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摘要:本文根據(jù)不同干物質(zhì)濃度、不同攪拌條件下的雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣情況進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，確定相對(duì)合理的攪拌參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室條件下，將9個(gè)相同濃度相同體積的物料，每天進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)不同次數(shù)的攪拌，做28d厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣測(cè)試，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，確定本實(shí)驗(yàn)沼氣發(fā)酵的最優(yōu)濃度和攪拌條件。結(jié)論是濃度為15%時(shí)，每天攪拌4次，每次攪拌10min產(chǎn)氣量最高。

關(guān)鍵詞:雞糞;干物質(zhì)濃度;攪拌;產(chǎn)氣量

引言

氨抑制是畜禽糞便厭氧發(fā)酵運(yùn)行的一個(gè)主要限制性因素［1］。由于雞糞的碳氮比(C/N)較低，氮含量較高，厭氧發(fā)酵過(guò)程易造成氨氮積累，對(duì)厭氧微生物的代謝產(chǎn)生抑制，厭氧發(fā)酵會(huì)受到限制［2］。因此，為了防止厭氧發(fā)酵受到氨抑制影響，雞糞沼氣發(fā)酵的進(jìn)料濃度不宜過(guò)高，并且要有菌種馴化過(guò)程。本文通過(guò)對(duì)發(fā)酵物料不同干物質(zhì)濃度、不同攪拌條件下進(jìn)行雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣測(cè)試，確定相對(duì)合理的厭氧發(fā)酵工藝控制條件。

1不同干物質(zhì)濃度對(duì)雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)組自行設(shè)計(jì)的恒溫水浴厭氧發(fā)酵裝置(圖1)。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用雞糞取自長(zhǎng)春周邊某養(yǎng)雞場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)用接種物為發(fā)酵3個(gè)月以上的沼氣池新排出的沼渣。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

取鮮雞糞加入接種物和水，調(diào)至不同干物質(zhì)濃度，在保證接種物加入量、發(fā)酵溫度、pH值等發(fā)酵條件不變的情況下，分別在4種干物質(zhì)濃度下進(jìn)行厭氧發(fā)酵28d，對(duì)日產(chǎn)氣量進(jìn)行測(cè)定，做好28d連續(xù)產(chǎn)氣記錄，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，確定本工藝沼氣發(fā)酵的物料干物質(zhì)濃度。

1.4實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1備料

取適量鮮雞糞(干物質(zhì)含量23.6%)分別加入相當(dāng)于雞糞總質(zhì)量30%的接種物(接種物加入前需事先置于35℃恒溫水浴鍋中2d，恢復(fù)活性)，然后加水調(diào)至料液干物質(zhì)濃度分別為8%、12%、15%和18%，pH值調(diào)整為6.8～7.2。

1.4.2裝料

分別取調(diào)配好的4種干物質(zhì)濃度物料裝入4個(gè)發(fā)酵瓶，再做1組平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算時(shí)取2組數(shù)據(jù)平均值。

1.4.3封瓶設(shè)置溫度

密封發(fā)酵瓶，連接好集氣瓶、集水瓶，并設(shè)置發(fā)酵溫度為35℃，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵28d，做好產(chǎn)氣記錄。

1.5產(chǎn)氣量的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)中，日產(chǎn)氣量采用排水法測(cè)量，反應(yīng)期內(nèi)每天10∶00用量筒測(cè)量集水瓶中水的體積來(lái)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)氣量，即日產(chǎn)氣量。

1.6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了不同干物質(zhì)濃度下產(chǎn)氣情況表(表1)。1.7分析與結(jié)論從表1可以看出，雞糞在不同干物質(zhì)濃度下厭氧發(fā)酵其產(chǎn)氣量差別較大，4組實(shí)驗(yàn)比較看出干物質(zhì)濃度由8%～15%其累計(jì)產(chǎn)氣量依次增加，其中干物質(zhì)濃度為15%時(shí)產(chǎn)氣量最高，容積產(chǎn)氣率也最高，為0.631mL/(mL·d)，說(shuō)明隨著干物質(zhì)濃度的升高能夠被產(chǎn)甲烷菌利用的物料越多，有助于提高產(chǎn)氣率。干物質(zhì)濃度18%時(shí)產(chǎn)氣量最低，是由于發(fā)酵物料濃度高，本身雞糞的氮含量就高，會(huì)導(dǎo)致氨氮積累，對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生抑制，從而影響產(chǎn)氣。因此，本實(shí)驗(yàn)雞糞厭氧發(fā)酵干物質(zhì)濃度不宜過(guò)高，以15%左右為宜。在工程上雞糞沼氣發(fā)酵啟動(dòng)為了防止氨抑制，需要有適應(yīng)高氨氮濃度的甲烷菌進(jìn)行厭氧消化協(xié)同作用，因此應(yīng)以雞糞、豬糞等為發(fā)酵原料先進(jìn)行厭氧發(fā)酵啟動(dòng)沼氣工程，發(fā)酵產(chǎn)氣平穩(wěn)后有足夠的厭氧菌再批量加入雞糞進(jìn)行厭氧發(fā)酵;或者直接以鮮雞糞為發(fā)酵原料，并加入大量長(zhǎng)期馴化的接種物來(lái)啟動(dòng)沼氣發(fā)酵，再逐漸提高發(fā)酵物料濃度，可有效防止氨抑制對(duì)產(chǎn)氣的影響。

2攪拌對(duì)雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)不同攪拌條件下雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣情況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，確定攪拌對(duì)雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的作用。

2.2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置為滁州市藍(lán)宇環(huán)保設(shè)備制造有限公司制造的10L厭氧消化反應(yīng)器(圖2)，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定溫度，自動(dòng)控制并維持厭氧消化反應(yīng)器恒溫運(yùn)行，并能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)定，自動(dòng)定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉攪拌，且可手動(dòng)調(diào)節(jié)攪拌方向和攪拌速度。性能指標(biāo):標(biāo)準(zhǔn)工作電源220V/50Hz;溫度為室溫25～60℃;控溫波動(dòng)范圍為±0.5℃;)攪拌功率90W;攪拌轉(zhuǎn)速8r/min。圖210L厭氧消化反應(yīng)器

2.3實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用鮮雞糞取自長(zhǎng)春周邊某養(yǎng)雞場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)用接種物為發(fā)酵3個(gè)月以上的沼氣池新排出的沼渣。

2.4實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)定9組不同的攪拌條件。將9個(gè)10L的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行編號(hào)，分別記為A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3，裝入相同成分及體積的料液，設(shè)定相同的發(fā)酵溫度，然后對(duì)攪拌時(shí)間和攪拌次數(shù)進(jìn)行設(shè)定。厭氧條件下連續(xù)發(fā)酵28d，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，確定本工藝沼氣發(fā)酵的每次攪拌時(shí)間和攪拌次數(shù)。

2.5實(shí)驗(yàn)步驟

2.5.1備料

備足鮮雞糞，干物質(zhì)含量為23.6%。

2.5.2調(diào)配

取適量雞糞加入相當(dāng)于雞糞總質(zhì)量30%的接種物(接種物加入前事先置于35℃恒溫水浴鍋中2d，恢復(fù)活性)，干物質(zhì)濃度調(diào)為15%，pH值調(diào)整為6.8～7.2。

2.5.3裝料

將調(diào)配好的物料分別裝入9個(gè)10L厭氧反應(yīng)器內(nèi)。

2.5.4密封

通過(guò)膠管連接好集氣箱和排水箱，集氣箱貯滿水，并封閉好系統(tǒng)各密封處，形成厭氧環(huán)境。

2.5.5設(shè)定溫度及攪拌進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵狀態(tài)

發(fā)酵溫度均設(shè)置35℃，開(kāi)啟定時(shí)攪拌，每天攪拌次數(shù)及每次攪拌時(shí)間按實(shí)驗(yàn)方法中規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)氣階段。

2.5.6排氣記錄數(shù)據(jù)

每天定時(shí)排氣、補(bǔ)水，并記錄日產(chǎn)氣量。

2.6產(chǎn)氣量的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)中，日產(chǎn)氣量采用排水法測(cè)量，反應(yīng)期內(nèi)每天10∶00用量筒測(cè)量集水箱中水的體積來(lái)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)氣量，即日產(chǎn)氣量。

2.7試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了不同攪拌參數(shù)條件下產(chǎn)氣情況表(表2)。

2.8分析與結(jié)論

從表2可以看到，B2組，即每天攪拌4次，每次攪拌10min對(duì)應(yīng)的厭氧反應(yīng)器累計(jì)產(chǎn)氣量最高，其28d平均容積產(chǎn)氣率達(dá)到0.762L/(L·d)。同時(shí)，從所有實(shí)驗(yàn)攪拌組可以看出，每天攪拌4次的攪拌組其對(duì)應(yīng)平均容積產(chǎn)氣率也相對(duì)較高，說(shuō)明對(duì)于同等時(shí)長(zhǎng)攪拌組，每天攪拌次數(shù)少，不能保證全天各個(gè)時(shí)間段發(fā)酵細(xì)菌與發(fā)酵原料充分接觸，沒(méi)能達(dá)到較好產(chǎn)氣效果，因此每天攪拌2次的反應(yīng)器其產(chǎn)氣量都較少;每天攪拌6次比攪拌4次產(chǎn)氣量要低，說(shuō)明攪拌次數(shù)過(guò)多，則不利于厭氧發(fā)酵維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，影響產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖，反而使沼氣發(fā)酵效率降低，另外過(guò)多攪拌還會(huì)增加動(dòng)力消耗。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析認(rèn)為，雞糞沼氣發(fā)酵按每天攪拌4次，每次攪拌10min更利于厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣。

參考文獻(xiàn)

［1］鐘佳蕓．畜禽糞便資源化技術(shù)研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2016．

［2］范廣璞，楊猛，黃亞?wèn)|．利用發(fā)酵麥稈和雞糞開(kāi)發(fā)“綠色”生態(tài)基質(zhì)肥［J］．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(12):366－369．

作者:裴海林 單位:吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院