三种秸秆在不同温度下发酵产气特性研究

收稿日期:2010-10-08项目来源:国家“十一五”科技支撑项目(2006BA504B02)作者简介:白娜(1983-),女,硕士研究生,研究方向为农业生物环境与能源工程。通讯作者:梅自力,E-mail:m13880233242@163.com三种秸秆在不同温度下发酵产气特性研究白娜,梅自力,符征鸽,孔垂雪,杨浩(农业部沼气科学研究所,成都610041)摘要:以油菜秸秆,小麦秸秆和玉米秸秆作为发酵原料,采用批式发酵工艺,以10℃为梯度,分别在常温(15℃,25℃)、中温(35℃,45℃)和高温(55℃)下,进行厌氧发酵潜力及产气特性的研究。实验结果表明,油菜秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆仅经简单粉碎预处理后,即可进行沼气发酵;油菜秸秆的发酵潜力低于其他两种秸秆,且油菜秸秆产气曲线出现明显次波峰。随着温度的升高,秸秆的产气速度和发酵潜力逐渐增加,玉米秸秆在45℃下发酵潜力达到最大(0.56L·g-1TS)。经试验初步证明,45℃下高温菌种占主导地位。关键词:秸秆;温度;沼气发酵;产气潜力中图分类号:S216.4;X701文献标识码:A文章编号:1000-1166(2011)01-0016-06TheEffectsofTemperatureonAnaerobicDigestionofThreeDifferentStrawsforBiogasProduction/BAINa,MEIZi-li,FUZheng-ge,KONGChui-xue,YANGHao/(BiogasInstituteofMinistryofAgriculture,Chengdu610041,China)Abstract:Batchanaerobicfermentationexperimentswereconductedtostudybiogasproductionpotentialandcharacteristicsforstrawofrape,wheatandcorn.Fivetemperaturewereset:twopsychrophilic(15℃and25℃),twomesophilic(35℃and45℃),andonethermophilic(55℃).Theresultsrevealedthatthesethreekindofstrawscouldobtaingoodanaero-bicfermentationperformancethroughsimplephysicalpretreatment,suchascrushing.Thebiogasproductionpotentialofrapestrawwaslessthanwheatandcornstraw.Thereexistedanobvioussecondarypeakinbiogasproductioncurveforrapestraw.Withtherisingoftemperature,biogasproductionrateincreased,themaximumbiogasproductionrateof0.56L·g-1TSofcornstrawwasgottenat45℃.Anditisprovedbyexperimentthatthethermophilicbacteriumwereindominateat45℃.Keywords:straw;temperature;biogas;fermentation;biogasproductionpotential1引言秸秆作为沼气工程的新原料,国内外学者对秸秆厌氧消化处理研究的还不是很多。目前研究主要集中在原料预处理,反应器结构,反应器接种,发酵条件控制的研究等方面[1-3]。由于秸秆中含有大量难以消化的复杂形态存在的纤维素,半纤维素和木质素,使得秸秆沼气发酵表现为厌氧消化时间长,产气量低,容易结壳,进出料难等问题,故沼气发酵通常对秸秆进行预处理。预处理虽然能使木质素、纤维素和半纤维素部分或全部降解成小分子,提高秸秆的消化率,但由于秸秆预处理技术还不是很成熟,效果不是很好,也增加了发酵的成本[4]。温度影响微生物的活性,进而影响发酵产气效率。一般情况下,随着温度的升高,微生物活性增强,发酵产气效率提高。秸秆沼气发酵主要分为应用于大型秸秆沼气工程的中高温发酵和应用于农村户用沼气池的常温发酵。探索农作物秸秆产气量与发酵温度之间的关系,是为大中型秸秆沼气工程温度设计提供理论依据,是解决农村户用沼气原料选择、确定最佳发酵温度和提高作物秸秆资源化利用效率的关键。本实验是以油菜秸秆,小麦秸秆,玉米秸秆为原料,以10℃为梯度,分别在15℃,25℃,35℃,45℃,55℃下,对粉碎的秸秆原料直接进行厌氧发酵,研究三种秸秆在五个温度下的产气潜力及特性