不同温度条件下农作物秸秆产气效率研究 (1)

第26卷第2期2008年3月干旱地区农业研究AgriculturalResearchintheAridAreasVol.26No.2Mar.2008收稿日期:2007208203;修改日期:2007210229基金项目:农业科技成果转化项目(05EFN217100423);国家科技支撑计划(2006BAD17B01-01);国家自然科学基金(30700482)作者简介:楚莉莉(1981—),女,河南郑州人,在读硕士,研究方向为生态农业技术集成研究。E2mail:chulilimouse@163.com。3通讯作者:杨改河(1957—),男,陕西耀县人,教授,博士生导师,主要从事生态农业与循环农业技术研究。E2mail:ygh@nwsuaf.edu.cn。不同温度条件下农作物秸秆产气效率研究楚莉莉1,3,杨改河2,33,张翠丽1,3,任广鑫2,3,冯永忠2,3(1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100;2.西北农林科技大学农学院,陕西杨凌712100;3.陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西杨凌712100)摘要:采用自行设计的可控性恒温发酵装置,选取了小麦秸秆、水稻秸秆和玉米秸秆3种单一原料为发酵原料,以5℃为一个步长,设定了7个恒定温度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃下的发酵方案;试验结果表明7个温度梯度下,3种原料均能正常发酵产生沼气,原料产气率随温度上升而上升;40℃下的产气效率最好(小麦秸秆的峰值为2520.0mL,干物质产气率为187.1mL/g,水稻秸秆的峰值为2100.0mL,干物质产气率195.0mL/g,玉米秸秆的峰值为2395.0mL,干物质产气率为228.5mL/g),10℃下产气效率最差(小麦秸秆的峰值为377.5mL,干物质产气率为20.1mL/g,水稻秸秆的峰值为305.0mL,干物质产气率17.2mL/g,为玉米秸秆的峰值为252.5mL,干物质产气率为15.0mL/g)。关键词:秸秆;厌氧发酵;产气效率;发酵周期中图分类号:S216.4;X382文献标识码:A文章编号:100027601(2008)0220190204我国农村每年生产大量的农作物秸秆约7亿t左右[1],除少量秸秆被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外,大多数秸秆被堆放或直接焚烧,使生物质资源浪费巨大,造成了严重的环境污染问题。大量焚烧田间秸秆已影响了飞机起降、车辆行驶,造成空气质量下降,危害人类健康。有关秸秆的资源化利用已成为大家瞩目关注的问题,已有很多专家提出秸秆还田、秸秆气化等解决方法[2～4],但这些解决方法的成本太高,推广效果不好。李燕红等研究了农作物秸秆的生物制氢技术[5],探讨了小麦秸秆的产氢基理。徐琰等研究不同纤维素类生物质废弃物的产氢能力[6],发现不同底物的产氢过程基本相似。李冬敏以汽爆秸秆为原料研究变温条件下的产氢过程[7],发现变温可以提高产氢量。周俊虎等进行了影响秸秆发酵产氢因素的研究[8],发现不同处理方法对秸秆产氢效果有显著影响。秸秆中含有较多的大分子物质,分解较慢,投入沼气池后易形成漂浮层影响产气效率,再加上出料困难,因此很少有人选用秸秆作为厌氧发酵产沼气的原料,关于此方面的研究报道也较少。因此本试验选小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆作为发酵的原料,以5℃为一个步长,设定了7个恒定温度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃下的发酵方案,研究3种秸秆的产气情况,以期为解决农村秸秆焚烧污染环境以及能源短缺问题提供理论依据。1材料与方法1.1材料1.1.1发酵原料试验材料为风干的小麦秸秆、水稻秸秆和玉米秸秆。将50kg的小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆粉碎成长度为2cm左右,装入125L的塑料桶内加入15kg的水和10kg的沼液盖上塑料薄膜进行堆沤。堆沤时间为15d(各原料的干物质量见表1)。表1发酵原料的碳氮比、干物质含量Table1TheC/NandTSof7fermentedmaterials项目Item小麦秸秆Wheatstraw水稻秸秆Ricestraw玉米秸秆Cornstalk碳氮比C/N302323发酵前干物质TS(%)Beforefermented7.78.07.6注:此碳氮比和干物质量为堆沤后测得。Note:TheC/NratioandTSwasdeterminedaftercompostmaturity.1.1.2原料的预处理接种物是通过对常年进行厌氧发酵的沼气池中的发酵底物进行驯化得到,发酵底物取自西北农林科技大学附近沼气示范村(崔西沟)。在125L的塑料桶内加入30kg的牛粪并加入70kg的沼液搅拌均匀,盖上塑料薄膜进行驯化,驯化时间为15d,接种物的干物质量为10.8%。脲酶是一种高度专性的酶,能酶促尿素的水解,脲酶©1994-2008Ch