農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧集中處理適用性分析

李鋒

摘 要：現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧發(fā)酵過程中的相關(guān)問題還沒有得到完全的解決，例如原料轉(zhuǎn)化效率低下、發(fā)酵周期較長、預(yù)處理的過程較為復(fù)雜以及進(jìn)出料較難等，這些問題對于一些農(nóng)業(yè)種植物的厭氧處理工作有著極大的阻礙作用，因此需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)不同的原料內(nèi)部的元素含量對照不同的工藝參數(shù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，下面本文結(jié)合一些農(nóng)作物原料來集中介紹農(nóng)作物種植廢棄物的厭氧集中處理流程，并對其適用性進(jìn)行詳細(xì)探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)設(shè)施種植;廢棄物;厭氧集中處理;適用性

隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提升，對于農(nóng)作物的種植數(shù)量以及質(zhì)量也有了新的要求，在大量種植的過程中，其產(chǎn)生的廢棄物是必不可少，因此如何有效的處理這些種植廢棄物成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大難題。目前我國處理種植廢棄物的主要方法是沼氣厭氧處理，這種處理方法還在發(fā)展之中，因此需要農(nóng)業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)其技術(shù)研發(fā)的力度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植廢棄物的有效處理，進(jìn)而保證種植物原料的循環(huán)利用，為生態(tài)環(huán)境的建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。

一、水稻秸稈的厭氧集中處理背景

在我國廣西地區(qū)，主要的農(nóng)作物生產(chǎn)以水稻為主，而厭氧發(fā)酵的處理方式對于水稻秸稈進(jìn)行無害化處理和循環(huán)利用最有效的方式，由于秸稈原料的流動性較差，因此在高濃度發(fā)酵中容易產(chǎn)生結(jié)殼的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著料液的傳質(zhì)作用，影響產(chǎn)氣率。因此在生產(chǎn)中主要是通過機(jī)械攪拌的方式對此問題進(jìn)行解決，但是此方式存在能耗比較高以及設(shè)備維修困難等問題，嚴(yán)重影響處理的效率，因此在現(xiàn)代化技術(shù)的研發(fā)下，超聲波的空化作用以及機(jī)械傳質(zhì)作用在生物工程中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。低頻的超聲波可以產(chǎn)生規(guī)律性的空化泡，在以線性的方式在媒介中進(jìn)行循環(huán)震蕩，促進(jìn)反應(yīng)底物進(jìn)入酶生物催化劑的活性部位及產(chǎn)物進(jìn)入介質(zhì)中的傳質(zhì)作用，還可以減少次生代謝產(chǎn)物積累對微生物代謝的抑制作用，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的合成，從而增強(qiáng)微生物的活性、加速細(xì)胞的生長和生物反應(yīng)速率。另外其所形成的空化泡在破裂時產(chǎn)生的額強(qiáng)烈沖擊可以提高固體中可溶物體的溶出速率，產(chǎn)生像“沸騰”一樣的攪拌作用，所以在水稻秸稈厭氧發(fā)酵過程中具有良好的應(yīng)用前景。

二、材料與方法

水稻秸稈是從廣西地區(qū)引用，沼氣發(fā)酵菌種采用地區(qū)植物園沼氣池，主要以羊糞和樹葉為主要原料，產(chǎn)氣狀況較好，同時細(xì)菌生長的培養(yǎng)基是采用的巰基乙酸酯培養(yǎng)基。實(shí)驗(yàn)裝置是采用的恒溫厭氧發(fā)酵裝置，如圖一：

其中1代表取樣口，2代表恒溫出水口，3是水浴夾層，4是厭氧發(fā)酵罐，5是超聲波發(fā)生器，6是恒溫水進(jìn)口，7是沼氣集氣罐，8是水封。此裝置中，厭氧罐的容積是5.2升，并且采用夾層有機(jī)玻璃，通過恒溫進(jìn)水口保持一定的溫度，西部采用的超聲波清洗機(jī)功率為180瓦，頻率為40千赫，并且其工作時間0到99分鐘可以調(diào)節(jié)，將其作為裝置中的超聲波發(fā)生器;集氣罐主要是采用水封的形式，通過測量來氣體的高度進(jìn)而計(jì)算出產(chǎn)生氣體的體積。

實(shí)驗(yàn)方法：主要采取指標(biāo)的選擇和控制以及檢測的方法，發(fā)酵溫度經(jīng)過實(shí)際試驗(yàn)得出37℃對于發(fā)酵產(chǎn)酸的效果最佳，超聲波的處理聲強(qiáng)每平方厘米要大于1.0W，并且根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)得出在每平方厘米1.2W以下為最佳。具體的設(shè)計(jì)：利用巰基乙酸酯培養(yǎng)基接種質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的沼液，恒溫37℃培養(yǎng)，調(diào)整超聲波處理聲強(qiáng)為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0到1.2W每平方厘米，頻率調(diào)節(jié)到40千赫，每間隔50分鐘進(jìn)行超聲處理10分鐘，在24小時之后以沒有接種的菌體液體培養(yǎng)基進(jìn)行對照，在波長600納米處測定其吸光度的數(shù)值，如果出現(xiàn)吸光度的數(shù)值超過檢測范圍，則需要用未接種菌體液體培養(yǎng)基進(jìn)行稀釋后再次測量，再次過程中通過數(shù)據(jù)來分析聲強(qiáng)對于厭氧微生物生長的實(shí)際影響，并且找出適合其生長的聲波強(qiáng)度，進(jìn)而改變超聲波的處理時間，利用單次超聲處理，分析24小時之后在波長600納米處的吸光度數(shù)值，進(jìn)而分析聲強(qiáng)對厭氧微生物生長的實(shí)際影響。

然后稱量10g的稻草粉，將其加入容量400mL的蒸餾水中，利用500mL的蒸餾燒杯，在上述實(shí)驗(yàn)獲得聲強(qiáng)數(shù)值中再次分別在0、5、10、15、20、25、30分鐘的間隔用超聲處理，并且需要定量的利用濾紙進(jìn)行抽濾，并且將其使用蒸餾水清洗到?jīng)]有顏色，然后將濾紙與稻草粉一同在105℃的溫度下烘干稱其重量，進(jìn)而得到稻草粉的重量，分析出超聲處理時間對稻草溶出率的影響。

最后以稻草粉為基本碳源，尿素為氮源，將其比例調(diào)整為碳氮比25比1，然后利用新鮮的沼液進(jìn)行接種，將最終發(fā)酵液中的稻草粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在6%，接種量為10%，采用正交實(shí)驗(yàn)法演技超聲處理聲強(qiáng)和單次超聲處理時間的間隔對50D產(chǎn)氣量以及甲烷平均含量的影響，進(jìn)而將這些測量結(jié)果進(jìn)行有效組合。然后采用優(yōu)化工藝參數(shù)的組合的方式進(jìn)行秸稈發(fā)酵，以不加超聲波處理為對比參照，每天需要測定產(chǎn)生的氣量以及甲烷含量，進(jìn)而對比分析出超聲強(qiáng)度間歇性處理對秸稈厭氧發(fā)酵的影響。

三、結(jié)果分析

首先分析超聲處理聲強(qiáng)以及單次超聲處理時間對厭氧微生物生長發(fā)育的相關(guān)影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)分析可知，隨著聲強(qiáng)的增加，培養(yǎng)液的吸光度數(shù)值在增加，然后在0.4W每平方厘米的時候增加較為明顯，0.8W每平方厘米時會接近最大值，因此可以表明在該聲強(qiáng)強(qiáng)度范圍內(nèi)超聲波對厭氧生物的生長發(fā)育起著促進(jìn)作用。

其次超聲處理時間對水稻秸稈溶出率的影響。通過計(jì)算結(jié)果得知，隨著超聲波的處理時間增加，稻草可溶物的溶出率從3.4%逐漸升高到16.9%，說明超聲波可以加速稻草粉的溶出效率，當(dāng)超聲處理時間達(dá)到15分鐘之后，其溶出的速率明顯減小，這說明可能與前期稻草粉可溶物大量溶出有關(guān)。

四、結(jié)語

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)的過程與分析，對于農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生的廢棄物厭氧處理方法應(yīng)當(dāng)根據(jù)農(nóng)作物的實(shí)際情況而定，根據(jù)不同廢棄物的特點(diǎn)選擇不同的厭氧處理方式，進(jìn)而保證其能夠有效的被循環(huán)利用。

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