%。
将稀酸预处理同蒸汽爆破法相结合使用后, 秸秆变得很蓬松。在加稀酸预处理结束后, 由于整个预处理体系会残留大量的酸, 如何处理这些酸非常麻烦, 而且酸对后续过程中的酶解和微生物会有很大影响, 所以要对酸预处理后的木质纤维素水洗至中性, 但这样又会耗费大量的水, 从而加大了成本和对环境的污染。实验中, 我们采用加一些碱类物质来处理这些残留酸, 考虑到成本, 采用了加入石灰的方法。
综上考虑, 我们对秸秆预处理过程采用稀酸预处理同蒸汽爆破法相结合的混合预处理方法, 并在后期加入石灰粉, 然后加水冲洗处理。这样不仅可以提高预处理效果, 而且还可以节约大量的水, 提高效率, 有利于大规模的生产。
1.2 水解
秸秆物质在一定温度和催化剂作用下, 其中的纤维素和半纤维素加水分解成为单糖的过程即为水解。常用的催化剂有无机酸和纤维素酶, 以酸作为催化剂称作酸水解, 包括浓酸水解和稀酸水解, 以酶作为催化剂称作酶水解。在p H值4.6、温度47℃、酶解时间48 h、酶用量7.5IU (每克绝干原料) 时, 分别采用30%浓硫酸、5%稀硫酸和纤维素酶进行水解试验, 水解后的葡萄糖得率和各自的特点如表1所示。
从表1可看出, 选取纤维素酶作为水解催化剂, 葡萄糖转化效率达到80%, 虽然比30%浓硫酸水解转化率稍低, 但从反应速度、水解后处理成本等方面综合考虑, 酶水解综合效率很高[6]。因此, 实验方案选用纤维素酶解方法获得葡萄糖。
1.3 固态发酵燃料乙醇
发酵法生产燃料乙醇的关键是发酵菌种的选取。在发酵乙醇工艺中, 主要是通过酵母菌来发酵生产乙醇。树干毕赤酵母菌不论从发酵生产乙醇的速率还是从对乙醇的耐受力上而言都是非产出色的[7]。树干毕赤酵母发酵糖的利用率、乙醇的得率都很高, 仿真结果如图2所示。
乙醇的发酵主要有2种方法:分步糖化发酵法 (SHF) 和同步糖化发酵法 (SSF) 。
秸秆经过预处理后, 须继续降解糖化并进一步发酵生成乙醇。近些年来对木质纤维素预处理之后的后续过程己经被很清晰地分为两种思路:第一种思路将降解糖化和可溶性糖发酵乙醇两个内容分别独立进行, 即先在一个独立的体系中进行纤维素的降解和糖化, 待到降解和糖化结束后再开始可溶性糖发酵乙醇, 其中降解糖化和发酵两步分别在各自最佳条件下进行, 将这种方法称之为分步糖化发酵法 (SHF) ;另一种思路将降解糖化和可溶性糖发酵乙醇两个内容混合在同一个反应体系中进行, 降解糖化的同时进行可溶性糖的乙醇发酵, 其中降解糖化和发酵都没有能够在降解糖化和发酵各自最佳条件下进行, 这个体系所采用的最终条件实际上是降解糖化和发酵两种最优条件的妥协, 该方法称为同步糖化发酵法 (SSF) 。实际上的降解和糖化也是微生物处理过程, 同发酵的过程本质一样, 都是利用微生物自身生长过程中的某种代谢来达到目的[8]。纤维素的酶水解过程和糖的乙醇发酵在同一容器内进行。这种方法的优点在于酶水解产物葡萄糖不断地被发酵成乙醇, 从而解除了葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制, 有利于酶水解反应地进行, 从而提高了糖化和发酵效率;在工艺上采用一步发酵法, 简化了工艺, 减少了设备投资, 生产中能耗降低[9]。
我们采用相同的15%的底物浓度和酶量35FPU/g (底物) 在PH值为4.7左右, 分别采用SHF和SSF进行对照试验, 结果如表2所示。
显而易见, 同步糖化发酵法 (SSF) 的发酵周期比分步糖化发酵法 (SHF) 短, 因而具有较高的生产效率。所以我们采用同步糖化发酵法 (SSF) 。
1.4 乙醇的分离转化
通过对发酵液的蒸汽加热, 利用乙醇的沸点78.4℃, 使乙醇达到沸腾, 气化然后冷却, 最终得到纯净的乙醇。
燃料乙醇, 一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。从普通蒸馏工段出来的乙醇, 其最高质量浓度只能达到95%, 要进一步的浓缩, 继续用普通蒸馏的方法是无法完成的, 因为此时酒精和水形成了恒沸物 (对应的恒沸温度为78.15℃) , 难以用普通蒸馏的方法分离开来。为了提高乙醇浓度, 去除多余的水分, 就需采用特殊的脱水方法。所以脱水技术是燃料乙醇生产关键技术之一。目前制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。我们采用离子交换树脂法, 把乙醇转化成燃料乙醇。
2 结语
采用了粉碎秸秆、稀酸同蒸汽爆破法相结合的混合预处理方法、酶水解、同步糖化发酵法 (SSF) 的工艺流程, 可大大提高乙醇的得率。但是这种工艺方法距离产业化还有很多难题, 因为目前用秸秆制燃料乙醇的成本太高。到目前为止, 用秸秆制取燃料乙醇, 其转化率非常低, 大约只有8%~10% (国内) 和18%~20% (国外) , 在生产过程中还会消耗大量的水资源, 并产生相当大的排放污染[9]。所以, 为了使秸秆制备燃料乙醇能够规模化、产业化、低成本生产, 还需同时对发酵过程的软测量和控制系统进行深入研究。
参考文献
[1]冯玮, 宋鹏, 向文良, 等.秸秆发酵生产燃料乙醇关键技术的发展方向研究[J].现代农业科学, 2008, 10 (2) :10-15.
[2]Sun Y, cheng J.Y Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production:A review[J].Bioresour Technol.2002, 83 (1) .
[3]Demirbas A.Estimating of structural composition of wood and non-wood biomass samples[J].Energy Sources, 2005, 27:761-767.
[4]张宇昊, 王颉, 张伟, 等.半纤维素发酵生产燃料乙醇的研究进展[J].酿酒科技, 2004 (5) :72-74.
[5]杜秉海, 曲音波, 高培基.纤维废渣酒精发酵及纤维素淀粉共发酵的研究[J].食品与发酵工业, 1995 (5) :15-20.
[6]ZHU, Wu Y, Yu Z, et cl.Comparision of three microwave/chemcial pretreatment processes for enzymatic hydrolysis of rice straw[J].Biosystems Engineering, 2006, 93:279-293.
[7]朱均钧, 勇强, 等.树干毕赤酵母菌NLP31发酵乙醇的研究[J].生物加工过程, 2010, 8 (1) :1.
[8]Balata.M..balata.H, Progress in bioethanol processing[J].prog.Energy Combust:sci.2008, 34:551-573.
发酵玉米秸秆 篇9
关键词：玉米芯；发酵；菌剂；理化性质
中图分类号：S141.4 文献标志码：A
文章编号：1002-1302（2014）08-0334-03
育苗及栽培基质能为植株提供稳定而协调的水、气、肥，以及结构的生长介质[1-2]，是无土育苗及无土栽培的重要组成部分。近年来，随着设施农业及穴盘育苗技术的迅猛发展，对基质的需求也急剧上升。在当前工農业生产中，各种工农业有机废弃物排放量日趋增加，给环境造成了巨大压力，而大量被抛弃或被燃烧的有机废弃物经过一定的加工处理后可作为良好的环保型无土栽培有机基质。基于环境保护和为市场提供质优价廉的本土化基质的目的，利用有机固体废弃物生产多样化、无害化的栽培基质，实现自然资源的可循环利用是栽培基质选材的方向，也是近年来研究的热点。
目前，国内外在有机废弃物的有效利用研究中，主要通过高温好氧堆肥化处理，使堆肥原料中的不稳定有机物经过一段时间生物氧化和腐熟，形成性质稳定、对农作物无害的堆肥产品[3-4]。但堆肥速度与质量因基质种类、发酵条件（发酵微生物、基质碳氮比、含水量、含氧量等）而不同[4-6]，其中微生物菌种的选择是影响堆肥速度与质量的重要因素。
玉米芯是玉米脱粒后的废弃物，开发玉米芯作为无土栽培基质，将对资源的综合利用和地方经济的发展起很大的作用。新疆是重要的玉米制种基地，每年可产生上百万吨玉米芯。因此，本试验旨在开展不同发酵菌剂对玉米芯堆肥发酵过程中理化性状的影响研究，探讨玉米芯育苗基质生物发酵生产的关键技术，为研制开发适合蔬菜育苗的优质、廉价的本土化育苗基质提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以玉米芯为试验材料。采用的3种发酵菌剂为市售，分别为EM酵素菌（河南磐龙酵素菌生物工程有限公司）、有机物料腐熟剂（北京世纪阿姆斯生物技术有限公司）、金宝贝菌剂（北京华夏康源科技有限公司）。
1.2 试验方法
试验于2011—2012年在石河子大学农学院的综合试验站进行。试验采用堆肥化腐熟处理，堆置前将玉米芯粉碎至0.3～0.5 cm，并在玉米芯中添加羊粪、尿素、水等配料以调节碳氮比至适宜的水平（30 ∶1）；同时应控制总物料的含水量为50%～60%，将预培养的菌剂均匀地与玉米芯基质充分混合。试验共设表1中的4个处理，以不添加发酵菌剂的处理为对照（CK）。随机区组设计，重复3次。堆体直径约 1.5 m，高0.8 m，堆体上覆盖塑料薄膜进行发酵。堆肥发酵期间，于每天14：00观察堆体温度，待堆体温度达到65 ℃左右时及时翻堆并调整水分含量在50%～60%。试验期间共取样4次，依次为发酵后0、10、20、30 d，取各处理堆体中心部位处100 g基质作为样品，使其自然风干后进行理化性质的测定。待堆体温度与环境温度基本一致、发酵物料变成深褐色、无恶臭味时结束试验。
3 结论
在发酵过程中，如果氧气充足，微生物的活动会消耗有机物、水分等，从而使得堆肥物质快速分解，并产生大量热及CO2。55 ℃的堆肥发酵温度是杀灭发酵堆肥中所含致病生物、保证基质的卫生指标达到合格的重要条件。本研究结果表明，添加不同发酵菌剂处理对提高发酵过程中的温度有一定帮助，其中T1的效果最优，T2、T3处理的差异并不明显。
发酵结束后，4个处理的发酵基质的物理性质均接近栽培基质的要求，但容重偏轻，因此玉米芯属轻型基质，固持作用能力差。总孔隙度、持水孔隙在理想范围内，符合栽培基质要求；通气孔隙和大小孔隙比偏小。因此玉米芯基质应适时与其他基质复配，可以形成理化性质良好的有机质基质。
本研究表明，随着发酵时间的延长，各个处理pH值呈下降趋势，电导率呈上升趋势。4个处理的发酵基质pH值均呈现微酸性，在理想范围内；但电导率偏大，高于理想值。其中，以T1处理的电导率值最低，pH值最高，接近中性。
碳氮比是检验物料腐熟度的一个重要指标。部分研究者认为，当堆肥碳氮比减少到20以下时，堆肥达到腐熟[4-5]，可以直接施用。而Morel等认为，碳氮比小于20只是堆肥腐熟的必要条件，建议采用T=终点碳氮比/初始碳氮比来评价更为合适，并认为当T值小于0.6时堆肥才算腐熟完全[6]。3种添加发酵菌剂的处理的T值均低于0.6，其中以T1处理的值最小，其次为T3、T2处理；而对照的碳氮比最大，且T值为0.66，说明未添加发酵菌剂的处理发酵还未完成。3种发酵菌剂均能不同程度缩短发酵时间，其中以T1处理效果最好 。
综上所述，添加3种不同微生物菌剂可有效加速玉米芯的发酵腐熟，缩短发酵时间。其中，添加EM酵素菌的玉米芯发酵效果最佳。
参考文献：
[1]连兆煌，李式军. 无土栽培原理与技术[M]. 北京：中国农业出版社，1994.
[2]郭世荣. 无土栽培学[M]. 北京：中国农业出版社，2003.
[3]李承强，魏源送，樊耀波，等. 堆肥腐熟度的研究进展[J]. 环境科学进展，1999，7（6）：1-12.
[4]Golueke C G. Principles of biological resource recovery[J]. BioCycle，1981，22：36-40.
[5]Iglesias J E，Perez G V. Evaluation of city refuse compost maturity：a review[J]. Biological Wastes，1989，27（2）：115-142.
[6]Morel J L，Colin F，Germon J C，et al. Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost[C]//Gasser J K R. Composting of agricultural and other wastes. London & New York：Elsevier Applied Science Publishers，1985：56-72.
[7]李富恒. 无土栽培技术研究的历史、现状与进展[J]. 农业系统科学与综合研究，1999，15（4）：313-314.
[8]黄华波，王祯丽，王连镇，等. 棉花秸杆理化性状的测定及分析[J]. 农业工程学报，2002，18（增刊）：207-208.
[9]王清奎，黄玉明，张志国. PT法-基质理化性质的快速测定方法[J]. 北方园艺，2003（1）：41.
发酵玉米秸秆 篇10
温度是影响沼气发酵的重要因素。自20世纪30年代以来,众多学者对厌氧微生物和产气条件之间的关系进行了系统研究[1,2,3,4,5],但大多数研究都是基于恒温条件下,而在实际发酵过程中,很多地区的小型户用沼气池并没有设计恒温装置,发酵温度随外界温度在不断变化,故研究在自然温度情况下牲畜粪便和秸秆混合原料的发酵情况,可以为推广沼气发酵工程提供理论依据,也是沼气发酵研究的重点。
我国是农业大国,每年产农作物秸秆7亿t以上,禽畜粪便(干物质)约1.4亿t。如果这些废弃物不能得到很好的处理,便会污染农村的生态环境[6]。
随着农村经济发展和农业结构调整,牲畜养殖已经由过去的农户分散养殖过渡为集中养殖,并且大多集中在大城市附近,这必将造成农村户用沼气池发酵原料的短缺。因此,寻求新的发酵原料将是亟待解决的问题。
单一以秸秆作为发酵原料,由于其碳氮比高、速效养分含量低、纤维木质素含量高,表面有一层蜡质,不利于微生物的附着,且降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层,一直不能被广大农民所接受[7]。将粪便和秸秆混合发酵,可以有效弥补秸秆作为发酵原料的弊端。本研究在厌氧发酵及农村沼气发酵理论和实践的基础上,系统研究了春夏两季自然温度变化情况下的猪粪、牛粪、小麦秸秆和玉米秸秆不同配比混合对厌氧消化产气速率、产气量的影响。
1 材料与方法
1.1 发酵原料与接种物
发酵原料为猪粪、牛粪、小麦秸秆和玉米秸秆,接种物为常温厌氧发酵沼气池的发酵底物。发酵原料和接种物均取自西北农林科技大学附近沼气示范村(崔西沟)的农户。
1.2 试验装置
采用橡皮塞封口的2.5L试剂瓶作为反应器,在常温自然情况下发酵,集气瓶容积2.5L。用2.5L塑料壶收集排出的水,然后用量筒进行测量,各装置间用玻璃管和橡胶管链接。
1.3 试验方法
将秸秆用粉碎机粉碎后,在常温下设12组粪便与秸秆的干物质比(g·g-1),猪粪∶麦秆、牛粪∶麦秆、猪粪∶玉米秸秆、牛粪∶玉米秸秆各设3个配比:1∶1,2∶1,3∶1,每组配比重复2次。每个反应器内装入经过按TS含量6%,接种物20%计算好的发酵原料2.5kg。试验时间为2009年4月12日-7月4日,每日9:00用量筒测量水的体积统计产气速率。
1.4 测定项目及方法
总固体质量分数(TS)测定采用烘干法[8]。
产气量:排水法收集沼气[9],每天读取量气瓶中水的体积。
2 结果与分析
2.1 畜禽粪便与秸秆混合配比对产气速率的影响
牲畜粪便和秸秆混合发酵期间,每天记录产气情况。温度变化与猪粪和玉米秸秆不同配比的日产气情况如图1所示。从图1可知,处理2∶1、3∶1发酵产气的启动时间早,处理2:1在开始记录后第3天才开始产气。随着时间的推移,3个处理日产气量逐渐增加,处理2∶1在第63天的日产气量达到2050 mL,表现出日最高产气量。处理3∶1在第59天出现产气高峰,日产气量达到1685mL,处理1∶1产气量维持在较低水平,日产气高峰出现在第68天,日产气量达到1085 mL。整个发酵过程看,处理2∶1在发酵启动时间早,产气量和产气稳定性都优于处理1∶1和处理3∶1。
温度变化与牛粪和玉米秸秆不同配比的日产气情况,如图2所示。
由图2可看出,在反应过程中,牛粪和玉米秸秆混合发酵的3个处理启动时间相同,产气量均比较稳定。处理 1∶1的产气速率在第56天达到最大峰值,为750mL/d;为3个处理的日最高产气量;处理 2∶1时产气速率相对另外两个处理维持在较低水平,在第65天达到最大峰值,为405mL/d;处理3∶1在第 28天达到最大峰值,为610mL/d。从整个发酵过程看,处理1∶1在产气量和产气稳定性方面都优于处理2∶1和处理3∶1。
温度变化与牛粪和小麦秸秆不同配比的日产气,如图3所示。由图3可看出,猪粪和小麦秸秆混合发酵启动时间相同,随着时间的推移产气量呈增加的趋势。处理2∶1和处理3∶1的产气情况大体相同,都优于处理1∶1。处理2∶1在第57天出现产期高峰,为1375mL是3个处理的最高日产气量,处理3∶1也是在第57天出现产期高峰,为1350mL,处理1∶1在第74天出现产气高峰,为1082.5mL。从整个发酵过程来看,处理3∶1在产气量和产气稳定性方面都优于处理2∶1和处理1∶1。
温度变化与牛粪和小麦秸秆不同配比的日产气情况,如图4所示。由图4可知,牛粪和小麦秸秆混合发酵处理3∶1启动时间晚,在记录产气量后第4天开始产气,3个处理的产气量相对比较稳定。处理1∶1在第57天出现产气高峰,为745mL是3个处理的最高日产气量;处理2∶1在第65天达到最高产气量,为597.5mL;处理3∶1在第28天达到最高产气量,为565mL。从整个发酵过程来看处理最高日产气量出现在处理1∶1中,其稳定性、产气情况较好。
2.2 物料配比对发酵累积产气量的影响
畜禽粪便与秸秆混合的累积产气量,如表1所示。由表1可以看出,猪粪与玉米秸秆混合时累计产气量2∶1>3∶1>1∶1;猪粪和小麦秸秆混合时累计产气量3∶1 >2∶1>1:1;牛粪和玉米秸秆混合时累计产气量1∶1>3∶1>2∶1;牛粪和小麦秸秆混合发酵累计产气量1∶1>2∶1>3∶1。整体来看,最大累积产气量出现在牛粪和小麦秸秆为发酵原料时,一般来讲猪粪含氮量高于牛粪,与秸秆混合时产气性能应高于牛粪。分析原因:由于是在自然温度情况下发酵,发酵处于春夏交换时期,外界温度不断在变化,前期温度较低,猪粪和秸秆混合原料产气不稳定,产气量较低,而牛粪与秸秆混合原料产气较稳定,前期低温情况下产气量较高。
2.3 不同混合原料之间的产气比较
由表1和图1~图4可知,前期(前50天)温度较低情况下(11~30℃),平均温度为20.5℃,猪粪与秸秆混合原料的产气量很低,6个处理在前50天最高累积产气量为3008mL;牛粪则受温度的影响较低,6个处理前50天最高累计产气量为28296mL,产气量和产气稳定性均高于猪粪与秸秆混合发酵。在后期(后34天)温度较高时(18~39℃),平均温度为28.2℃,猪粪与秸秆混合的发酵原料产气量迅速回升,出现产期高峰,并且超过牛粪与秸秆混合的原料,最高累积产气量为23415mL。综合来说,建议温度较低情况下,用牛粪和秸秆混合进行发酵,温度较高的情况下,采用猪粪与秸秆混合进行发酵,这样可以合理的利用发酵原料,提高产气效率。
2.4 日产气量与温度的关系
有研究表明[10],沼气产气量与发酵温度之间具有一定的线性关系,温度的变化对沼气的产量影响显著。本试验注重研究在外界温度不断变化的情况下,原料发酵的产气情况,因此对本试验发酵期间的日产气量与温度进行了统计分析,结果如图1~图4所示。整个实验期间温度变化在11~39℃范围内。从图1和图3可知,温度对猪粪和秸秆混合发酵的日产气量影响很大,由于前期温度处于较低状态,日产气量较低;尤其在发酵的第29天到35天,由于都是阴雨天气温降低,温度在13~23℃之间,停止产气,随着气温的升高,产气量迅速上升,从第49天开始 ,温度变化在18~39℃之间,产气量达到高峰。从图2和图4可见,温度对牛粪和秸秆混合发酵日产气量的影响相对于猪粪与秸秆混合要小,在较低温度下,仍能保持相对较高的日产气量,产气稳定,但是在温度较高时,其日产气量没有猪粪和秸秆混合的高。总体来说,当温度变化较为平缓时,产气量一般也比较稳定。当温度波动较为剧烈,特别是温度日均降幅达3~5℃以上时,往往对产气量造成严重的影响,甚至于停止产气。不过随着发酵温度的逐步回升,产气也能得以慢慢恢复。随着试验后期温度的升高,各处理的产气量也开始逐渐升高。
3 结论
1) 牲畜粪便与秸秆混合作为发酵原料时,其最佳干物质质量配比分别为:猪粪∶玉米秸秆为2∶1、牛粪∶玉米秸秆为1∶1、猪粪∶小麦秸秆为3∶1、牛粪∶小麦秸秆为1∶1。
2)温度变化对沼气产气量的影响显著,温度波动较为剧烈,特别是温度日均降幅达3~5℃以上时,往往对产气量造成严重的影响,甚至于停止产气,稳定、较高的温度有利于发酵产气。温度较低情况下(11~30℃),平均温度为20.5℃,适合用牛粪与秸秆混合作为发酵原料,其产气量相对猪粪和秸秆混合作为发酵原料要稳定,产气量高;温度较高时(18~39℃)平均温度为28.2℃,猪粪和秸秆混合作为发酵原料产气性能高于牛粪和秸秆混合作为发酵原料。
参考文献
[1]Buswell A M,Hatfield W D.Laboratory studies of sludge di-gestion[C]//Miller TL.Anaerobic Fermen-tations.Urba-na:State of Illinois Department of Registration and Educa-tion,1936:25-32.
[2]陈世和,陈建华,王士芬.微生物生理学原理[M].上海:同济大学出版社,1992.
[3]刘荣厚,郝元元,武丽娟.温度条件对猪粪厌氧发酵沼气产气特性的影响[J].可再生能源,2006(5):32-35.
[4]李轶冰,张翠丽,杨改河,等.温度对粪便与玉米秸秆混合厌氧消化产生特性的影响[J].西北农林科技大学学报,2009,37(1):66-72.
[5]付胜涛,于水利,严晓菊,等.剩余活性污泥和厨余垃圾的混合中温厌氧消化[J].环境科学,2006,27(7):1459-1463.
[6]杨立,张婷,王永泽,等.不同秸秆厌氧发酵产沼气效果的比较[J].可再生能源,2008,26(5):46-48.
[7]张翠丽,李轶冰,卜东升,等.牲畜粪便与麦秆混合厌氧发酵的产气量、发酵时间及最优温度[J].应用生态学报,2008,19(8):1818-1822.
[8]朱洪光,陈小华,唐集兴.以互花米草为原料生产沼气的初步研究[J].农业工程学报,2007,23(5):201-204.
[9]王丽丽,王忠江,梁俊爽.20～30℃牛粪厌氧发酵产气特性的试验[J].东北农业大学学报,2006,37(6):791-795.