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摘自《中國沼氣》第5期  李淑蘭 劉萍 梅自力

隨著規(guī)?；u業(yè)的發(fā)展,雞糞帶來的環(huán)境污染  已成為制約我國雞生產(chǎn)的重要因素之一。雞糞無害  化處理和資源化利用的主要途徑有沼氣池發(fā)酵生產(chǎn)有機肥  以及厭氧沼氣池發(fā)酵制取沼氣-21。厭氧消化不受雞糞含  水率影響,并且可再生清潔能源。與其它畜禽糞便  相比,雞糞碳氮比(C/N)較低,屬于高有機氮廢棄  物。高有機氮廢棄物在厭氧消化過程中,過多的氮將導(dǎo)致厭氧消化系統(tǒng)銨鹽的積累,從而抑制產(chǎn)甲烷菌的活動,最終導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)處于“抑制的穩(wěn)定狀態(tài)”,造成產(chǎn)氣量低或不產(chǎn)氣3-4),即氨氮抑制效應(yīng)。高濃度氨氮是高有機氮廢棄物厭氧消化處理的難題之一,采取有效的技術(shù)措施克服氨氮對厭氧消化過

程的抑制顯得十分必要。研究表明,調(diào)節(jié)消化原料C/N對厭氧消化系統(tǒng)的運行效果和穩(wěn)定性非常重要5,然而對中高溫條件下調(diào)節(jié)原料(C/N)后的厭氧沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣特性影響的報道則很少。本研究以玉米秸稈為碳源,通過調(diào)控消化原料C/N,探討中高溫條件下不同C/N對雞糞厭氧消化過程產(chǎn)甲烷性  能的影響,以期為厭氧沼氣池發(fā)酵效率的提高及沼氣沼氣池發(fā)酵的可控化研究提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料  厭氧污泥,取自四川簡陽市某沼氣工程;鮮雞

糞,取自山西晉中某養(yǎng)雞場;風(fēng)干的玉米秸稈,取自  山西晉中某農(nóng)田,原料的C/N和干物質(zhì)含量見表1。

1.2試驗裝置

本試驗所用裝置為農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所沼氣工程研究中心自行設(shè)計的可控性恒溫厭氧沼氣池發(fā)酵裝置。為了便于實際操作和節(jié)約成本,選用2.5L的兩孔塞玻璃瓶做沼氣池發(fā)酵罐,1L的兩孔塞玻璃瓶做集氣裝置,1L的玻璃瓶做集水裝置,通過橡膠管與發(fā)膠裝置相連。水浴加熱,由恒溫水浴鍋控制沼氣池發(fā)酵溫度(溫度波動范圍為±1℃)。試驗裝置按圖1方式連接。

1.3試驗方案

試驗組1:向沼氣池發(fā)酵罐中裝入雞糞49.6g,玉米秸桿56.5g,接種物403.4g,水1090.5g,使得沼氣池發(fā)酵原料C/N為20:1,總固體物濃度為8%,接種物和沼氣池發(fā)酵原料T比為1:1。在溫度分別為35℃,42℃和50℃條件下進行試驗。

試驗組2:向沼氣池發(fā)酵罐中裝入雞糞247.6g,接種物403.4g,水949g,使得沼氣池發(fā)酵原料CN為12:1,總固體物濃度為8%,接種物和沼氣池發(fā)酵原料TS比為1:1。在溫度分別為35℃,42℃和50℃條件下進行試驗。

對照組:向沼氣池發(fā)酵罐中裝入接種物403.4g,水1196.6g。在溫度分別為35℃,42℃和50℃條件下進行試驗。

每組試驗設(shè)3個重復(fù)(見表2)。采用排水集氣法每日定時測量產(chǎn)氣量、氣體成分及沼氣池發(fā)酵溶液pH值

1.4測定項目及方法

(1)干物質(zhì)含量:用烘干法測定。

(2)碳氮比(CN):C用干燒法測定;N以凱氏

定氮法測定。

(3)產(chǎn)氣量:采用排水法測定

(4)CH4含量:采用沼氣成分分析儀測量。

2結(jié)果與分析

2.1試驗進行20d和39d產(chǎn)氣總量和產(chǎn)沼氣潛力

分析

試驗總共進行了39d,產(chǎn)氣結(jié)束。結(jié)果表明,在35℃,42℃和50℃這3個不同溫度下,純雞糞原料沼氣池發(fā)酵,溫度越高,產(chǎn)氣越多,依次為11051mL,13636mL和14176mL;且產(chǎn)氣潛力越大,依次為172

Lkg"TS,212.6 Lkg TS,221.1 Lkg TS.雞糞  和玉米秸稈混合沼氣池發(fā)酵,溫度越高,產(chǎn)氣越多,依次為12165mL,16572mL,17684mL;且產(chǎn)氣潛力越大,依次為189.6L·kgTs,258.3L·kgTs,275.7Lkg-Ts(見表3)  從表3可以看出,試驗進行到20d時,35℃的混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力提高了  38.6%;42℃的混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛  力提高了25.0%;50℃的混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞發(fā)  酵產(chǎn)氣潛力提高了20.9%。說明試驗進行到20d  時,沼氣池發(fā)酵溫度越高,混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞的沼氣池發(fā)酵潛力提升的越慢。  結(jié)果還表明,試驗進行到39d時,35℃的混合  原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力提高了10.0%;  42℃的混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力提高了  21.5%;50°℃的混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛  力提高了24.7%。說明試驗進行到39d時,沼氣池發(fā)酵溫  度越高,混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞的沼氣池發(fā)酵潛力提升的越快。  也就是說,相比沼氣池發(fā)酵20d和39d,隨著沼氣池發(fā)酵天

數(shù)增加,在35℃和42℃時混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力少提升了28.6%和3.5%,可能是由于  隨著沼氣池發(fā)酵時間延長,沼氣池發(fā)酵原料減少,導(dǎo)致產(chǎn)氣速度降

表3還可以看出,在試驗進行到20d的純雞糞  沼氣池發(fā)酵,35℃,42℃,50℃條件下產(chǎn)氣量可達到總產(chǎn)氣  量的71.8%,87.6%和95.3%;添加玉米秸稈后,同  樣35℃,42℃,50℃條件下產(chǎn)氣量可達到總產(chǎn)氣量  的90.5%,90.1%,92.4%。說明試驗20d時,35℃  和42℃時混合原料比純雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣量提高了  20%和2.85%,而50℃時混合原料比純雞糞沼氣池發(fā)酵  產(chǎn)氣量卻下降了3.0%。同樣也說明了試驗進行到  20天時,沼氣池發(fā)酵溫度越高,混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞的  沼氣池發(fā)酵潛力提升的越慢。  綜上分析,1噸新鮮雞糞35℃可產(chǎn)沼氣約44  m3,42℃可產(chǎn)沼氣約54m3,50℃可產(chǎn)沼氣約57m。  添加玉米秸稈調(diào)整C/N后1噸新鮮雞糞35℃可產(chǎn)  沼氣約14m2,42℃可產(chǎn)沼氣約156m,0℃可產(chǎn)沼氣約166m

2.2甲烷最大含量分析

本沼氣池發(fā)酵試驗過程中,對每天所產(chǎn)沼氣的甲烷含量做了檢測。試驗結(jié)果表明,不同CN的沼氣池發(fā)酵原料在不同溫度下甲烷含量達最大值的時間不同,且最大值也有區(qū)別。由圖2可以看出,在同一溫度下,添加玉米秸稈的雞糞比不添加的產(chǎn)甲烷含量最先到達  最大,即35℃時添加玉米秸稈的雞糞在厭氧沼氣池發(fā)酵第  10天甲烷含量達最大,而純雞糞在厭氧沼氣池發(fā)酵第14  天甲烷含量才達最大;42℃時添加玉米秸稈的雞糞  在厭氧沼氣池發(fā)酵第6天甲烷含量達最大,而純雞糞在厭  氧沼氣池發(fā)酵第14天甲烷含量才達最大;50℃時添加玉米  秸稈的雞糞在厭氧沼氣池發(fā)酵第5天甲烷含量達最大,而  純雞糞在厭氧沼氣池發(fā)酵第10天甲烷含量才達最大;說明  改善C/N的沼氣池發(fā)酵原料對雞糞沼氣池發(fā)酵過程有促進作用。

同時圖2也說明,隨著溫度的升高,對純雞糞沼氣池發(fā)酵而言,35℃和42℃條件下沼氣池發(fā)酵甲烷含量達到最大值沒有差別,都是沼氣池發(fā)酵第14天,說明35℃和42℃的溫度對純雞糞沼氣池發(fā)酵反應(yīng)影響不明顯,但是在50℃沼氣池發(fā)酵溫度下純雞糞沼氣池發(fā)酵甲烷含量達到最大值明顯提前,是在反應(yīng)的第10天。以上分析說明,沼氣池發(fā)酵溫度越高,反應(yīng)過程越快。但是甲烷最大含量并沒有因為溫度的升高而增大,也沒有因為改善原料C/N而增加。從圖2不難看出這一點,純雞糞在35℃,42℃,50℃條件下沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生的最大甲烷含量分別是74.85%,68.32%和69.16%;添加玉米秸稈改善C/N的雞糞在35℃,42℃,50℃條件下沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生的最大甲烷含  量分別是69.32%,71.04%和66.76%。綜合分析  42℃時的沼氣池發(fā)酵溫度和20:1的C/N更加適合雞糞的穩(wěn)定沼氣池發(fā)酵。

2.3溫度和C/N對雞糞厭氧消化pH值的影響  由圖3可見,所有試驗組消化前期(0-10d)  pH值變幅在1.8之內(nèi),消化后期(10d)則趨于穩(wěn)

定。按C/N大小排列pH值,可以看出:C/N越高,消化液pH值越低,這是由于C/N越高,消化體系中水解酸化的產(chǎn)物越高,氨化作用產(chǎn)生的氨只能中和很少一部分酸,導(dǎo)致消化液酸化。

產(chǎn)甲烷菌的最佳生長pH值范圍在6.8~7.2  之間,pH值越低對厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)甲烷的抑制效應(yīng)  越大,當(dāng)pH值低于6.0時,產(chǎn)甲烷菌無法存活  本試驗所有試驗組pH值在整個厭氧消化期間均保持在6.00~7.85之間,為雞糞沼氣沼氣池發(fā)酵提供了適宜的反應(yīng)環(huán)境。

結(jié)論

(1)在35℃,42℃和50℃這3個不同溫度下,無  論是純雞糞原料還是雞糞和玉米秸稈混合原料,溫  度越高,產(chǎn)氣越多,產(chǎn)氣潛力也越大,而且混合原料整體都比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力高。  (2)試驗20d時,35℃和42℃時混合原料比純雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力提高了26.0%和2.85%,而50  度時混合原料比純雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力卻下降了3.0%。

(3)相比沼氣池發(fā)酵20d和39d,隨著沼氣池發(fā)酵天數(shù)增加,  在35℃和42℃時混合原料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣  潛力少提升了28.6%和3.5%,而在50℃時混合原  料沼氣池發(fā)酵比單雞糞沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣潛力則多提升了3.8%。  (4)雞糞的最佳沼氣池發(fā)酵條件:沼氣池發(fā)酵溫度為42℃,原料最佳C/N為20:1。  (5)所有試驗組沼氣池發(fā)酵過程pH值始終保持在  5.8~7.85之間,為厭氧沼氣池發(fā)酵提供了適宜的反應(yīng)環(huán)境。