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摘要在相同的发酵浓度、相同体积及相同温度的条件下，利用稻草和猪粪的不同比例来调节C/N，采用批量发酵方法，研究C/N对厌氧发酵产气量、产气特性的影响。结果表明：在常温条件，原料不同C/N都能迅速启动；60d平均日产气量和产气率以C/N为33/1最高，分别达762.00mL/2 500mL；0.148 6m3/kg·TS，且能维持较高的产气均匀性。
关键词C/N；沼气；产气量；产气率；均匀性
中图分类号S216.4文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）04-0248-02
能源是当今世界面临的五大问题之一。可再生新能源的挖掘，特别是生物质能源的研究开发是当前世界的热点问题。微生物在生长繁殖过程中，分解有机质，把其中贮存的能量转化为再生能源已被人们广泛关注。利用微生物开发能源，对解决能源危机、增加肥料、改善环境、保护生态平衡、促进生态良性循环、推动农村经济与环境可持续协调发展有着重要意义。沼气是利用粪便、农作物秸秆等有机物在特定（厌氧）的条件下，经过微生物生理代谢产生主要成分为CH4的可燃性气体，属生物质能源。农村户用沼气的发酵方式为常温半连续式发酵。在冬春季节，受温度的影响，原料分解慢，沼气的产气率较低，影响沼气的持续利用。提高农村沼气产量，除采取必要的工程措施和保温措施之外，还需改善发酵环境等措施。提高发酵原料的产气率是提高沼气产量的重要措施，而发酵原料的C/N是影响产气率的主要因子之一。试验就发酵物的不同C/N进行研究，探索不同C/N对沼气发酵产气均匀性的影响，以期为解决农村沼气冬季产气量低、产气不均匀等问题提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料及接种物
发酵材料为新鲜猪粪和干稻草粉，新鲜猪粪取自都匀黔隆果菜基地开发有限公司优质猪养殖场，TS含量为29%～32%。干稻草粉取自都匀市杨柳街镇。接种物（微生物发酵种子）为取自农村多口沼气池、经实验室以猪粪为原料富集培养的混合微生物菌群。送样经农业部成都沼气科学研究所厌氧微生物重点开放实验室测定，各微生物菌群的数量为：发酵细菌3×108cfu/mL，纤维素分解菌5.5×104cfu/mL，硫酸盐还原菌5×106cfu/mL，产甲烷菌1.9×107cfu/mL。
1.2试验方法
采用批量发酵。用鲜猪粪和风干稻草配制不同比例的C/N，共设18/1、23/1、28/1、33/1、38/1、43/1共6个处理，3次重复，用5 000mL蒸馏水瓶做发酵容器，每瓶装TS 313g、发酵种子250mL，加自来水搅拌充分混合定容2 500mL。置实验室常温下连续发酵60d，采用排水集气法测定日产气量，每10d用吸收法测定沼气中CH4含量[1]，并用pHS-25A型数字酸度计测量发酵液pH值。
2结果与分析
2.1 C/N对沼气发酵启动的影响
沼气池从进料开始到能够正常而稳定地产气过程称为沼气发酵的启动。由于8月气温较高，室温在24～30℃，装料的当天即开始产气。装料后第2天测定产气量、CH4含量及pH值，结果表明（表1），在常温条件，试验设计的几种C/N发酵物都能启动，而且启动迅速，产气量以C/N为23/1的处理最高，为1 250.0mL/2 500mL发酵液；18/1次之，为1 086.7 mL/2 500mL发酵液；43/1再次之，为1 016.7mL/2 500mL发酵液。发酵启动时CH4含量均在30%以上；发酵温度在25℃左右，此阶段沼气池中水解酶类活性高，发酵纤维素等分解菌活跃，发酵体系产生的CO2量大，沼气中CH4含量偏低，产酸量大，pH值低，反映了沼气正常启动的特征[2]。
由表2可知，发酵30d后，以C/N为43/1处理的月总产气量和日平均产气量最高，分别为31 296.6mL/2 500mL发酵液和1 043.22mL/2 500mL发酵液；38/1次之，为25 452.3 mL/2 500mL发酵液和848.40mL/2 500mL发酵液；33/1再次之，为22 388.2mL/2 500mL发酵液和746.30mL/2 500mL发酵液；28/1第4；18/1处理的月总产气量和日平均产气量最低，分别为3 948.1mL/2 500mL发酵液和131.60mL/2 500mL发酵液。发酵60d后，以C/N为33/1处理的月总产气量和日平均产气量最高，分别24 109.9mL/2 500mL发酵液和777.70 mL/2 500mL发酵液；28/1次之，为21 240.0mL/2 500 mL发酵液和685.20mL/2 500mL发酵液；38/1再次之，为19 934.9 mL/2 500mL和643.06mL/2 500mL发酵液；43/1第4，为12 051.9mL/2 500mL发酵液和388.74mL/2 500mL发酵液；18/1最低，为2 180.8mL/2 500mL发酵液和70.30mL/2 500 mL发酵液。因此，C/N在28/1～43/1范围，60d日均产气量均达700mL/2 500mL发酵液以上，以33/1最高，达762.00 mL/2 500mL发酵液；在常温（25℃左右）条件下，C/N在28/1～38/1原料产气率高，产气量相对也较高；原料产气率以C/N为33/1最高，其值为0.148 6m3/kg·TS。
2.3 C/N对产气均匀性的影响
由表3可知，沼气发酵启动后10d，C/N为43/1平均日产气量最高，方差分析结果表明它与28/1、33/1、38/1没有显著差异，18/1平均产气量最低，仅为189.65 mL/2 500mL发酵液，与43/1有极显著差异。发酵11～20d，C/N为43/1平均产气量最高，产气量除了与18/1和23/1存在极显著差异外，与其他处理没有显著差异。发酵21～30d，C/N为43/1平均日产气量最高，达发酵产气峰值，10d平均日产气量为1 418.16mL/2 500mL发酵液，产气量与其他处理存在极显著差异。发酵31～40d，C/N为33/1平均日产气量最高，达1 025.84mL/2 500mL发酵液，与处理43/1、23/1、18/1有极显著差异。发酵41～50d，C/N为33/1平均日产气量最高，达664.17mL/2 500mL发酵液，与处理43/1、23/1、18/1有极显著差异。发酵51～60d，仍以33/1平均日产气量最高，达678.44mL/2 500mL发酵液，与处理23/1存在显著差异，与43/1、18/1有极显著差异。试验结果表明，在发酵的60d中，前30d C/N为43/1的处理产气量最高，但是除了在发酵的21～30的10d中，日平均产气量与33/1、28/1、38/1存在极显著差异外，剩余20d平均日产气量都没有差异；发酵60d中的后30d，都是C/N为33/1平均日产气量最高，且与43/1、18/1、23/1有极显著的差异。因此，采用C/N为33/1、28/1、38/1能维持较均匀的产气量。
3小结与讨论
C/N对沼气发酵启动、产气量、产气均匀性有明显影响。多数资料认为，常温下C/N在30/1以下沼气发酵才容易启动，试验发现C/N超过30/1达43/1时，发酵启动仍然迅速，启动后1～10d平均日产气量可达559.00mL/2 500mL发酵液。从产气量看，在发酵第1个月（9月）的上、中、下旬产气量一直名列第1，分别为559.00 mL/2 500mL发酵液、1 152.50mL/2 500mL发酵液、1 418.16mL/2 500mL发酵液；在发酵第2个月（10月）的上、中、下旬产气量以C/N为33/1的处理最高，分别为1 025.84mL/2500mL发酵液、6 64.17 mL/2 500mL发酵液、678.44mL/2 500mL发酵液；60d发酵日均产气量和产气率以C/N为33/1最高，分别为762.00 mL/2 500mL发酵液和0.148 6m3/kg·TS。从产气均匀性看，C/N为28/1、33/1、38/1的产气量除在21～30d发酵中与产气量最高的处理存在极显著差异外，它们都处在产气量的前3位或与最高产气量处理没有显著差异，日均产气量均在700mL/2 500mL发酵液以上。试验结果表明，在常温下，适当提高沼气发酵的C/N，不影响沼气发酵的启动，并有利于提高产气量和维持较高水平的产气均匀性，建议结合每年沼气池大换料，利用农作物秸秆粉碎或铡成2～3cm，经预处理后与粪便调节C/N为28/1～38/1，加入沼气池以提高产气量。
4参考文献
[1] 赵洪，邓功成，高礼安，等.农村沼气主要成分简易快速测定方法［J］.安徽农业科学，2008（20）：8766-8767.
[2] 赵洪，邓功成，高礼安，等.pH值对农村沼气产量的影响［J］.安徽农业科学，2008（19）：8 216-8 217.
关键词C/N；沼气；产气量；产气率；均匀性
中图分类号S216.4文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）04-0248-02
能源是当今世界面临的五大问题之一。可再生新能源的挖掘，特别是生物质能源的研究开发是当前世界的热点问题。微生物在生长繁殖过程中，分解有机质，把其中贮存的能量转化为再生能源已被人们广泛关注。利用微生物开发能源，对解决能源危机、增加肥料、改善环境、保护生态平衡、促进生态良性循环、推动农村经济与环境可持续协调发展有着重要意义。沼气是利用粪便、农作物秸秆等有机物在特定（厌氧）的条件下，经过微生物生理代谢产生主要成分为CH4的可燃性气体，属生物质能源。农村户用沼气的发酵方式为常温半连续式发酵。在冬春季节，受温度的影响，原料分解慢，沼气的产气率较低，影响沼气的持续利用。提高农村沼气产量，除采取必要的工程措施和保温措施之外，还需改善发酵环境等措施。提高发酵原料的产气率是提高沼气产量的重要措施，而发酵原料的C/N是影响产气率的主要因子之一。试验就发酵物的不同C/N进行研究，探索不同C/N对沼气发酵产气均匀性的影响，以期为解决农村沼气冬季产气量低、产气不均匀等问题提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料及接种物
发酵材料为新鲜猪粪和干稻草粉，新鲜猪粪取自都匀黔隆果菜基地开发有限公司优质猪养殖场，TS含量为29%～32%。干稻草粉取自都匀市杨柳街镇。接种物（微生物发酵种子）为取自农村多口沼气池、经实验室以猪粪为原料富集培养的混合微生物菌群。送样经农业部成都沼气科学研究所厌氧微生物重点开放实验室测定，各微生物菌群的数量为：发酵细菌3×108cfu/mL，纤维素分解菌5.5×104cfu/mL，硫酸盐还原菌5×106cfu/mL，产甲烷菌1.9×107cfu/mL。
1.2试验方法
采用批量发酵。用鲜猪粪和风干稻草配制不同比例的C/N，共设18/1、23/1、28/1、33/1、38/1、43/1共6个处理，3次重复，用5 000mL蒸馏水瓶做发酵容器，每瓶装TS 313g、发酵种子250mL，加自来水搅拌充分混合定容2 500mL。置实验室常温下连续发酵60d，采用排水集气法测定日产气量，每10d用吸收法测定沼气中CH4含量[1]，并用pHS-25A型数字酸度计测量发酵液pH值。
2结果与分析
2.1 C/N对沼气发酵启动的影响
沼气池从进料开始到能够正常而稳定地产气过程称为沼气发酵的启动。由于8月气温较高，室温在24～30℃，装料的当天即开始产气。装料后第2天测定产气量、CH4含量及pH值，结果表明（表1），在常温条件，试验设计的几种C/N发酵物都能启动，而且启动迅速，产气量以C/N为23/1的处理最高，为1 250.0mL/2 500mL发酵液；18/1次之，为1 086.7 mL/2 500mL发酵液；43/1再次之，为1 016.7mL/2 500mL发酵液。发酵启动时CH4含量均在30%以上；发酵温度在25℃左右，此阶段沼气池中水解酶类活性高，发酵纤维素等分解菌活跃，发酵体系产生的CO2量大，沼气中CH4含量偏低，产酸量大，pH值低，反映了沼气正常启动的特征[2]。
由表2可知，发酵30d后，以C/N为43/1处理的月总产气量和日平均产气量最高，分别为31 296.6mL/2 500mL发酵液和1 043.22mL/2 500mL发酵液；38/1次之，为25 452.3 mL/2 500mL发酵液和848.40mL/2 500mL发酵液；33/1再次之，为22 388.2mL/2 500mL发酵液和746.30mL/2 500mL发酵液；28/1第4；18/1处理的月总产气量和日平均产气量最低，分别为3 948.1mL/2 500mL发酵液和131.60mL/2 500mL发酵液。发酵60d后，以C/N为33/1处理的月总产气量和日平均产气量最高，分别24 109.9mL/2 500mL发酵液和777.70 mL/2 500mL发酵液；28/1次之，为21 240.0mL/2 500 mL发酵液和685.20mL/2 500mL发酵液；38/1再次之，为19 934.9 mL/2 500mL和643.06mL/2 500mL发酵液；43/1第4，为12 051.9mL/2 500mL发酵液和388.74mL/2 500mL发酵液；18/1最低，为2 180.8mL/2 500mL发酵液和70.30mL/2 500 mL发酵液。因此，C/N在28/1～43/1范围，60d日均产气量均达700mL/2 500mL发酵液以上，以33/1最高，达762.00 mL/2 500mL发酵液；在常温（25℃左右）条件下，C/N在28/1～38/1原料产气率高，产气量相对也较高；原料产气率以C/N为33/1最高，其值为0.148 6m3/kg·TS。
2.3 C/N对产气均匀性的影响
由表3可知，沼气发酵启动后10d，C/N为43/1平均日产气量最高，方差分析结果表明它与28/1、33/1、38/1没有显著差异，18/1平均产气量最低，仅为189.65 mL/2 500mL发酵液，与43/1有极显著差异。发酵11～20d，C/N为43/1平均产气量最高，产气量除了与18/1和23/1存在极显著差异外，与其他处理没有显著差异。发酵21～30d，C/N为43/1平均日产气量最高，达发酵产气峰值，10d平均日产气量为1 418.16mL/2 500mL发酵液，产气量与其他处理存在极显著差异。发酵31～40d，C/N为33/1平均日产气量最高，达1 025.84mL/2 500mL发酵液，与处理43/1、23/1、18/1有极显著差异。发酵41～50d，C/N为33/1平均日产气量最高，达664.17mL/2 500mL发酵液，与处理43/1、23/1、18/1有极显著差异。发酵51～60d，仍以33/1平均日产气量最高，达678.44mL/2 500mL发酵液，与处理23/1存在显著差异，与43/1、18/1有极显著差异。试验结果表明，在发酵的60d中，前30d C/N为43/1的处理产气量最高，但是除了在发酵的21～30的10d中，日平均产气量与33/1、28/1、38/1存在极显著差异外，剩余20d平均日产气量都没有差异；发酵60d中的后30d，都是C/N为33/1平均日产气量最高，且与43/1、18/1、23/1有极显著的差异。因此，采用C/N为33/1、28/1、38/1能维持较均匀的产气量。
3小结与讨论
C/N对沼气发酵启动、产气量、产气均匀性有明显影响。多数资料认为，常温下C/N在30/1以下沼气发酵才容易启动，试验发现C/N超过30/1达43/1时，发酵启动仍然迅速，启动后1～10d平均日产气量可达559.00mL/2 500mL发酵液。从产气量看，在发酵第1个月（9月）的上、中、下旬产气量一直名列第1，分别为559.00 mL/2 500mL发酵液、1 152.50mL/2 500mL发酵液、1 418.16mL/2 500mL发酵液；在发酵第2个月（10月）的上、中、下旬产气量以C/N为33/1的处理最高，分别为1 025.84mL/2500mL发酵液、6 64.17 mL/2 500mL发酵液、678.44mL/2 500mL发酵液；60d发酵日均产气量和产气率以C/N为33/1最高，分别为762.00 mL/2 500mL发酵液和0.148 6m3/kg·TS。从产气均匀性看，C/N为28/1、33/1、38/1的产气量除在21～30d发酵中与产气量最高的处理存在极显著差异外，它们都处在产气量的前3位或与最高产气量处理没有显著差异，日均产气量均在700mL/2 500mL发酵液以上。试验结果表明，在常温下，适当提高沼气发酵的C/N，不影响沼气发酵的启动，并有利于提高产气量和维持较高水平的产气均匀性，建议结合每年沼气池大换料，利用农作物秸秆粉碎或铡成2～3cm，经预处理后与粪便调节C/N为28/1～38/1，加入沼气池以提高产气量。
4参考文献
[1] 赵洪，邓功成，高礼安，等.农村沼气主要成分简易快速测定方法［J］.安徽农业科学，2008（20）：8766-8767.
[2] 赵洪，邓功成，高礼安，等.pH值对农村沼气产量的影响［J］.安徽农业科学，2008（19）：8 216-8 217.