菌渣厭氧發(fā)酵制取沼氣研究

王艷芹等

摘要：以酒糟菌渣為原料，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用自行設(shè)計(jì)的發(fā)酵裝置進(jìn)行了批次發(fā)酵試驗(yàn)，探討了菌渣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)沼潛力及影響因素，并在農(nóng)戶沼氣池內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明：菌渣經(jīng)過適當(dāng)處理可實(shí)現(xiàn)高效發(fā)酵產(chǎn)出沼氣，原料產(chǎn)氣率可達(dá)0.133 m3/kg干物質(zhì)，產(chǎn)氣潛力約為秸稈的一半，但菌渣產(chǎn)沼氣具有預(yù)處理方式簡便、啟動迅速等優(yōu)點(diǎn)。菌渣產(chǎn)沼氣的最佳參數(shù)為：將菌渣和牛糞以7∶3的配比（以干物重計(jì)）制作發(fā)酵原料，發(fā)酵原料、沼液、水以5∶3∶2的比例（按重量計(jì)）混合，堆漚預(yù)處理3～5 d后，投入發(fā)酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發(fā)酵。菌渣用于農(nóng)戶沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣可行，氣溫較高的季節(jié)可滿足農(nóng)戶日常生活所需，應(yīng)用時宜采取分批進(jìn)料方式。

關(guān)鍵詞：菌渣；厭氧發(fā)酵；沼氣

中圖分類號：S216.4文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2014）02-0077-05

在食用菌生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量廢棄栽培料即菌渣，若按70%生物效率計(jì)算，我國每年約有600多萬噸食用菌廢料[1]。由于菌渣再利用技術(shù)的缺乏，大量菌渣被隨意堆放丟棄[2]，易滋生有害生物，威脅食用菌生產(chǎn)并對環(huán)境造成新的污染。菌渣中含有大量未被利用的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、菌類多糖及Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素和維生素等[3]，有些營養(yǎng)成分甚至高于原生培養(yǎng)料，目前用于二次種菇的研究較多，如金針菇菌渣栽培平菇等[4]。菌渣如作為生物能源的原料制取沼氣，可以改善農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)和衛(wèi)生條件，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)民持續(xù)增收節(jié)支[5]，既能緩解食用菌生產(chǎn)原料成本高、菌林和菌牧矛盾加劇等問題而實(shí)現(xiàn)菌糠的再次利用，又能減少對環(huán)境的破壞和污染，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。

食用菌生產(chǎn)栽培料主要以棉子殼、鋸木屑、稻草、玉米芯、酒糟及農(nóng)作物秸稈等農(nóng)副產(chǎn)品為主，菌渣的成分也和秸稈類似。此外殘留菌絲還可提供大量速溶養(yǎng)分，完全可以作為沼氣發(fā)酵的原料，但目前以菌渣為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵的研究較少。李亞冰等[6]以批量發(fā)酵的方式進(jìn)行了食用菌菌糠發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)，菌糠可以作為沼氣發(fā)酵原料，添加尿素可以顯著提高沼氣產(chǎn)氣量。程輝彩等[7]以平菇菌糠為原料，試驗(yàn)研究了有機(jī)負(fù)荷、碳氮比、pH值等因素對沼氣發(fā)酵的影響。本研究以廢棄雞腿菇菌渣為發(fā)酵原料，在本所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用自行設(shè)計(jì)的發(fā)酵裝置進(jìn)行了批次發(fā)酵試驗(yàn)，探討了菌渣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)沼潛力及影響因素，并在農(nóng)戶沼氣池內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，取得了較好的效果。

1材料與方法

1.1供試材料

以酒糟為主料栽培雞腿菇后的廢棄菌渣，取自山東省平陰縣雞腿菇種植戶；新鮮奶牛糞取自山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所奶牛研究中心，接種物為發(fā)酵良好的雞糞沼液。

發(fā)酵原料的理化性質(zhì)見表1。雞腿菇菌渣的碳氮比與秸稈的（65%～85%）相比較低，說明在蘑菇生長過程中通過白腐菌的分解，利用了大約一半的有機(jī)成分，因此預(yù)測總的產(chǎn)氣潛力低于作物秸稈。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)基本流程：菌渣去除覆土后充分搗碎。稱取一定重量的菌渣，分別加入一定數(shù)量的沼液和水浸濕，充分混合后裝入塑料桶內(nèi)密封進(jìn)行堆漚預(yù)處理。經(jīng)過一定時間的堆漚預(yù)處理后，將其裝入發(fā)酵瓶進(jìn)行厭氧發(fā)酵。發(fā)酵瓶每瓶裝料1.0 kg，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)置加入不同比例的沼液作為接種物，加水至2 L定容。接種物采用發(fā)酵良好的以雞糞為原料的沼氣池內(nèi)沼液。發(fā)酵期間每日測定產(chǎn)氣量，擇時測定pH值。每組試驗(yàn)做2個平行樣品，結(jié)果取平均值。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)時間為2012年4～9月。

1.3.1預(yù)處理堆漚時間試驗(yàn)粉碎好的菌渣加沼液和水浸濕，裝入塑料桶內(nèi)密封堆漚，菌渣、沼液、水的重量比為5∶3∶2。堆漚期間每天攪拌1次，堆漚時間分別為1、3、5、7、10 d。

1.3.2碳氮比調(diào)節(jié)試驗(yàn)以牛糞為外加氮源，將其與菌渣以不同的比例混合預(yù)處理5 d后入瓶發(fā)酵。以干物質(zhì)重計(jì)，分別為100%菌渣、90%菌渣+10%牛糞、80%菌渣+20%牛糞、70%菌渣+30%牛糞。發(fā)酵原料（菌渣+牛糞）、沼液、水的質(zhì)量比為5∶3∶2。

1.3.3接種物濃度試驗(yàn) 粉碎好的菌渣不經(jīng)過堆漚，直接裝料入瓶，并分別加入總物料重量比10%、20%、30%、50%的沼液作為接種物，考察不同接種量對于沼氣產(chǎn)量和啟動速度的影響。

1.3.4戶用沼氣池應(yīng)用試驗(yàn)在山東省平陰縣種植雞腿菇的村莊，選取3口戶用沼氣池，對酒糟菌渣進(jìn)行堆漚預(yù)處理后入池發(fā)酵。沼氣池容積10 m3，每池裝料1 000 kg。菌渣去除覆土后充分搗碎；在菌渣底部鋪一層塑料薄膜，將菌渣分層碼堆，一層沼液一層水把菌渣潑濕；菌渣、水、沼液的比例約為5∶2∶1；預(yù)處理后手感潮濕。用塑料薄膜蓋住堆漚5 d，堆漚期間每日翻堆1次；將堆漚后的菌渣入池，加入沼液1.5 m3作為接種物，加水至池容的70%左右，攪拌均勻封蓋后開始發(fā)酵。試驗(yàn)時間為2012年8～11月。

1.4測定指標(biāo)

pH值：BANTE220便攜式pH計(jì)。

產(chǎn)氣量：實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)產(chǎn)氣量以排水法計(jì)量，根據(jù)產(chǎn)氣量多少每日測定1～2次。戶用沼氣池產(chǎn)氣量以燃?xì)獗碛?jì)量，每日計(jì)量1次。

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)期間室溫的變化情況

試驗(yàn)中菌渣在常溫情況下厭氧發(fā)酵，每日9時和15時測定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度，取其平均值（圖2）。本次發(fā)酵試驗(yàn)跨度達(dá)6個月，期間屬于當(dāng)?shù)貧鉁剌^高季節(jié)，溫度適宜厭氧沼氣發(fā)酵。試驗(yàn)期間最高室溫31.5℃，最低室溫10℃，最高日溫差達(dá)8℃，短時間內(nèi)溫度變化幅度過大可能對發(fā)酵微生物造成不利影響。

3結(jié)論

3.1雞腿菇菌渣經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砜蓪?shí)現(xiàn)高效發(fā)酵產(chǎn)沼氣，最高產(chǎn)沼氣75.69 L（裝料1 kg菌渣），原料產(chǎn)氣率可達(dá)0.133 m3/kg干物質(zhì)，產(chǎn)氣潛力約為秸稈的一半，但菌渣產(chǎn)沼具有預(yù)處理方式簡便、啟動迅速等優(yōu)點(diǎn)。endprint

3.2雞腿菇菌渣產(chǎn)沼的最佳參數(shù)為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計(jì)）配比發(fā)酵原料，以重量比5∶3∶2將發(fā)酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預(yù)處理3～5 d后投入發(fā)酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發(fā)酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣可行，氣溫較高的季節(jié)可滿足農(nóng)戶日常生活所需，應(yīng)用時宜采取分批進(jìn)料的方式。

參考文獻(xiàn)：

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3.2雞腿菇菌渣產(chǎn)沼的最佳參數(shù)為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計(jì)）配比發(fā)酵原料，以重量比5∶3∶2將發(fā)酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預(yù)處理3～5 d后投入發(fā)酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發(fā)酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣可行，氣溫較高的季節(jié)可滿足農(nóng)戶日常生活所需，應(yīng)用時宜采取分批進(jìn)料的方式。

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3.2雞腿菇菌渣產(chǎn)沼的最佳參數(shù)為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計(jì)）配比發(fā)酵原料，以重量比5∶3∶2將發(fā)酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預(yù)處理3～5 d后投入發(fā)酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發(fā)酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣可行，氣溫較高的季節(jié)可滿足農(nóng)戶日常生活所需，應(yīng)用時宜采取分批進(jìn)料的方式。

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