发酵秸秆技术（精选8篇）
篇1：发酵秸秆技术
益加益生物工程有限公司
电话：*** 发酵秸秆技术
我国是农业和食品大国，粗饲料资源极其丰富，各种食品糟渣和农业废弃物得不到综合利用是极大浪费。各种食品厂糟渣含有丰富的营养，被处理之后利用具有很大的经济效益。利用秸秆和牧草作饲料在美国、日本、加拿大等都有成熟的技术，即便是发达国家，肉禽蛋价格低得与我国几乎相差无几。我国年产各类秸秆约9亿吨，用于做饲料不足10%，另外一部份焚烧，还有部份机械还田。特别是焚烧，是对自然资源的极大破坏。现在各级政府和农民也开始重视秸秆的综合利用。全国农村到处有秸秆，到处养殖了畜禽，利用秸秆做饲料，市场潜力非常巨大。
一 秸秆发酵的生物原理
在高效生物因子(各种分解酶、多种微生物活菌)的作用下，将秸秆里的粗纤维(纤维素、半纤维素)、木质素、木聚糖长分子链、木质化合物的酯键发生酶解，把动物不能吸收的高分子碳水化合物转化成可吸收利用的低分子碳水化合物，即能量饲料；多种微生物活菌能大量吸取动物难以利用的有机氮、无机氮，使之转化成营养成份较高的多种菌体蛋白质，即蛋白饲料；多种微生物活菌在发酵中能产生大量蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素分解酶，B族维生素和A、D维生素；多种微生物活菌在动物体内建立微生态平衡，增强了免疫力。
二 发酵秸秆做生物饲料的好处．提高饲料转化率，降低成本。
经益加益发酵菌液发酵或处理过的饲料大分子有机物被分解为小分子有机物，更有利于动物体的吸收利用，加之菌体本身及其合成分泌的活性酶等物质均大大提高了饲料的营养价值。经测定，益加益菌液发酵饲料中所含 18 种氨基酸总量明显增加，且适口性好，畜禽喜食。饲喂益加益发酵菌液饲料一般可使料肉比、料蛋比下降 10-20 ％。．对各种常见病有奇特的防治效果。
益加益发酵菌液能提高畜禽的免疫力和抗病性，降低发病率。在临床上可有效预防和治疗一般常见病。
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．促进生长，提高日增重，缩短饲养时间。
乳猪较常规饲养日增重增加 40 ％以上，育肥猪一般可提前 10 天上市；僵猪能改善生长性能，逐步恢复到正常猪的生长速度。肉鸡（鹅）可提前 3-7 天上市。
．明显提高繁殖率。
交配前 20 天开始喂益加益菌液饲料，母猪产仔率可提高 30-50 ％，母羊受胎率 100 ％，双胞胎、三胞胎逐渐增多；且小畜健壮，生长快。不孕母猪饲喂 益加益饲料半个月后会发情受孕。蛋鸡可提前 10 天左右产蛋，延长产蛋高峰期两个月以上，产蛋率提高 15 ％以上。
．除臭、驱蚊蝇，改善饲养环境。
．全面改善肉、蛋、奶品质，生产鲜嫩无腥的纯正天然绿色食品。
三 发酵秸秆方法 ：
(一)、发酵原料
各种农作物秸秆粉、树叶杂草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷壳粉、统糠、食用菌渣、酒糟、啤酒糟、糖渣、醋渣、淀粉渣、木薯渣、柠檬酸渣、酱油渣、味精渣、粉渣、豆腐渣、药渣、油渣、油饼粕、糠麸、棉菜粕、霉变饲料、屠宰下脚料、潲(泔)水、剩饭菜、鸡粪等废弃物
(二)、发酵配比
玉米粉15%，麦麸15%，上述发酵原料一种或多种总量为70%。
(三)、注意事项
1、如果添加农作物秸秆粉、树叶杂草粉、瓜藤粉、水果渣、干蔗渣、谷壳粉、统糠、食用菌渣、鸡粪等，其合计不超过发酵原料总量的30%。
2、多种发酵原料混合发酵优于单一发酵原料发酵，能量饲料(玉米粉、麦麸、米糠)可以将一种物料单独发酵，也可将两三种物料按任意比例混合发酵。
(四)、发酵方法
1、发酵配比：配置粉碎好(过筛1mm孔))的发酵饲料1000公斤，水350-400公斤(夏天350，冬天400)，益加益发酵菌制剂1-2公斤。
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2、制作稀释活化发酵液：将1-2公斤菌种倒入350-400公斤水中搅拌均匀备用。
3、将制成的稀释发酵液与1000公斤发酵饲料混合均匀，湿度以手捏成团不滴水，一触即散为宜。有搅拌机的大型养殖场将稀释发酵液慢慢加入饲料中搅拌均匀即可；没有搅拌机的养殖户将活化发酵液慢慢少量喷到饲料上，用铁锹搅拌均匀，注意：不能有团块、水结块，用手将团块、水结块搓散搅拌均匀。
4、大型养殖场可以将配置好的饲料在地面压实堆成垛或者装入水泥池压实，用塑料薄膜密封；小养殖户可以将饲料装入缸、大塑料桶、池子压实密闭，用塑料薄膜密封，多封几层，保证密封完全不透气。
5、放在常温、防鼠的地方厌氧发酵，根据季节经3-7天(夏3天，春秋5天，冬7天)发酵，发出略带酸甜的浓郁酒曲香味，表明发酵成功。若只酸不香，没有酒曲香味；或有变白色是密封不完全透气原因发酵不成功，发酵失败的饲料可晒干后重新发酵(稍加大菌种用量)。发酵饲料要做到压实密封不漏气；水分适当，多了易酸，少了发酵太慢；搅拌要均匀，粉碎团块。
6、发酵成功之后，取出添加未发酵的全价饲料中混合均匀直接饲喂。如果发酵五天饲喂用量，每天取用之后迅速密封，再取再用再密封。注意：此用法数量不超过五天用量。如果一次发酵饲料数量较多，超过五天用量部分必须晒干保存。如果要销售发酵饲料，可以晒干再销售，或者销售给用户发酵。
(五)、添加比例
发酵饲料在各种全价饲料中的添加比例：
1、猪：小猪15%，中猪20%，大猪30%；
2、肉鸡、蛋鸡、蛋鸭：10-15%，肉鸭：20%；
3、水产四大家鱼：10-30%；
4、鹅、牛、羊：部分或全部代替粗饲料。
四、注意事项
1、发酵原料粉碎要尽量细，搅拌均匀，不能有水结块；
2、包装开启后最好一次性用完，未用完水剂菌盖紧即可，粉剂菌种尽量两层密封保存；
3、最好不要与抗生素同时使用，可以低剂量混用；
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4、水剂菌上层有白沫、底部稍有沉淀属正常现象，粉剂菌种颜色变化(载体改变)不影响产品使用性能。
五、贮存条件
应在室温下、通风阴凉干燥处防潮避光保存，不得与有毒药物同时存放。
六、保质期
室温下未开封时，保质期水剂为18个月，粉剂为24个月。
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篇2：发酵秸秆技术
随着耕地面积减少、土壤板结、肥力衰减等问题的加剧，把不宜直接作饲料的秸秆施入土壤的秸秆还田技术成为当今世界上普遍重视的一项培肥地力的增产措施。需要注意的是，在秸秆还田的过程中，秸秆如果未经过充分堆积腐熟或直接还田，会导致土壤病菌增加，作物病害加重等不良现象。对秸秆进行发酵后制成有机肥再还田，能通过功能微生物迅速将难降解的有机物、大分子蛋白降解为农作物可吸收的小分子物质，可杜绝直接还田的所有不良现象。发酵秸秆还田技术流程如下：
1、菌种用量。1～1.5吨秸秆物料（鲜料约2.5～3.5吨）加1公斤金宝贝肥料发酵剂。由于发酵剂中的菌种是好氧菌，在物料混匀前最好将每公斤发酵剂加5~10公斤米糠（或麸皮，玉米粉）拌匀稀释后再均匀撒和物料堆，使用效果更加。物料混好后需要拌匀通气。
2、调节发酵条件。发酵物料的C/N比例保持在20~25，PH值调到6～8为好，水分控制在60~65%为佳，判断方法：手抓一把物料，见水不滴水，落地即散为宜。启动温度应在15度以上，发酵升温控制在70度以下。
3、发酵完成。正常情况下，一周之内即可发酵完成，后期物料堆温度不在变化，秸秆稻草等轻拉即断，发酵产物略带酒香或泥土味，表明发酵完成。
篇3：秸秆沼气发酵工艺技术
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。
篇4：农作物秸秆堆肥发酵技术
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。
篇5：秸秆发酵蛋白饲料可行性研究
我国的农作物秸秆资源十分丰富,各类秸秆年总量达7亿多吨。在多年研究纤维素资源综合利用的基础上,筛选了多株具有较高纤维素酶活的高蛋白质含量的菌株。在生产方法上,利用大面积厚层通风发酵技术,同浅盘培养比较,可大幅度提高劳动生产率,节约耕地,降低成本,使得秸秆蛋白饲料的工业化生产成为现实。以年产1500吨蛋白饲料计,每吨成本950元,总投资120万元,产品质量为粗蛋白>20%,粗纤维<20%,水分<10%。我们采用纤维素分解菌和酵母菌混合发酵,其营养价值高于麸皮,按麸皮价计每吨1500元,每吨利润为550元。现将研究报告如下。
前 言
探索秸秆处理措施,提高秸秆的营养价值,扩大适用范围,已成为世界各国广泛关注的重大课题。
目前秸秆利用的主要方法有物理法(切碎、泡软、蒸煮),化学法(氨化、碱化、酸化等)发酵工程和生物法,以提高其适口性和消化利用率。物理法没有解决秸秆消化率低和营养物质含量少的根本问题,化学法又有生产成本高、周期长,占地面积大,对环境污染严重等缺点,使其推广应用受到很大限制。此外,通过物理法和化学法处理的秸秆只能作为反刍动物的能量饲料。要使秸秆饲料成为配合饲料的原料,适合所有畜禽的饲喂,最基本的要求就是粗纤维降解率不得低于30%,粗蛋白含量不得低于10%。生物法是利用微生物将秸秆中的纤维素、半纤维素降解并转化为菌体蛋白的方法。生物法由于具有污染少、效率高、利于工业化生产等特点,从而成为今后纤维利用的趋势。
我国在1958年,1968年曾两次掀起全国性的“发酵饲料”群众运动。名目繁多,但实质都是秸秆堆集自然发酵。即使人工接种,接入的也多是分解淀粉的糖化菌。在生产实践的检验下,很快消声匿迹了。在总结上述经验的基础上,原农林部于1975年提出了“利用微生物提高粗饲料营养价值”的研究课题,由于粗蛋白含量较低(9%),培养时间长(15天),未能推广应用。
我们在多年研究纤维素资源综合利用的基础上,筛选出了具有较高半纤维素酶和纤维素酶活的高蛋白含量的菌株。用该菌株发酵秸秆,可快速降解秸秆中的粗纤维,在高蛋白菌丝体增殖的同时,积累大量的纤维素酶和半纤维素酶,从而对秸秆持续降解。为了进一步增加秸秆饲料的蛋白质含量,并使氨基酸组成保持平衡,我们开发了“两步艺”,即在秸秆纤维充分降解的基础上,再接入优选的酵母菌种进行二次发酵。这样制得的秸秆饲料产品蛋白质含量可达20%以上,粗纤维降解率在30%以上,可以完全代替粮食组成的精料。此外,产品中富含活性酵母和各种消化酶,尤其富含纤维素酶,因此可增强畜禽免疫性能,降低发病率,减少死亡率,促进生长,提高饲料利用率。这种秸秆产品实际上是一种兼备保健功能的蛋白饲料。
在生产方法上,利用大面积厚层通风培养技术,同浅盘培养比较,可大幅度提高劳动生产率,节约占地,降低成本。使得秸秆蛋白饲料的工业化生产成为现实。
这项工作的意义在于,不但使我国秸秆饲料工业化工作迈出了新步,具有重大的社会意义,而且在经济意义上使得秸秆在转化后增值,使得秸秆的生物转化成为一种新兴的有利可图的大产业。
产品及生产规模 形态: 糠状粉末 3 质量指标: 生产规模: 含水量: < 14%
粗蛋白: > 20%；粗蛋白: > 20%
年产 1500吨
工艺方案：厚层通风池固体发酵工艺
固体发酵技术的特点： 1.基质：可被微生物降解或不被降解的多孔固体基质，气固表面积大（103-106m/cm2），有利于微生物生长。
2.微生物是在接近自然状态的情况下生长，可产生一些在液体培养基中不产生的酶或其它代谢产物，特别是对于许多丝状真菌来说。
3.固态发酵是以气体作为生物反应过程中的O2、CO2、热量、营养和产物的传递介质，表现为O2、CO2扩散比较容易，热量传递困难，存在明显的营养梯度。
4.由于是非均相反应，发酵参数的测定和控制比较困难，大多发酵过程依赖经验。原材料、燃料及动力
原料及物耗
名称 秸秆 麸皮 无机盐 2 燃料及动力
名称 水 电 煤
每吨产品用量 3 吨 200 度 400 公斤 每吨产品用量 1130 公斤 230 公斤 80 公斤
全年用量 1700 吨 340 吨 120 吨
全年用量 4500 吨 30 万度 600 吨
建厂条件：
1.该厂应建在交通方便、地势平坦、有水源、有电力供应的地区,应利用秸秆的收购和贮运。
2.厂房面积及要求
发酵室: 配料室: 800 100平方米平方米平方米
实验室: 配料室: 包库:
平方米粉碎车间: 200平方米菌种车间: 1000平方米 办公室:
200平方米 50平方米 400平方米 合计约 3100 锅炉房: 100 人员40人
三废及环境保护：
三废是指：废水、废气、废渣
总厂的“三废”治理工作，坚持预防为主，在采取综合利用、二级处理、层层把关、减少排放的措施的同时，注重“三废”治理和环保科研相结合，运用科研成果，提高“三废”治理效果，改善和提高环境质量，取得了较好的社会效益和经济效益。废气的处理：产生少量有毒气体的实验应在通风橱内进行，通过排风设备将少量毒气排到室外,被空气稀释，产生大量有毒气体的实验必须具备吸收或处理装置。如氮的氧化物、二氧化硫等酸性气体用碱液吸收.可燃性有机废液可于燃烧炉中通氧气完全燃烧。废液的处理
1、各实验室应配备储存废渣、废液的容器，实验所产生的对环境有污染的废渣和废液应分类倒入指定容器储存。
2、酸性、碱性废液按其化学性质，分别进行中和后处理。使PH 达到在6～9 之间后排放。
3、有机物废液,集中后进行回收、转化、燃烧等处理。
4、尽量不使用或少使用含有重金属的化学试剂进行实验。
本厂在生产过程中不产生废气、废渣、仅有少量地面冲洗水排放、无毒。本项目系利用农作物秸秆转化生产饲料蛋白变废为宝, 可减轻当地“秸秆燃烧还原”造成的大气污染, 属环境保护项目。
粉碎机的选择： 锤式粉碎机：利用快速旋转的锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中等硬度物料的中碎与细碎作业。由于各种脆性物料的抗冲击性较差。因此，这种粉碎机特别适用于脆性物料。平方米(层高 5 米)其中: 管理人员6人 技术人员 6人
工人28人
平方米
包装车间: 150 1.筛网 2.轴 3.锤刀 4.冲击板 5.机壳
辊式粉碎机：广泛应用于粉碎颗状物料的中碎或细碎的作业，主要工作机件是两个直径相同的圆柱状辊筒。
1.弹簧 2.物料 3.滚筒 4.机座
经济评估： 产品成本：
(1)原料成本(2)工资:(3)水电费:(4)燃煤费:(5)设备折旧费:(6)管理费(按售价5%)(7)包装费: 生产成本: 2 经济效益评估:(1)产品售价:(2)每吨毛利:
550 96 120 60 34 75 15 950
元/吨
元/吨 元/吨 元/吨
元/吨(10 年折旧)元/吨 元/吨 元/吨
1500 元/吨 1500-950= 550 元
(饲料行业免征增值税)5万元
(3)全年利润: 82 万元
(4)建厂周期: 6～ 8 个月
(5)投资后资金回收期: 18 个月
从立项起算,按建厂周期6个月, 大约在第二全部收回投资, 第三年起进入纯赢利约 80 万元。结 论：
篇6：秸秆厌氧干发酵产沼气的研究
秸秆厌氧干发酵产沼气的研究
本试验以玉米秸、稻草、烟叶杆、木薯杆为代表的秸秆作为原料,在温度38℃,采用批量发酵工艺进行高浓度厌氧发酵产气研究.试验结果表明,玉米秸、稻草、烟叶杆及木薯杆的TS产气率分别为413ml/g、336ml/g、333ml/g、222ml/g,而VS产气率分别为470ml/g、387m1/g、426ml/g、241ml/g.
作 者：陈智远 姚建刚 作者单位：杭州能源环境工程有限公司刊 名：农业工程技术・新能源产业英文刊名：AGRICULTURAL ENGINEERING TECHNOLOGY(NEW ENERGY INDUSTRY)年，卷(期)：“”(10)分类号：S2关键词：秸秆 干发酵 产气率
篇7：大棚发酵床养猪技术
养殖能致富，模式来帮助。养猪要发家，得用好方法。说起养猪我们都不陌生，但要说将猪放到大棚里养，你可能会觉得稀奇。用大棚养猪是近年来兴起的一种新型养猪法，这一创想来源于反季节蔬菜大棚的启示。比起传统养猪法来说大棚养猪具有明显的优势，如大棚可以显著提高棚内温度，使猪在三九天也能正常生长，从而缩短了养猪的商品周期，提高养殖户的经济效益。东北的李师傅就是最早采用大棚养猪的专业户之一，但在养殖过程中她发现单纯的大棚养猪，虽有优点，但也存在不足之处，比如每天要清理粪尿，需要大量的劳力，费水费电还污染环境。昼夜温差大，难以保持均衡的温度等。如何弥补大棚养猪的不足成了困扰她的一个难题，问专家、查资料，有一天当她在电视上看到 采用发酵床养猪的节目后，她的眼前一亮，发现大棚与发酵床结合养猪可以很好地弥补这些缺点，大棚可以为发酵床的发酵提供充足的光照，发酵床可以使养殖棚内的温度恒定还不用每天清理地面。发酵床可以起到这么大的作用，那它到底是什么呢？发酵床简单地说就是由微生物垫料堆起来的“床”体。微生物垫料是由锯末、稻壳、棉籽壳粉、椰子壳粉、花生壳等含粗纤维高的一种或几种物质配合有益微生物菌种和其它营养物质制作而成。有益微生物可使猪粪、尿得到充分的分解和转化，形成猪爱吃的菌体蛋白，从而将猪舍发酵床演变成微生态饲料加工厂。后经多方打听，李师傅联系到了做发酵床的专家，在专家的指导下，他们结合自身的养殖经验，将大棚和发酵床结合起来，创出了一条更高效的养殖模式，并已经在华北、东北等很多地区推广开来。在今天的节目中我们将向您详细介绍这种新型养猪模式——大棚与发酵床相结合养猪法。
大棚与发酵床相结合的优势具体有哪些呢？ 一.优势分析
1.育肥周期短,能提前出栏
大棚采光好，在冬季，能充分吸收阳光来提高棚舍的温度，另外发酵床通过发酵产生热量，也可以有效地提高猪舍的温度；二者结合，即使在“三九”天，大棚内的温度白天也可达18至25摄氏度，到了晚上，发酵床能持续持续提供热能，使棚内温度还能保持10摄氏度以上，大大减少了猪体能量的散失，加快了猪的增重速度，使它们至少能提前1个月出栏。2.猪肉品质高
大棚猪舍可以随时揭膜换气，长期保持圈舍内空气清新，提高了猪的抗病能力；发酵床里大量的有益微生物菌群，可以抑制各种病原体的入侵，并且能充分分解猪粪、尿，猪舍里不产生臭气和氨气，不需用水冲洗；可大大降低猪得呼吸道等方面疾病的几率。猪不得病，猪肉的品质自然也就高了。3.养殖效益高
用大棚养猪一年可以出三栏生猪,大大提高了养殖效益。在发酵床的使用过程中，通过有益菌的发酵，部分垫料和猪粪、尿可分解转化为易被猪食用的有机物和菌体蛋白，其中菌体蛋白和活菌本身可改善猪肠道环境，提高饲料转化率，可节省精饲料10%左右。由于猪场不需要清粪，大大降低了劳动强度，一个人就可以饲养500头左右的育肥猪。另外猪很少得病，减少了药品的投入，不用安装保温灯，不必冲洗猪粪，可节电、节水达80%以上，成本降低了，效益提高了。4.卫生环保
同时，猪舍的环境也改善了，步入了无污染、无臭气的生态养猪时代。有效解决了规模养猪场的环境污染问题。
了解了大棚与发酵床结合养猪的优势后，来看一看它的基础设施是如何建造的吧!首先是大棚的搭建。二.大棚的搭建
养猪用的大棚一般有三种形式:双斜面大棚,单斜面大棚和拱形大棚.双斜面大棚的前后屋面都覆盖塑料膜，采光面积大；单斜面大棚只在向阳面或向阳面的下半部覆盖塑料膜，采光面较小。拱形大棚的采光面积和棚内空间面积都较大、但造价较高。在实际应用中,东北地区一般采用双斜面大棚，华北地区一般采用单斜面大棚或拱形大棚，为什么地区不同采用的大棚形式也不同呢？
下面我们以东北地区使用的双斜面大棚为例向大家介绍一下养猪大棚的建造。1.选址
大棚猪舍应建在地势高燥、土质坚实、渗水性强、未被病源微生物污染，远离村庄和畜产品加工厂、离公路至少100米远的地方，另外应保证猪舍的周边有水源清洁，取水方便，且处于住房的下风或偏风方向。2.大棚的外部结构
为了保持良好的通风和充足的光照,棚与棚之间的前后距离应在20米以上,左右距离应在15米以上，坐北朝南。双斜面大棚从外形上看跟农村的房舍很像，四面的墙由砖砌成，不过它的棚顶是用塑料膜覆盖的。这个双斜面大棚的长度为25米，跨度为9米。大棚的外部结构包括砖墙、门窗、棚顶，下面我们分别介绍一下它们是如何建造的。①．砖墙
双斜面大棚的砖墙跟房子的砖墙的垒砌方法是一样的。山墙的高度为2.5米，南北墙的高度为1.8米，最好用空心砖垒砌而成。因为空心砖质轻、强度高、保温、隔音降噪性能好，而且环保。为了提高棚舍的保温性能,要在砖墙上抹一层水泥。
在建设大棚的时候一定要注意不能建得太矮。矮小的大棚虽然节省成本，却存在着诸多不利因素：一是棚舍空间狭小，饲养管理不便。二是受热面积小，不利于保温。三是不利于通风的控制。四是塑料膜坡度过小，膜上的水珠容易滴入舍内地面，使舍内湿度过大。一般来说，养猪大棚的山墙高最低应为2米，跨度最小应为4.5米。②．门窗 在山墙上设置一个高2米，宽1.2米的门，门两侧各留一扇窗。南北墙分别有9个窗户，对称布置，便于通风。所有窗户的规格统一为1.5米高，1.5米宽，窗台距离地面20厘米左右。这样在夏季可以很好地帮助发酵床散热。窗户内侧装上结实的铁网，外侧订上纱窗，可以防止苍蝇蚊子等飞入猪舍内，为猪创造一个舒适的环境。③．棚顶
棚顶用塑料膜覆盖，最好选用流滴消雾膜，这种膜不易凝结水滴，且采光较好。这样棚舍就不会因为薄膜凝结的水珠滴在地面而过于潮湿；在冬季，棚内还可以保持较高的温度。棚顶留出四个天窗，均匀分布，天窗的规格为0.5米长，0.5米宽。
到这里大棚的外部结构就建好了，为了场区优美，还可以在墙体上刷上彩色涂料。
3.大棚的内部结构
下面我们一起看下大棚的内部结构是什么样的吧！①．内部主体结构
大棚的内部主体结构由许多个木质的三角体组成，这些三角体由南北墙和两排木柱子支撑。这样的结构既节省成本又稳定坚固，抗风雪能力较好。这个夹角叫屋面角度，屋面角度越大，薄膜的采光越好。纬度越高的地区，在建设棚舍的时候应该把它设置得更大一些；纬度越低的地方应该把它设置得较小一些。屋面角度的大小可以通过砖墙的高低和跨度的大小来调整。一般来说，处在北纬45度附近的地区，屋面角度的大小应在120度左右。
②．管理通道
在棚内地面的正中间要留一条宽为1.5米的管理通道，用水泥铺设，便于日常的管理、通行。③．食槽
在管理通道的两边修建宽30厘米，深为10厘米左右的水泥食槽。
④.发酵床坑
发酵床分为地上式和地下式两种。雨水多，地下水位高的地区一般采用地上式发酵床，相反，雨水少，地下水位低的地区一般采用地下式发酵床。地上式发酵床是围起一个高于地面80-100厘米的水泥槽，地下式发酵床是向地下挖一个80-100厘米深的坑，我们叫它发酵床坑。在这里，发酵床坑位于管理通道的两侧。
⑤．其它设施
另外养猪大棚内还需自动饮水和照明装置，有条件的还可以在室内装上摄像头，这样在办公室就可以看到猪舍的画面，便于随时观察舍内的状况。
三．垫料的制作和铺设
垫料是发酵床的主要组成部分，首先让我们看下它是如何制作的！
1.垫料的制作 垫料是由锯末、稻壳、棉籽壳粉、椰子壳粉、花生壳等含粗纤维高的一种或几种原料，添加一定量的畜牧盐、黄土、液体混合菌种组成。下面我们以稻壳为例向大家介绍一下垫料的制作。1立方米的发酵床需要的材料和重量为：稻壳50千克，畜牧盐450克，黄土60千克，液体混合菌1千克。首先把土撒在稻壳上，用铁锨混合均匀。不能使用受到污染的土，土的湿度应在百分之五十左右。把畜牧盐均匀撒在稻壳上，边撒边翻稻壳。让液体混合菌溶入25千克清水中，然后泼在稻壳上，一边泼一边翻起稻壳，使菌种均匀分布。最后用清水浇在稻壳上面来调节垫料的湿度，垫料的湿度以随手抓一把握紧能感觉到湿润、但不滴水，松开不成团为最合适。到这里，垫料就制作好了，下面看下该如何铺设垫料。
2.垫料的铺设
新挖的发酵床坑如果搁置时间太久会受到有害微生物的侵入，湿度也会降低，不利于有益微生物的发酵，所以应及时往坑里铺垫料。新坑的搁置时间最好不要超过1天。如果搁置时间太久，铺设垫料前应除去表面的旧土。玉米秸秆通风好，能为好氧发酵菌提供氧气，而好氧发酵菌在发酵床中起到的作用是最大的，所以应先在坑底铺设一层没有霉变的玉米秸秆，不用粉碎。秸秆铺完后把垫料填在坑里，用工具把垫料抚平即可。新建发酵床的厚度要根据季节而定，夏季新建发酵床的厚度应在30-40厘米之间，因为新建发酵床产热多，夏季温度也高，采用这样的厚度不仅减少了发酵床的发热量，猪也可以随时把垫料拱翻到底使发酵床内部更多的热量散发出来。冬季新建发酵床的厚度在80-100厘米之间，春秋季节在40-80厘米之间。发酵床可以用围栏隔开，围栏高1米即可。
发酵床的核心是微生物，也就是菌种，那现在用作发酵床的菌种有哪些形式呢，它们之间又有什么区别呢？ 四．猪进圈时间及饲养密度 1.猪进圈时间
在夏季，气温较高，微生物发酵快，发酵床做好后可以让猪直接进圈。在冬季，微生物发酵慢，不能及时分解猪的粪尿，如果猪直接进圈会对发酵床造成破坏。所以在冬季要等发酵床制作完成5-7天后才能让猪进圈，这时候的发酵床已经完全发酵，猪的吃喝拉撒就不会影响发酵床的正常发酵了。在春季和秋季，要等发酵床制作完成3-4天后才能让猪进圈。2.饲养密度
发酵床分解转化猪粪、尿的能力有限，如果饲养密度过大，发酵床就不能及时分解废物，猪粪、尿就会产生氨气等有害气体，甚至会影响发酵床的正常发酵；如果饲养密度过小，不能充分利用发酵床，就会增加饲养成本。所以用大棚与发酵床结合养猪掌握好饲养密度也很关键。
一般来说，仔猪的饲养密度为0.8平方米每头；育成猪的饲养密度为:100斤以下的育成猪1.2平方米每头，100斤以上的育成猪1.5平方米每头；母猪的饲养密度为:空怀期的母猪2平方米每头，妊娠期的母猪3平方米每头，哺乳期的母猪4平方米每头，妊娠期和哺乳期的母猪要单圈饲养；种公猪的饲养密度为3平方米每头，要单圈饲养。五．日常管理
大棚与发酵床结合养猪在管理上相对较为简单，但也是不可忽视的，如果管理不当，就达不到应有的效果。1.发酵床管理
发酵床的管理是日常管理的重要内容，下面我们就看下如何进行发酵床的管理。①．翻动菌床
在冬季，如果发现发酵床板结，应及时翻动菌床，进行30-40厘米的深翻，使垫料疏松，充分发酵。在夏季发酵床温度较高时，也应进行30-40厘米的深翻，这样能够让垫料中的储备热量散发出来，降低发酵床的温度。②．垫料厚度
在春末和夏初气温升高时，应逐渐降低发酵床的高度。南方的夏季垫料的厚度建议为30厘米，北方为40厘米，等进入秋冬季天气变冷时再慢慢增加垫料。③.添加垫料
如果发现发酵床面下沉10厘米以上，应及时补充垫料。除了补充垫料，那要不要定期更换发酵床呢？ ④.垫料温度
垫料的温度是否适宜可以通过“一看一测”来检查。看就是看生猪的反应，如果生猪都集中在一起睡，说明温度偏低；如果都分散睡，说明温度正常；如果生猪不活动，且食欲下降，说明温度偏高。测是用温度计测量垫料的温度，测量时把温度计埋在垫料下面20-30厘米处，10分钟后取出。夏季垫料温度应控制在25度左右，冬季控制在50度左右。⑤．垫料湿度
垫料的湿度影响微生物的发酵强度，湿度越大，发酵强度也越大。所以在夏季应降低垫料的湿度，垫料水分逐步控制在37-45%之间，这样可以保证微生物的繁殖不受影响，同时又可以控制发酵强度，避免发酵产生高温及高湿；冬季温度低，应适当增加垫料湿度，使发酵强度加大，提高发酵床的温度。冬季垫料的湿度应控制在50-60%之间。当湿度低于要求时，可以向发酵床表面洒水，在夏季这样做不但能调节垫料的湿度，还能防止发酵床表面过于干燥引起猪呼吸道疾病的发生。2.疏粪管理
疏粪管理就是把过于集中的粪便分散均匀掩埋在垫料里面。由于生猪具有集中定点排泄粪尿的特性，所以发酵床上粪尿分布不匀。粪尿集中的地方湿度大，消化分解速度慢，只有将粪尿均匀散在垫料上，才能让垫料尽快将粪尿消化分解干净。通常保育猪2-3天进行一次疏粪管理，中大猪应每1-2天进行一次疏粪管理。夏季每天都要进行粪便的掩埋。把新鲜的粪便掩埋到20厘米以下，避免生蝇蛆 3.饲喂管理
大棚与发酵床结合养猪，在饲喂量方面应有所控制，一般饲喂量减少到用水泥地养殖的80%-90%左右，以增加猪在圈舍内的翻动，这样既帮助垫料翻倒散热，又节省了饲料，降低料肉比。在夏季，发酵床的高度要降低到30-40厘米，断奶仔猪和妊娠母猪攀不到水泥食槽，也就吃不到食槽里的饲料，应在圈内设置移动食槽。每次饲喂前用清水把食槽清洗干净.大棚与发酵床结合养猪具体的饲喂方法为：断奶仔猪饲喂仔猪颗粒配合饲料，每天4次，每次125克每头；育肥猪的饲料配制为：豆粕百分之二十，玉米面百分之六十五，麸皮百分之十五，每天饲喂2次，每次1千克每头；种猪的饲料配制为：种猪配合饲料百分之十五，麸皮百分之十，玉米面百分之六十，花生壳百分之十五，每天饲喂2次，每次1.25千克。4.通风
在冬季，为了保温，大棚猪舍封闭比较严实，基本不通风。猪呼吸产生的二氧化碳不能及时排出，棚舍内含氧量又低，猪就容易生病。所以在冬季要处理好保温与通风的矛盾关系。利用大棚与发酵床结合养猪，冬季通风一般只需要打开棚顶的天窗。在夏季天气晴朗时可一天24小时打开全部窗户通风，天气不好时要关闭部分窗户。春秋两季白天打开窗户通风，晚上要关闭窗户。夏季通风时可以在门的内侧装上一个暂时的纱窗门，夏季只需要使用纱窗门即可，这样即可以保持良好的通风又能防止苍蝇蚊子飞入大棚内。5.保温
冬季来临时要在大棚上面覆盖草帘子，可以起到很好的保温作用。天气好时，可以在上午10点到下午2点之间打开部分草帘子，使塑料薄膜采光对大棚猪舍进行加温。另外要在门内侧订上棉褥子，防止开门时贼风进入猪舍内。6.降温防暑
夏季阳光强烈，塑料薄膜不断采光对棚舍加温，再加上发酵床发酵产生的热量，棚舍内的温度可以达到很高，所以在夏季应做好降温防暑的工作。①.覆盖遮阳网
夏季来临时要在大棚上面覆盖遮阳网，可以起到很好的降温防暑的作用。②．减小养殖密度
猪群饲养密度越小，散发的热量就越少，舍温也就越低；所以在夏季可适当减小养殖密度，③.修建水泥台
在有些地区夏季温度很高，可以在圈内修建水泥台。水泥台具有吸热降温的作用，能有效减少猪的热应激反应。水泥台的面积大小为猪圈的三分之一。猪在水泥台上休息，会把粪尿拉在水泥台上，要及时清扫，为猪提供一个干净的休息环境。清扫时把废物扫到发酵床上，再把猪粪深埋即可。7.监控、巡棚管理
①.监控
摄像监控不但能随时观察生猪的吃食、休息情况，还能观察棚舍的安全情况。养猪大棚内部的木质结构，棚顶的塑料薄膜，都是易燃物，容易发生火灾，每天应派专门的负责人定时通过监控观察。②.巡棚
每天不定时到棚内查看，观察猪的生长情况，检查棚内的温度湿度是否适宜。夏季大棚内的温度应控制在30度以下，湿度控制在百分之十五左右；冬季大棚内的温度应控制在15度左右，湿度控制在百分之二十左右。查棚时还要检查垫料的发酵是否正常，如果垫料的温度湿度都适宜并且没有臭味说明垫料发酵正常。另外在巡棚时要查看塑料薄膜有没有破损的地方,如果有,应及时修补,以免雨雪或贼风通过破损的洞口进入棚舍内,影响棚舍内的温度和湿度.修补时可用透明胶粘贴.8.消毒管理
发酵床的发酵是有益菌的发酵,如果有未经过消毒的人员或车辆进入棚舍内,带来的有害菌会影响有益菌的生长,从而会影响到发酵床的正常工作.所以进入养殖场前,必须进行消毒.在养殖场的大门口设置一个消毒池,旁边建一个消毒室,要保证每个人用紫外线消毒15分钟.六．卫生防疫 1.卫生
用大棚与发酵床结合养猪的卫生管理相对简单，每天只要清扫两次管理通道,保持通道干净整洁即可.2.防疫
仔猪或刚进圈的猪都要进行常规的防疫程序，具体的防疫方法跟用其它模式养猪的防疫程序是一样的。
篇8：秸秆厌氧发酵产沼气技术现状进展
目前秸秆资源化主要有秸秆饲料化、秸秆肥田、秸秆工业原料化( 基料、造纸、建筑材料等) 和秸秆生物能源化技术( 厌氧消化技术、热解气化技术、制乙醇技术、固化技术等)[1]。其中利用以秸秆为代表的木质纤维素原料厌氧消化制取清洁、高效、安全的新能源甲烷,已成为研究的热点并投入实际生产,具有十分深远的经济价值和战略意义。但是在实际生产中秸秆产气率不高,主要原因在于秸秆本身木质纤维素含量高难以分解,因此秸秆消化有发酵启动慢、分解慢、发酵时间长、产气率低、利用率低等问题[2],由此需要对秸秆进行有效预处理,并优化厌氧发酵条件,提高秸秆发酵速率和产气质量。
1 秸秆厌氧发酵预处理技术
秸秆木质纤维素的一部分结晶区排列整齐,微生物和酶难以入内; 木质素内部除了有强大的氢键连接外,还与半纤维素形成稳定的木质素—碳水化合物复合体,将纤维素和半纤维素包裹其中,使酶不易与其接触。因此需要借助一些物理、化学或生物的方法,去除木质素,使纤维素与木质素和半纤维素分离开来,然后破坏纤维素内部结构,使其由结晶态转化成为无定型态,降低纤维素聚合度,才能使木质纤维素得以有效利用。目前国内外对玉米秸秆发酵产气预处理主要包括物理技术、化学技术、生物技术、物理化学和化学生物等联合处理技术。
1. 1 物理技术
主要是通过改变农作物秸秆的外部形态或内部组织结构的方法,包括机械加工、辐射、微波、超声波等方法。
( 1) 机械加工。机械加工包括切碎、粉碎、磨碎等方法,通过剪切、粉碎和研磨等把纤维原料的粒径减小,降低纤维素的结晶度,增加与纤维素酶的接触面积,常在其他预处理方法之前使用。在对生物质机械加工之前先进行轻微干燥[3],可以提高纤维素原料的易磨性从而降低机械加工的能源消耗。
( 2) 微波。微波即频率在300 MHz ~ 300 GHz的电磁波,在微波作用下,被加热介质中的水分子的极性取向会随着外电场的改变而变化,分子的高速运动使微波场的场能转化为介质内的热能,从而导致原材料温度升高,产生热化、膨化等一系列反应,破坏纤维素分子间的氢键[4],提高了纤维素的可及度和反应能力。Saha Badal C等[5]研究了微波预处理小麦秸秆条件参数,发现微波预处理秸秆( 0. 15 ml/g小麦秸秆) 在3种酶制剂( 纤维素酶、β葡糖苷酶和半纤维素酶) 下糖化后糖产量是544±7 mg /g秸秆,产率约为70% ; 微波酸预处理后得到最大糖产量是651±7 mg / g秸秆,收益率为84% 。
( 3) 超声波。超声波是频率高于20 000 Hz的声波,预处理能够改变秸秆内部微观结构,其空化作用产生巨大能量使木质纤维素受到振动而破碎,使其分散于液体中释放出多糖,有利于后续秸秆厌氧消化反应[4]。冯磊等[6]研究超声波预处理玉米秸秆发酵发现: 未经预处理和超声波处理后日产气量分别是4. 54 ml/( g·d) 和6. 86 ml/( g·d) ,提高了51. 10% ; 沼气中平均甲烷浓度由未经预处理的43. 83% 提高到处理后的47. 86% ; 最佳超声波预处理功率为225W,处理时间为30 min。
1. 2 化学技术
化学技术是利用化学制剂对作物的秸秆进行作用,以达到打破秸秆细胞壁中半纤维素与木质素之间的共价键,从而使秸秆消化率得到提高。化学处理主要有碱处理、酸处理、离子液体及氧化等。
( 1) 碱法预处理。各种预处理方法中碱处理操作简单便捷,木质素去除效果显著,应用也较为广泛。碱处理是利用Na OH、Ca O、Ca( OH)2、KOH或氨溶液等碱性溶液浸泡或喷洒于原料表面,以打开纤维素、半纤维素和木质素之间的酯键,溶解纤维素、半纤维素和一部分木质素及硅酸盐,使纤维素膨胀,从而便于酶水解的进行,提高消化率[7,8]。Bar-man等[9]研究Na OH煮沸小麦秸秆预处理去除木质素作用,利用不同浓度的Na OH( 0. 5% ~ 2% ) 在105℃处理小麦秸秆10 min,发现2% 的Na OH预处理样品后暴露出的纤维素纤维最多; 2% Na OH预处理液处理时木质素和半纤维素最大的去除率分别是70. 3% 和68. 2% 。
( 2) 酸预处理。酸水解包括浓酸预处理和稀酸预处理,浓酸预处理对设备有腐蚀作用,处理后必须回收,生产成本增加,因此稀酸应用更广泛。稀酸预处理可溶解半纤维、造成纤维素内部的氢键破坏,有利于木质纤维素中的半纤维素、纤维素的水解,可降低木质纤维素聚合度[8,10]。
( 3) 离子液体法。离子液体是一种在室温或低温条件下由无机阴离子和有机阳离子相互结合而成的呈液态的盐类化合物。离子液体价格较高,但因其表现出的环境友好等特点,有一定的发展空间。F. Saez等[11]研究发现,用1 - 乙基 - 3 - 甲基咪唑醋酸盐处理大麦秸秆可使纤维素、木聚糖转化率分别为未处理的9倍和13倍,用离子液体在110℃下处理大麦秸秆30 min,可有0. 535 g糖/g原料的糖产量,其中多余86% 的糖来源于未经离子液体处理时而无法转化的糖,证明离子液体可促进纤维素半纤维素水解。
( 4) 氧化法。氧化反应可使木质素单体之间连接的醚键和木质素与糖类复合体之间连接的醚键、缩醛键氧化断裂,故氧化可有效地使木质素分离,半纤维素溶解,以便木质纤维素原料容易酶解和发酵。湿氧化是在加温加压条件下水和氧共同参加的反应。Nadja Schultz - Jensen等[12]通过实验发现在O3预处理并经水洗后的小麦秸秆中纤维素和半纤维素没有变化,但是木质素被去除了95% ; 侯霖等[13]采用湿式氧化法对玉米秸秆进行预处理,发现玉米秸秆的纤维素得率为75. 6% 。
1. 3 生物技术
生物技术是利用某些微生物( 包括真菌、基因工程菌和酶类) 来降解原料中的木质素。常用的真菌有白腐菌、褐腐菌和软腐菌,其产生的木质素分解酶系作用于物料,可提高纤维素和半纤维素的转化率。生物预处理常用接种菌种进行预处理,驯化分解木质素或纤维素的菌种再将其接种到秸秆原料中。Rameshwar Tiwari等[14]通过分离出露湿漆斑菌LG7来处理秸秆,分析发现其可以去除木质素,改变木质素骨架结构和纤维素结晶度。
1. 4 联合预处理
各种预处理方法都具有其独特的优势和其自身的局限,通过单一方法预处理很难达到较好的效果。在秸秆预处理实际操作中,往往通过物理、化学、生物不同预处理原理组合或预处理方法组合来达到更好的处理效果。
氨纤维爆破法( AFEX) 是一定温度( 60 ~100℃)和高压( 1. 7 ~ 2. 1 MPa) 下的液态无水氨处理生物质再快速泄压的方法。液氨可使木质素发生解聚反应,同时破坏木质素与糖类间的联接,使半纤维素水解、纤维素结 晶度降低 从而改变 植物纤维 的结构[15]。刘建军[16]在AFEX预处理玉米秸秆条件优化的试验研究中表明在含水率为80% ,温度为90℃,纤维素酶添加量为15 FPU时,葡萄糖和木糖的总转化率分别为92. 14% 和67. 06% 。结果表明AFEX处理对玉米秸秆是一种有效的预处理方式。
热水法是利用高温高压下水穿透生物质的细胞壁使得生物质中的半缩醛键断裂生成酸,从而促进醚键的断裂,有利于半纤维素水解降解为木糖和低聚糖,也可除去部分木质素。这种预处理方法设备成本低,无需化学药品,预处理过程中产生的发酵抑制物少,而且可实现半纤维素和纤维素的分离,便于单独利用半纤维素和纤维素的降解产物[17]。Badal C. Saha等[18]在热水预处理最佳工艺条件下( 10% ,w / v; 200℃ ,5 min) 得到550±5 mg / g可发酵糖 / g玉米秸秆,相当于72% 的理论产糖量。Tim Rogalin-ski等[19]实验表明高温热水可以导致生物质高度溶解。
张婷[20]研究最优超声波的预处理条件为: Na OH浓度6% ,超声时间60 min,超声功率360 k Hz,固液比1: 12。累积产气量比稀碱法单独预处理的最优方案提高了31. 9% 。
2 玉米秸秆厌氧发酵技术
秸秆厌氧发酵是有机废弃物在厌氧条件下经过酸化最终被分解成甲烷、二氧化碳和水等的过程。厌氧发酵包括三个连续的部分,水解阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。
水解阶段: 水解产酸细菌胞外酶如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等对有机物体外酶解,将固体有机物转化成可溶性物质; 纤维素、半纤维素淀粉等多糖通过反应水解成单糖,再通过反应生成丙酮酸;蛋白质水解成多肽,进而水解成氨基酸,最后变为有机酸和氨肥; 脂类可以水解为甘油和脂肪酸,进一步可以形成丙酸、乙酸、丁酸等一些小分子酸及H2和CO2。
产氢产乙酸阶段: 产氢、产乙酸菌利用这些可溶性物质作为能量和生长基质,进行厌氧消化,产生乙酸、乳酸等有机酸,以及醇、氨、CO2、H2、硫化物和能量,并形成细胞物质。
产甲烷阶段: 乙酸、乙酸盐和H2被产甲烷细菌转化为甲烷。此阶段涉及两组生理上不同的产甲烷菌。其中一组将H2和CO2通过反应转化成甲烷,而另一组可以通过乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷。前者约占产生甲烷总量的1 /3,后者约占2 /3[21,22,23]。
目前国内外对预处理后玉米秸秆发酵产气研究主要从控制厌氧发酵条件入手,包括以下几方面。
2. 1 温度
微生物只有在一定的温度范围下才能进行正常的代谢和生长繁殖,温度主要是通过对微生物酶的活性的影响而影响微生物的生长代谢; 温度还会影响有机物在生化反应中的流向和某些中间产物的形成以及各种物质在水中的溶解度从而会影响到沼气的产量和成分,所以发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。根据产甲烷菌在不同温度下的活性将厌氧发酵分为三类: 15 ~ 20℃为低温发酵,20 ~ 45℃为中温发酵,50 ~ 65℃称为高温发酵[24]。在实际应用过程中可以根据需要目标和生产条件进行选择。Boukov等[25]研究了中温向高温转变对厌氧发酵的影响,发现温度逐步从37℃升高到55℃的过程中,47℃下的沼气产量和甲烷含量最低; 当温度直接从37℃升高到55℃时,初期沼气产量下降,随后产气量迅速提高。Xiaojiao Wang等[26]研究稻草秸秆和牛粪鸡粪共发酵发现一定范围内温度升高可以提升沼气产量,但是由中温( 30 ~ 40℃) 发酵到高温( 50~ 60℃ ) 发酵由于氨态氮和游离氨累积产生抑制作用使沼气产率下降。Li Lianhua[27]研究稻草秸秆高温( 55±1) ℃、中温( 35±1) ℃和常温( 25±1) ℃发酵,结果表明中温发酵沼气产量最高。
2. 2 底物浓度
厌氧发酵系统中的总固体浓度,又称料液浓度,是发酵料液中干物质含量的百分比。当总固体浓度高于15% 时为干发酵,干发酵一般总固体浓度为15% ~ 40% ; 总固体浓度低于15% 为湿发酵[28]。料液浓度过高会阻碍传质过程,同时也不利于反应产生的甲烷气的释放。有机物负荷率很高时,由于供给产酸菌的养分充分,致使作为其代谢产物的有机物酸产量很大,超过了产甲烷菌的吸收利用能力,导致有机酸在消化液中的积累和p H下降; 有机物负荷率偏小则供给产酸菌的原料不足,产酸量偏小,不能满足产甲烷菌的需要。Song Zilin等[29]研究发现玉米秸秆和小麦秸秆干物质产气率在总固体质量分数分别为20% 和16% 时达到最大值,分别为297. 78 m L / g和242. 15 m L / g。
2. 3 C / N 比
C / N值是指原料有机物中的总有机碳含量与总氮含量的比值,C /N值太低,氮过多p H值可能上升,铵盐容易积累,抑制消化进程; C /N过高,氮量不足,挥发性脂肪酸( VFA) 容易积累而导致发酵液酸化,厌氧发酵过程中反应物碳氮比在( 20 ~ 30) ∶1时为最佳[30]。因此在实际应用中常将秸秆和富氮有机物( 如污泥、牲畜粪便) 进行合理配比共发酵,从而得到适宜的碳氮比,共发酵同时可以增加发酵系统缓冲性。若控制p H值在7. 2 ~ 7. 3之间时,产酸菌较弱的代谢能力和产甲烷菌较强的代谢能力之间易形成代谢平衡,从而促使厌氧消化过程稳定地进行下去[31]。张娟[32]研究35℃下猪粪与玉米秸秆2∶1、猪粪与小麦秸秆3∶1和猪粪与玉米秸秆3∶1发酵比,发现3种不同原料的配比有着较高的总产气量和甲烷总产气量。不同的原料因其成分不同有不同的最优配比。YU Ai - he[33]研究了稻草秸秆发酵产沼气最大产气量的C /N为27. 5。
2. 4 p H 值
p H不仅直接影响生物体内各种酶的催化活性及代谢途径,还能影响生物细胞的形态和结构。各种细菌都有其适应的氢离子浓度,产甲烷菌对p H的适应范围在6. 8 ~ 7. 2之间,因此厌氧发酵产甲烷的最佳p H为中性范围。当p H值低于6. 0时,可加入石灰水或者氨水调节,可保证厌氧发酵过程的顺利进行[34]。王永泽[35]统计了不同初始p H值稻草秸秆发酵总产气量,试验得出初始p H为7时发酵累积产气量明显高于其他。Zhang Tong等[36]研究发现沼气日产量与p H值和VFA成反比; Mei Xiang等[37]研究表明VFA浓度在p H为8. 0时达到最高值4 409. 51 mg /L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和 酸性洗涤 木质素降 解率分别 为28. 60% 、47. 32% 和22. 69% ,稻秆负荷与发酵p H通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解,从而影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。
2. 5 无机盐
无机盐或矿质元素主要为产甲烷菌提供碳源氮源以外的各种重要元素,如P、S、K、Mg、Na、Fe等大量元素和Cu、Zn、Mg、Ni、Co、Mo、Sn、Se等微量元素[38]。有些离子是微生物细胞组成成分,当发酵环境中存在适量无机盐离子时可以促进微生物生长。比如100 ~ 200 mg /L Ca和75 ~ 150 mg /L Mg可促进发酵过程[39]。有毒物质对于厌氧发酵过程来说是相对的[40],过高浓度无机盐离子会影响微生物生长繁殖,甚至有毒害致死作用。时昌波等[41]研究初始Fe Cl3加入量为3% ,秸秆的厌氧产甲烷效率相对于对照提高了14% 。X射线衍射分析结果表明Fe Cl3存在时,沼渣中纤维素的结晶度显著降低。杨立[22]研究表明添加金属离子组的产气量平均比对照组提高了41. 7% 。多种金属离子同时存在时,对秸秆厌氧发酵产气效果的影响程度最大的3种金属离子为: Co2 +、Cu2 +和Mg2 +。陈佳一[42]在稻草秸秆中添加Mg2 +后发酵试验产气量比对照组高出10% 。
3 结语
玉米秸秆经物理、化学、生物或联合预处理后产气范围可达118. 84 ~ 410 ml/g TS[6,24,43,44,45],造成产气差异较大的因素是不同地域玉米品种和生长土壤气候环境等原因会导致玉米秸秆成分差异,预处理技术在时间、温度等方面的差别也导致预处理结果的不同。在秸秆预处理中物理处理技术存在能耗大的问题; 化学处理技术需要找到不造成二次污染、成本低及对沼气发酵有多种促进作用的化学处理剂;目前研究对纤维素酶制剂与微生物预处理过程中秸秆水解产糖量、效果及微生物之间的相互作用了解不多,对预处理中微生物保持优势生长环境的研究也不够。在秸秆产沼气实际应用中,要综合考虑原料预处理和厌氧发酵条件的各种因素,选择适宜、经济的预处理方法和发酵条件以及工艺。