陈智远 姚建刚

摘要：本试验以玉米秸秆作为原料，改变接种比例，在温度38℃条件下采用批量发酵工艺进行高浓度厌氧发酵，研究不同接种量条件下的产气效果。试验表明：接种物与玉米秸秆TS的比例为1.10，VS的比例为0.7g时，厌氧发酵产沼气的效果最佳，TS产气率为412ml/g，VS产气率为470ml/g。

关键词：玉米秸；干发酵；接种量；产气率

我国是一个农业大国，农作物播种面积居世界第一位，每年秸秆产量大约有7亿t，居世界前列。但大量秸秆的随地堆弃和任意焚烧。造成了大气污染、土壤污染、火灾事故、堵塞交通等大量社会、经济和生态问题；而利用秸秆进行发酵产沼气，不仅从源头上减少随地堆弃和任意焚烧带来的一系列问题，而且可以产生大量的有机生态肥——沼渣。沼渣中含有丰富的有机物和多种营养元素，是良好的土壤改良剂。

干发酵是指以固体有机废弃物为原料(总固体含量在20％～50％)，利用厌氧菌将其分解为CH₄、CO₂、H₂S等气体的发酵工艺。与传统的湿发酵相比，主要优点是自身耗能低、节省成本、处理费用低、提高容积产气量，污染物排放少等。而优质足量的接种物是沼气干发酵顺利启动的重要保证，孙国朝等指出，加大接种量，是防止前期偏酸、缩短干发酵启动时间的关键措施。本文针对厌氧污泥与玉米秸的不同配比厌氧发酵的产气效果进行了研究。

1.材料与方法

1.1材料与试验装置

玉米秸取自杭州郊区某农场，经切碎后(2～3cm左右)待用。厌氧污泥则取自杭州市种猪试验场的沼气站。原料的TS与VS见表1。厌氧装置采用自制的1.5L发酵装置，厌氧消化瓶产生气体使排水集气瓶中的水压入集水计量瓶中，记录集水计量瓶中的排水体积即产沼气体积，试验装置见图1。

1.2试验发酵物料的配制

1.3分析项目及方法

TS和VS采用常规方法。pH值采用精密试纸法。每天定时测定发酵产气量，即测定集水瓶中水的体积量为日产气量。利用沼气分析仪及根据沼气燃烧的火焰颜色参照OH4含量标准卡联合检测CH₄浓度。

2.结果与讨论

2.1发酵前后的相关测定及分析

发酵前后的TS、VS及pH值变化结果见表3。发酵前后C组的TS、VS含量下降最多(分别为26.53％，30.99％)，B组次之(分别为24.69％，28 53％)，A最小(分别为18.05％，25.19％)。发酵后的pH值较发酵前都有略微提高，各试验组的pH值都在微生物适应的范围内波动，厌氧发酵正常，没有出现酸抑制现象。

2.2产气量的统计及分析

试验持续90天，各组的甲烷含量逐渐升高.都在启动发酵的第1天迅速产气，并且A、B和C组从第2天所产的沼气能够连续燃烧，火焰呈晴蓝或云水蓝色，参照比色卡，甲烷含量较高(55％～70％)，而空白组第1天就能连续点燃。

图2是玉米秸秆厌氧发酵日产气量及累计产气量的变化曲线。从中可以看出，A、B和C组都为两波峰(一大一小)，都处于发酵前15天；第一个产气高峰都在发酵的第4-6天，其中C组启动最快；第二个产气高峰都在发酵第10-15天，并小于第一个产期高峰，也是C组最快达到第二个高峰。而从表3产气情况可知，A、B、C和空白组发酵15天的累计产气量占各组总产气量的43.37％、60.94％、61.49％、59.58％，则前15天为快速产气阶段；A、B、C和空白组发酵30天的累计产气量占各组总产气量的64.53％、78.06％、76 52％、72.56％，则前30天为主要产气阶段；A、B、C和空白组发酵60天的累计产气量占各组总产气量的88 32％、92.61％、92.01％、92.27％。因此在38℃恒温环境中，物料经过60天的发酵，秸秆中能厌氧发酵产沼气的大部分物质得到分解消化。这表明增大厌氧污泥和玉米秸的混合比例缩短厌氧发酵时间、加快产气高峰的出现。

A组的总产气量和净产气量最少(分别为35860ml和30476ml)，TS、VS产气率也是最小的(分别为362ml/g和412ml/g)，但甲烷含量最高，可达到72.77％；B组的净产气量和TS、VS产气率次之(分别为34782ml、412ml/g、470ml/g)，甲烷含量为67.38％；C组的净产气量和TS、VS产气率最大(分别为35124ml、416 ml/g、475ml/g)，但甲烷含量为64.27％；这表明增大厌氧污泥和玉米秸的混合比例可以提高产气量和产气率，但甲烷含量有所降低。综合考虑，厌氧污泥和玉米秸质量比8:1(TS比1.10、VS比0.69)时，厌氧发酵产沼气的效果最佳。

3.结论

经试验测定，在温度38℃、未经预处理批次进料高浓度发酵的条件下，加大接种量能够缩短厌氧发酵时间、加快产气高峰的出现、提高产气率，但接种量达到一定程度时，原料产气率会到达一定极限。以厌氧污泥为接种物，玉米秸为底物，两者TS比1.10、VS比0.69(发酵TS浓度为18.26％)时，厌氧发酵产沼气的效果最佳，玉米秸的TS产气率为41 2ml/g，VS产气率为470ml/g，沼气中甲烷平均含量为67.38％。