戶用沼氣不同發(fā)酵原料產(chǎn)氣對比試驗研究

郭四拜

(天水市農(nóng)村能源技術(shù)推廣中心， 甘肅 天水 741000)

戶用沼氣不同發(fā)酵原料產(chǎn)氣對比試驗研究

郭四拜

(天水市農(nóng)村能源技術(shù)推廣中心， 甘肅 天水 741000)

隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)趨于區(qū)域化、規(guī)?；?、集約化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化發(fā)展，加上農(nóng)村大量青壯勞力外出務(wù)工，農(nóng)村居家戶養(yǎng)殖量逐年減少，以致影響到戶用沼氣的產(chǎn)氣利用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生大量秸稈，大部分被燃燒或棄置，造成資源的浪費。試驗設(shè)置不同原料進行發(fā)酵產(chǎn)氣，研究結(jié)果表明，牛糞是最好的發(fā)酵原料，啟動快，產(chǎn)氣好； 秸稈加人畜糞便堆漚發(fā)酵后作為沼氣原料，產(chǎn)氣好，持續(xù)時間長，是目前解決農(nóng)村沼氣因無養(yǎng)殖缺原料影響產(chǎn)氣利用問題最好方法。

戶用沼氣； 發(fā)酵原料； 產(chǎn)氣； 研究

甘肅天水市2003年實施農(nóng)村沼氣國債項目，2005年整市推進，截至2014年底，全市建成戶用沼氣14.598萬戶，占適宜農(nóng)戶的29.2%。沼氣池主要以人糞尿、畜禽糞便作為發(fā)酵原料，但隨著養(yǎng)殖業(yè)的集約化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化和農(nóng)民生活電器化的發(fā)展，農(nóng)村家庭養(yǎng)殖數(shù)量逐年減少，導(dǎo)致戶用沼氣池發(fā)酵的畜禽糞便原料缺乏，沼氣利用率不高，甚至出現(xiàn)間歇使用池和閑置不用池問題。天水市每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，相當(dāng)部分秸稈作為能源被燃燒和隨意堆放廢棄，造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染和資源的嚴重浪費。設(shè)計不同發(fā)酵原料產(chǎn)氣利用情況試驗，尋求農(nóng)村資源量大、利用率好的原料用來作為沼氣發(fā)酵原料，指導(dǎo)農(nóng)戶加強沼氣管理，提高沼氣利用率和經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為新收獲的玉米、小麥秸稈，牛糞 、豬糞、人糞尿，秸稈發(fā)酵復(fù)合菌劑、正常使用沼氣池中的沼液沼渣、10 m3的沼氣池，甲烷檢測儀、酸堿測定儀、溫度計等試驗設(shè)備。

1.2 原料預(yù)處理

秸稈的堆漚： 1)將已粉碎的秸稈添加秸稈發(fā)酵復(fù)合菌劑和碳銨(含碳量≥17.1%)(每100 kg加秸稈腐熟劑0.5 kg，碳銨1.25 kg)和10%氫氧化鈉溶液，澆水?dāng)嚢柚劣檬帜蟪鏊疄橹梗?2)將已粉碎的秸稈添加牛糞、碳銨和10%氫氧化鈉溶液澆水?dāng)嚢柚敛怀鏊疄橹梗?3)將已粉碎的秸稈添加豬糞、碳銨和10%氫氧化鈉溶液澆水?dāng)嚢柚敛怀鏊疄橹梗?4)將已粉碎的秸稈添加人糞尿、碳銨和10%氫氧化鈉溶液澆水?dāng)嚢柚敛怀鏊疄橹?。堆漚選擇晴天陽光直射的中午進行，并用塑料膜蓋壓實，秸稈溫度在60℃左右時觀測堆料干濕程度確定是否翻動，秸稈較濕可不必翻動。一般堆漚10天左右，視秸稈腐爛程度和溫度即可投料。

1.3 試驗設(shè)計

試驗分為3組，第1方案：牛糞、豬糞、人糞尿為發(fā)酵原料的3個處理； 第2方案：玉米秸稈(400 kg玉米3～5 cm碎秸稈)、玉米秸稈加1.5 m3牛糞、玉米秸稈加1.5 m3豬糞、玉米秸稈加1.5 m3人糞尿的4個處理； 第3方案：小麥秸稈(400 kg小麥3～5 cm碎秸稈)、小麥秸稈加1.5 m3牛糞、小麥秸稈加1.5 m3豬糞、小麥秸稈加1.5 m3人糞尿的4個處理。

1.4 試驗地點和時間

試驗在皂郊鎮(zhèn)下寨子村11戶沼氣戶進行，2011年4月5日秸稈堆漚，15日沼氣池裝料發(fā)酵。

2 觀察測定

料液碳氮比：通過加入碳銨的方法進行各處理發(fā)酵料液碳氮比調(diào)節(jié)。料液pH值測定：采用酸堿測定儀測定料液酸堿度。甲烷測定：CH4采用甲烷檢測儀進行測定。產(chǎn)氣量測定：不同處理產(chǎn)氣量用沼氣流量表進行測定 。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同發(fā)酵原料產(chǎn)氣量比較

3.1.1 第1方案產(chǎn)氣量比較

3.1.2 第2方案和第3方案產(chǎn)氣量比較

從圖2和圖3可以看出，秸稈加牛糞處理前期啟動快，產(chǎn)氣量大，但后期產(chǎn)氣下降速率快； 秸稈加豬糞和人糞尿啟動較快，前期產(chǎn)氣好，后期產(chǎn)氣下降較快； 秸稈加復(fù)合菌劑啟動慢，前期產(chǎn)氣較慢，中期產(chǎn)氣上升快，但后期產(chǎn)氣下降慢，產(chǎn)氣利用時間較長。秸稈木質(zhì)纖維素含量高，厭氧微生物對木質(zhì)素降解消化弱，秸稈厭氧消化率低，產(chǎn)氣量少，但秸稈經(jīng)過與人畜糞便、復(fù)合菌劑混合堆漚處理后，纖維素、半纖維素較松軟，能被微生物消化。前期消化的主要是人畜糞便和少部分秸稈營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)氣好的是秸稈加牛糞處理，其次是秸稈加豬糞和人糞尿，秸稈加復(fù)合菌劑產(chǎn)氣較慢。中期復(fù)合菌劑作用，秸稈迅速分解，秸稈加復(fù)合菌劑處理產(chǎn)氣量上升快，到40天左右達到最高值，玉米秸稈產(chǎn)氣每天2.8 m3，小麥秸稈每天2.5 m3。后期秸稈加復(fù)合菌劑下降慢，秸稈加牛糞處理下降最快。小麥秸稈C/N為87∶1，玉米秸稈C/N為53∶1，玉米秸稈較疏松，糖分含量高，產(chǎn)氣高峰較小麥秸稈高10.7%。

圖1 第1方案不同處理產(chǎn)氣量

圖2 第2方案不同處理產(chǎn)氣量

圖3 第3方案不同處理產(chǎn)氣量

3.2 不同處理甲烷含量比較

從圖4可以看出，牛糞原料產(chǎn)氣甲烷含量高，甲烷增加幅度大，1月左右達到最高值，其后下降幅度較大； 豬糞和人糞尿原料產(chǎn)氣含量低，雜氣較多，增加幅度小，40多天后達到最高值，其后下降較慢。牛糞C/N比例適宜，產(chǎn)氣甲烷含量高，但隨著養(yǎng)分的消耗產(chǎn)氣量和甲烷含量整體下降。豬糞和人糞尿N 素含量高，前期雜氣主要是二氧化碳、一氧化碳、氮和氨等，中后期隨著N素下降，C/N比例適宜趨于適宜，甲烷含量增加。

圖4 人畜糞便產(chǎn)氣甲烷變化

從圖5和圖6可看出，秸稈原料產(chǎn)氣較慢，雜氣比較多，甲烷含量較低，且增加幅度緩慢。總的趨勢是秸稈加牛糞處理甲烷含量高，增加幅度較快，最大值時間早，后期下降幅度較快； 秸稈加復(fù)合菌劑次之，秸稈加人糞尿含量最低，增加幅度最慢。秸稈原料碳素高，前期產(chǎn)氣雜氣多主要是二氧化碳、一氧化碳，后期隨著產(chǎn)氣料液C/N比例較適宜，雜氣較少，甲烷含量增高。

圖5 玉米秸稈原料產(chǎn)氣甲烷變化

圖6 小麥秸稈原料產(chǎn)氣甲烷變化

3.3 不同發(fā)酵原料酸堿度比較

由圖7可知，牛糞原料pH值適宜，基本能滿足甲烷菌活動需求，豬糞和人糞尿pH值相對偏低，料液易發(fā)酸，則應(yīng)視其酸堿度的變化調(diào)節(jié)pH值，保證發(fā)酵液酸堿適中和沼氣池長期產(chǎn)氣利用。秸稈原料pH值適中，4個處理比較，變化差異不大，秸稈加復(fù)合菌劑處理酸堿度稍高。

圖7 人畜糞便原料酸堿度變化趨勢

4 結(jié)論

(1)牛糞是最好的沼氣發(fā)酵原料，產(chǎn)氣快，甲烷含量高，一般新建沼氣池啟動時最好選用牛糞作為發(fā)酵原料。但牛糞產(chǎn)氣利用時間短，產(chǎn)氣下降幅度快，當(dāng)達到最高值時需要及時添加新鮮牛糞。豬糞和人糞尿原料產(chǎn)氣稍差，料液易發(fā)酸，應(yīng)觀察PH值變化隨時調(diào)節(jié)，確保正常產(chǎn)氣。

(2)秸稈作為沼氣原料，可以充分利用農(nóng)村大量廢棄物，變廢為寶，減少污染，保護環(huán)境，節(jié)支增收。秸稈作為發(fā)酵原料產(chǎn)氣持續(xù)時間長，產(chǎn)氣量多，可解決農(nóng)戶因無養(yǎng)殖缺發(fā)酵原料而使沼氣池間歇使用或閑置問題。

(3)秸稈堆漚需與人畜糞便或復(fù)合菌劑，接種物，10%的氫氧化鈉溶液和少量碳銨配比進行，不僅可破壞秸稈表面的蠟質(zhì)層，適當(dāng)降低其碳氮比，有利于產(chǎn)沼氣菌對碳氮營養(yǎng)物的需要，而且改善秸稈入池易漂浮和結(jié)殼的問題。堆漚時秸稈應(yīng)粉碎至3～5 cm3為宜，易腐化，產(chǎn)氣快，出料方便。

(4)農(nóng)村戶用沼氣應(yīng)根據(jù)原料來源、種類、數(shù)量，采取將含纖維素多，消化產(chǎn)氣速度慢，持續(xù)產(chǎn)氣時間長的農(nóng)作物秸稈和消化產(chǎn)氣速度快，持續(xù)時間短的人畜糞便合理搭配，達到產(chǎn)氣均衡和持久。

(5)秸稈作為沼氣原料，堆漚不充分時有結(jié)殼現(xiàn)象，應(yīng)勤攪拌。夏秋季每天攪拌一次，春冬季每三四天攪動一次，每次攪拌不少于5分鐘。

[1] 劉心雨，王山虎，劉德江，邱桃玉，等，咎糞與玉米秸稈混合原料干發(fā)酵試驗初報[J].中國沼氣 , 28(5):37-38.

[2] 張昌愛，劉英，黃萌，袁長波，王艷芹，等，秸稈原料C/N比調(diào)節(jié)對沼氣產(chǎn)氣善的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，1：67-70.

[3] 羅 娟，董保成，陳羚，高新星，萬小春，趙立欣，等，畜禽糞便與玉米秸稈大氣消化的產(chǎn)氣特性試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28(10)：219-223.

[4] 周孟津，等，沼氣生產(chǎn)利用技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.

Comparison Test on Biogas Fermentation with Different Raw Materials /

GUO Si-bai /

(Tianshui rural energy technology promotion center in Gansu，Tianshui 741000，China)

Less household animal husbandry makes the less raw materials for household biogas digester due to the intensive and large-scaled agriculture development, but there’s much crop straw that could be used for biogas. This paper tested several different combinations with different raw materials for biogas production. The result showed that cow dung was the best fermentation raw material with quick starting and better gas production. Composting pretreatment of straw mixed with human and animal excreta could obtain good and long duration of biogas production. It is a way to solve the problem of raw material shortage.

household biogas； fermentation raw material； gas production； research

2015-01-12

2015-02-03

郭四拜，(1967-)，男，漢族，高級農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、農(nóng)村能源技術(shù)推廣等工作，E-mail:guosb1967@163.com

S216.4; X713

B

1000-1166(2016)06-0101-03