昭化區沼氣發酵條件的優化試驗

王生民，王定杰，曲連發，王莉娟

（四川廣元昭化區農業局，四川 廣元 628000)

昭化區沼氣發酵條件的優化試驗

王生民，王定杰，曲連發，王莉娟

（四川廣元昭化區農業局，四川 廣元 628000)

文內從不同pH、不同發酵溫度、不同發酵時間3個方面對沼氣發酵條件進行了優化。試驗結果表明，pH7.0、發酵溫度35 ℃、發酵時間20 d為昭化區沼氣厭氧發酵的最優條件，此時沼氣產氣率大，對大腸菌群的殺滅作用強。

沼氣；豬糞；發酵溫度；發酵pH；發酵時間

沼氣的厭氧發酵是一個錯綜復雜的微生物代謝過程，其過程大致可以分為3個階段：第1階段是水解階段，由多種兼性厭氧或厭氧的發酵性或水解性細菌將淀粉、纖維素等糖類水解為單糖，進而形成丙酮酸；將蛋白質水解成氨基酸，進而形成有機酸和氨；將脂類水解成脂肪酸和甘油，進而形成丙酸、乙酸、丁酸、CO2和H2。第2階段是產酸階段，是厭氧的產氫氣產乙酸細菌將第1階段產生的各種有機酸分解成乙酸、CO2和H2的過程。產氫氣的乙酸細菌也稱“澳式甲烷桿菌”，是產氫氣產乙酸菌和“MOH菌”的共生體。第3階段是產甲烷階段，是嚴格厭氧的產甲烷菌群利用氫氣和一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）產生甲烷的過程。

本試驗采用3因素完全隨機試驗設計對豬糞沼氣發酵的不同pH、不同發酵溫度、不同發酵時間進行了綜合探討，以便了解各因素之間的相互關系，優化出最佳的組合條件，為昭化區的豬糞沼氣發酵提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 豬糞

發酵物料為鮮豬糞，取自廣元市蔚峰農業有限公司豬場。將豬糞放在玻璃器皿內，然后加水攪拌，直到成黏稠的糊狀為止。

1.1.2 接種物

本試驗使用的接種物為廣元市蔚峰農業有限公司豬場中溫厭氧發酵沼氣池中的底物。

1.1.3 試驗裝置

試驗裝置為廣元市昭化區獸醫實驗室自行制作的小型厭氧發酵裝置，主要由發酵瓶和集氣裝置組成。發酵瓶為透明玻璃三角瓶，發酵瓶用相應大小的橡膠塞子密封，橡膠塞上設有輸氣口和取樣口。集氣裝置為排水集氣法的相應裝置，集氣瓶為三角瓶。將準備好的發酵瓶放置于搖床內。

表1 產氣率及糞大腸菌群致死率統計

1.2 方法

本試驗采用排水集氣法收集氣體，每天定時用量筒測量集水瓶中排出的水量，并做記錄。用pH計測定發酵原料預處理過程、發酵過程中pH的變化。用多管發酵法（參考HJ/T 347-2007《中華人民共和國環境保護行業標準水質糞大腸菌群測定》）測定發酵原料預處理過程、發酵過程中糞大腸菌群數的變化。

2 結果與分析

2.1 完全隨機試驗設計及分析

本試驗采用三因素三水平完全隨機試驗設計，獲得了昭化區鮮豬糞厭氧發酵產沼氣的最佳反應條件。“三因素”是指：發酵pH A、發酵溫度B、發酵時間C。“三水平”是指：發酵pH A（6、7、8）、發酵溫度B（室溫20 ℃、中溫35 ℃、高溫54 ℃）、發酵時間C（10 d、20 d、30 d）。三因素三水平共27組試驗，每組試驗重復3次，計算結果取3個重復組的平均值。試驗設計及結果分析見表1。

2.2 產氣率及糞大腸菌群致死率分析

由表1可知，當其他條件相同時，pH為7時的產氣量顯著高于pH為6或8時，說明昭化區沼氣發酵的最適pH為7。常溫發酵的產氣量顯著低于中溫發酵和高溫發酵。對于中溫發酵，發酵時間為20 d與發酵時間為30 d的產氣量差異不大，說明中溫發酵時，發酵時間為20 d時已經達到最大產氣量，產氣量不再隨著發酵時間的延長而有所增加。高溫發酵時，發酵時間為30 d時的產氣量顯著高于10 d和20 d為發酵時間；發酵時間均為20 d時，高溫發酵的產氣量低于中溫發酵；發酵時間為30 d時，高溫發酵與中溫發酵的產氣量差異不顯著，可能原因是本試驗的接種物是取自蔚峰農業有限公司中溫發酵池，所以在高溫發酵的開始階段，產甲烷菌沒有完全適應高溫發酵，所以產氣量低；隨著時間的延長，產甲烷菌逐漸適應了高溫發酵，所以在發酵時間為30 d時，高溫發酵與中溫發酵的產氣量無顯著差異。

從糞大腸菌群致死率來看，常溫發酵的糞大腸菌群致死率顯著低于中溫發酵和高溫發酵，高溫發酵的糞大腸菌群致死率高于中溫發酵，但差異不顯著，說明中溫發酵和高溫發酵的糞大腸菌群致死率均較好。發酵時間為10 d時糞大腸菌群致死率顯著低于發酵時間為20 d和30 d時；發酵時間為30 d時，糞大腸菌群致死率高于發酵時間為20 d時，但差異不顯著，說明沼液發酵時間為20 d已足夠。

3 結論

結合實際生產與經濟效益，綜合考慮產氣量與糞大腸菌群致死率，得出如下結論：pH為7、發酵時間為20 d的中溫發酵是最適合本地區的沼氣池厭氧發酵條件。

略，如有所需請與作者聯系

2016-07-19）

王生民(1987—)，男，陜西省安康市，學士，主要從事養殖技術與養殖場設計等方面的研究。E-mail： 499703125@qq.com