叶节连，苏有勇，张京景，陈 飞

(昆明理工大学现代农业工程学院，云南 昆明 650224)

目前，我国玉米种植面积已占我国粮食种植面积的26%，约占世界玉米种植面积的18%；我国玉米产量占我国粮食产量的30%，约占世界玉米产量的20%[1]。在玉米的生产过程中，会产生大量的玉米芯，虽然有报道将玉米芯微波辐射水解制木糖、生物发酵制氢、水解液发酵制木糖醇[2]、玉米芯栽培平菇[3]，但玉米芯的利用率仍然较低。将玉米芯进行厌氧发酵产沼气，为处理玉米芯提供了一条可行的途径[4，5]。

我国农业当前正处在有效利用新能源时期，农业和农村经济可持续发展越来越受到资源短缺和生态环境恶化的制约，沼气作为再生清洁能源可以解决农村能源、环境、畜牧发展及农民增收的问题，在农业和农村经济结构调整中占有举足轻重的地位[6]。

作者在此以玉米芯为原料，用自制的小型水压式厌氧发酵装置研究玉米芯发酵产沼气潜力，为玉米芯厌氧发酵产沼气的工程化、产业化提供了理论依据[7]。

1 实验

1.1 材料

玉米芯：新鲜玉米芯购于昆明市农贸市场，粉碎至粒径1～2 cm，置于恒温干燥箱中烘10 h。

接种物：取自本实验室猪粪正常沼气发酵后的活性污泥。

1.2 装置

自制的1000 mL水压式厌氧发酵装置如图1所示。

图1 厌氧发酵实验装置

1.3 方法

1.3.1 发酵料液的配制

实验组：240 mL接种物+16 g玉米芯+沼液=800 mL，设置3个平行。

对照组：240 mL接种物+沼液=800 mL，设置3个平行。

1.3.2 分析检测

总固体含量(TS)：(105±5)℃的恒温箱中烘至恒重，按常规分析法测定玉米芯、接种物、发酵前后料液的TS。

挥发性固体含量(VS)：(550±20)℃马弗炉中灼烧至恒重，按常规分析法测定玉米芯、接种物、发酵前后料液的VS。

pH值：采用精密pH试纸测定接种物、发酵前后料液的pH值。

产气量：采用水压式法收集沼气，从实验启动的第2 d起，每天定时记录产气量。根据沼气燃烧时的火焰颜色，采用火焰颜色光谱法[8]确定气体中甲烷的含量。

2 结果与讨论

2.1 固含量及pH值变化

采用常规分析法测定玉米芯的TS为93.70%、VS为97.85%，接种物的TS为9.86%、VS为61.28%。

采用精密pH试纸测定接种物的pH值为7.5。

发酵前后料液的TS、VS和pH值变化见表1。

表1 发酵前后料液的TS、VS及pH值

由表1可以看出，玉米芯的TS降解率为40.90%、VS降解率为19.82%。

2.2 产气量变化

以玉米芯为原料，在室温(14～23℃)下厌氧发酵49 d，日产气量的变化如图2所示。

图2 玉米芯发酵产沼气曲线

由图2可以看出，前20 d的日均产气量基本保持在50 mL左右，且点不着火，说明这段时间产的沼气主要以二氧化碳为主；21～40 d，沼气产量达到高峰，产生的沼气燃烧时呈淡蓝色火焰。实验还发现，沼气产量受温度的影响比较显著，而室温状态(14～23℃)的温度变化较大，当温度低于17℃时，甲烷菌活性降低，导致沼气产量降低。

计算实验组和对照组的总产气量分别为4105 mL、90 mL，玉米芯的净产气量为4015 mL。由此可计算得到玉米芯发酵产沼气潜力为335 mL·(gTS)-1或342 mL·(gVS)-1。

3 结论

在室温条件下，以玉米芯为原料进行厌氧发酵的产沼气潜力为335 mL·(gTS)-1或342 mL·(gVS)-1。表明玉米芯是一种良好的发酵产沼气原料，采用批量发酵的方式可实现连续产气。为玉米芯发酵产沼气的应用提供了理论依据。

[1] 白人朴.我国玉米生产机械化进入了快速发展期[J].农业技术与装备，2008，(7)：6-7.

[2] 张飞伟，苏艳秋，黄敏，等.利用玉米芯水解液发酵生产木糖醇的研究[J].四川大学学报(自然科学版)，2008，45(2)：451-454.

[3] 曹丽萍.玉米芯栽培平菇技术[J].中国农村小康科技，2008，(4)：43-44.

[4] 何荣玉，闫志英，刘晓风，等.秸秆干发酵沼气增产研究[J].应用与环境生物学报，2007，13(4)：583-585.

[5] 朱海春，张建萍，张无敌，等.香蕉皮干发酵试验研究[J].现代农业科技，2008，(14)：21-22.

[6] 李权，陈小平.发展农村再生清洁能源沼气生产促进新农村建设[J].吉林农业科学，2007，32(3)：60-62.

[7] 边义，刘庆玉，李金洋.玉米秸秆干发酵制取沼气的试验[J].沈阳农业大学学报，2007，38(3)：440-442.

[8] 江蕴华，余晓华.利用火焰颜色判断沼气中甲烷含量[J].中国沼气，1984，2(3)：28.