不同Ｃ／Ｎ對沼氣發酵均勻性影響的研究

高禮安　鄧功成　趙　洪　李　靜　馬　媛　李永波　黎嬌凌　俸才軍　張　林　楊世凱

摘要在相同的發酵濃度、相同體積及相同溫度的條件下，利用稻草和豬糞的不同比例來調節C/N，采用批量發酵方法，研究C/N對厭氧發酵產氣量、產氣特性的影響。結果表明：在常溫條件，原料不同C/N都能迅速啟動；60d平均日產氣量和產氣率以C/N為33/1最高，分別達762.00mL/2 500mL；0.148 6m³/kg·TS，且能維持較高的產氣均勻性。

關鍵詞C/N；沼氣；產氣量；產氣率；均勻性

中圖分類號S216.4文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2009）04-0248-02

能源是當今世界面臨的五大問題之一?？稍偕履茉吹耐诰?，特別是生物質能源的研究開發是當前世界的熱點問題。微生物在生長繁殖過程中，分解有機質，把其中貯存的能量轉化為再生能源已被人們廣泛關注。利用微生物開發能源，對解決能源危機、增加肥料、改善環境、保護生態平衡、促進生態良性循環、推動農村經濟與環境可持續協調發展有著重要意義。沼氣是利用糞便、農作物秸稈等有機物在特定（厭氧）的條件下，經過微生物生理代謝產生主要成分為CH4的可燃性氣體，屬生物質能源。農村戶用沼氣的發酵方式為常溫半連續式發酵。在冬春季節，受溫度的影響，原料分解慢，沼氣的產氣率較低，影響沼氣的持續利用。提高農村沼氣產量，除采取必要的工程措施和保溫措施之外，還需改善發酵環境等措施。提高發酵原料的產氣率是提高沼氣產量的重要措施，而發酵原料的C/N是影響產氣率的主要因子之一。試驗就發酵物的不同C/N進行研究，探索不同C/N對沼氣發酵產氣均勻性的影響，以期為解決農村沼氣冬季產氣量低、產氣不均勻等問題提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料及接種物

發酵材料為新鮮豬糞和干稻草粉，新鮮豬糞取自都勻黔隆果菜基地開發有限公司優質豬養殖場，TS含量為29%～32%。干稻草粉取自都勻市楊柳街鎮。接種物（微生物發酵種子）為取自農村多口沼氣池、經實驗室以豬糞為原料富集培養的混合微生物菌群。送樣經農業部成都沼氣科學研究所厭氧微生物重點開放實驗室測定，各微生物菌群的數量為：發酵細菌3×108cfu/mL，纖維素分解菌5.5×104cfu/mL，硫酸鹽還原菌5×106cfu/mL，產甲烷菌1.9×107cfu/mL。

1.2試驗方法

采用批量發酵。用鮮豬糞和風干稻草配制不同比例的C/N，共設18/1、23/1、28/1、33/1、38/1、43/1共6個處理，3次重復，用5 000mL蒸餾水瓶做發酵容器，每瓶裝TS 313g、發酵種子250mL，加自來水攪拌充分混合定容2 500mL。置實驗室常溫下連續發酵60d，采用排水集氣法測定日產氣量，每10d用吸收法測定沼氣中CH4含量[1]，并用pHS-25A型數字酸度計測量發酵液pH值。

2結果與分析

2.1 C/N對沼氣發酵啟動的影響

沼氣池從進料開始到能夠正常而穩定地產氣過程稱為沼氣發酵的啟動。由于8月氣溫較高，室溫在24～30℃，裝料的當天即開始產氣。裝料后第2天測定產氣量、CH4含量及pH值，結果表明（表1），在常溫條件，試驗設計的幾種C/N發酵物都能啟動，而且啟動迅速，產氣量以C/N為23/1的處理最高，為1 250.0mL/2 500mL發酵液；18/1次之，為1 086.7 mL/2 500mL發酵液；43/1再次之，為1 016.7mL/2 500mL發酵液。發酵啟動時CH4含量均在30%以上；發酵溫度在25℃左右，此階段沼氣池中水解酶類活性高，發酵纖維素等分解菌活躍，發酵體系產生的CO2量大，沼氣中CH4含量偏低，產酸量大，pH值低，反映了沼氣正常啟動的特征[2]。

2.2C/N對沼氣產量的影響

由表2可知，發酵30d后，以C/N為43/1處理的月總產氣量和日平均產氣量最高，分別為31 296.6mL/2 500mL發酵液和1 043.22mL/2 500mL發酵液；38/1次之，為25 452.3 mL/2 500mL發酵液和848.40mL/2 500mL發酵液；33/1再次之，為22 388.2mL/2 500mL發酵液和746.30mL/2 500mL發酵液；28/1第4；18/1處理的月總產氣量和日平均產氣量最低，分別為3 948.1mL/2 500mL發酵液和131.60mL/2 500mL發酵液。發酵60d后，以C/N為33/1處理的月總產氣量和日平均產氣量最高，分別24 109.9mL/2 500mL發酵液和777.70 mL/2 500mL發酵液；28/1次之，為21 240.0mL/2 500 mL發酵液和685.20mL/2 500mL發酵液；38/1再次之，為19 934.9 mL/2 500mL和643.06mL/2 500mL發酵液；43/1第4，為12 051.9mL/2 500mL發酵液和388.74mL/2 500mL發酵液；18/1最低，為2 180.8mL/2 500mL發酵液和70.30mL/2 500 mL發酵液。因此，C/N在28/1～43/1范圍，60d日均產氣量均達700mL/2 500mL發酵液以上，以33/1最高，達762.00 mL/2 500mL發酵液；在常溫（25℃左右）條件下，C/N在28/1～38/1原料產氣率高，產氣量相對也較高；原料產氣率以C/N為33/1最高，其值為0.148 6m³/kg·TS。

2.3 C/N對產氣均勻性的影響

由表3可知，沼氣發酵啟動后10d，C/N為43/1平均日產氣量最高，方差分析結果表明它與28/1、33/1、38/1沒有顯著差異，18/1平均產氣量最低，僅為189.65 mL/2 500mL發酵液，與43/1有極顯著差異。發酵11～20d，C/N為43/1平均產氣量最高，產氣量除了與18/1和23/1存在極顯著差異外，與其他處理沒有顯著差異。發酵21～30d，C/N為43/1平均日產氣量最高，達發酵產氣峰值，10d平均日產氣量為1 418.16mL/2 500mL發酵液，產氣量與其他處理存在極顯著差異。發酵31～40d，C/N為33/1平均日產氣量最高，達1 025.84mL/2 500mL發酵液，與處理43/1、23/1、18/1有極顯著差異。發酵41～50d，C/N為33/1平均日產氣量最高，達664.17mL/2 500mL發酵液，與處理43/1、23/1、18/1有極顯著差異。發酵51～60d，仍以33/1平均日產氣量最高，達678.44mL/2 500mL發酵液，與處理23/1存在顯著差異，與43/1、18/1有極顯著差異。試驗結果表明，在發酵的60d中，前30d C/N為43/1的處理產氣量最高，但是除了在發酵的21～30的10d中，日平均產氣量與33/1、28/1、38/1存在極顯著差異外，剩余20d平均日產氣量都沒有差異；發酵60d中的后30d，都是C/N為33/1平均日產氣量最高，且與43/1、18/1、23/1有極顯著的差異。因此，采用C/N為33/1、28/1、38/1能維持較均勻的產氣量。

3小結與討論

C/N對沼氣發酵啟動、產氣量、產氣均勻性有明顯影響。多數資料認為，常溫下C/N在30/1以下沼氣發酵才容易啟動，試驗發現C/N超過30/1達43/1時，發酵啟動仍然迅速，啟動后1～10d平均日產氣量可達559.00mL/2 500mL發酵液。從產氣量看，在發酵第1個月（9月）的上、中、下旬產氣量一直名列第1，分別為559.00 mL/2 500mL發酵液、1 152.50mL/2 500mL發酵液、1 418.16mL/2 500mL發酵液；在發酵第2個月（10月）的上、中、下旬產氣量以C/N為33/1的處理最高，分別為1 025.84mL/2500mL發酵液、6 64.17 mL/2 500mL發酵液、678.44mL/2 500mL發酵液；60d發酵日均產氣量和產氣率以C/N為33/1最高，分別為762.00 mL/2 500mL發酵液和0.148 6m³/kg·TS。從產氣均勻性看，C/N為28/1、33/1、38/1的產氣量除在21～30d發酵中與產氣量最高的處理存在極顯著差異外，它們都處在產氣量的前3位或與最高產氣量處理沒有顯著差異，日均產氣量均在700mL/2 500mL發酵液以上。試驗結果表明，在常溫下，適當提高沼氣發酵的C/N，不影響沼氣發酵的啟動，并有利于提高產氣量和維持較高水平的產氣均勻性，建議結合每年沼氣池大換料，利用農作物秸稈粉碎或鍘成2～3cm，經預處理后與糞便調節C/N為28/1～38/1，加入沼氣池以提高產氣量。

4參考文獻

[1] 趙洪，鄧功成，高禮安，等.農村沼氣主要成分簡易快速測定方法［J］.安徽農業科學，2008（20）：8766-8767.

[2] 趙洪，鄧功成，高禮安，等.pH值對農村沼氣產量的影響［J］.安徽農業科學，2008（19）：8 216-8 217.