总有机碳含量

( TOC)

采用重铬酸钾氧化

-

外热源法

,

纤维素含

量采用硝酸

-

乙醇法

,

甲烷含量采用气相色谱法测定

.

1. 6　试验方法

1. 6. 1

　秸秆预处理 　　不加菌剂预处理

:

铡短玉米秆 →加水

润湿 →加含氮化肥 、

补加水

(

含水率约为

65% )

→拌匀 →收集

→堆沤预处理

4 d;

复合菌剂预处理

:

铡短玉米秆 →加水润湿 →

加菌剂 、

含氮化肥 、

补加水

(

含水率约为

65% )

→拌匀 →收集 →

堆沤预处理

4 d.

1. 6. 2

　干发酵 　　将预处理后的秸秆与一定的含氮化肥 、

20%

接种物

(

按容积算

)

混合均匀

, TS

为

30% ,

置于

2 500 mL

发酵瓶

,

常温进行批式发酵

32 d,

排水集气法收集沼气

,

每日定

时测定产气量

[ 4 ]

.

分

3

组进行试验

: A

组

(

对照

)

为不加菌剂预

处理过的秸秆

, B

组为复合菌剂预处理过的秸秆

, C

组为复合

菌剂预处理过的秸秆再添加沼气发酵促进剂

,

每组设

3

个重

复

,

并测定发酵前后

pH

值 、

TOC

和纤维素含量

.

2

　结果与分析

2. 1　秸秆预处理

复合菌剂预处理过的秸秆

(

图

1

2

a)

表面布满了白色菌丝

,

而不加菌剂预处理的秸秆

(

图

1

2

b)

表面无明显变化

,

且前者比

后者更为柔软

,

说明菌剂中含有的纤维素 、

木质素高效分解菌

在秸秆预处理过程中能够占据优势并大量繁殖

,

同时分泌的水

解酶对秸秆进行了降解

,

提高了秸秆在干发酵过程中的可利

用性

.

图

1

　复合菌剂预处理

( a)

和不加菌剂预处理

( b)

的秸秆变化

Fig. 1

　

Straw s p retreated w ith ( a) and w ithout ( b) m icrobial agent

2. 2　产气量

各组干发酵

32 d

的累计产气情况如图

2

2

a

所示

.

可以看

出

,

秸秆经复合菌剂预处理后能有效提高沼气产量

, B

组 、

C

组的累计产气量分别比

A

组提高

29

1

54%

、

35

1

28% ,

并且

C

组

又比

B

组高

4

1

43% ,

说明在复合菌剂预处理后的秸秆中加入

沼气发酵促进剂能进一步提高产气量

.

各组的平均池容产气率

分别为

A

组

0

1

179 9 L d

- 1

L

- 1

、

B

组

0

1

233 0 L d

- 1

L

- 1

、

C

组

0

1

243 3 L d

- 1

L

- 1

, B

组 、

C

组分别为对照的

1

1

30

倍和

1

1

35

倍

.

从图

2

2

b

所示的日产气情况来看

, B

组和

C

组的日产气量

一直高于

A

组

,

说明复合菌剂预处理和菌剂预处理后添加促

进剂

,

能持续稳定地提高沼气产量

.

2. 3　甲烷含量

随着发酵时间的推移

,

各组甲烷含量逐渐升高

.

图

2

2

c

为

d

12

各组的甲烷含量情况

, B

组 、

C

组均高于

A

组

,

分别可达

68

1

33%

、

71

1

13%.

分析原因为

:

秸秆经复合菌剂预处理后

,

所

含的纤维素和木质素交联体被菌剂中的纤维素 、

木质素高效分

解菌破坏

[ 5, 6 ]

,

能更好地被发酵体系中微生物代谢

,

增加了厌

氧微生物可利用的底物

,

并且促进剂中含有的一些刺激微生物

代谢的物质

,

如产甲烷菌生长所必需的微量元素

Fe

、

Co

、

N i

[ 7 ]

等

,

促进了甲烷的生成

,

说明秸秆经菌剂预处理过以及添加

促进剂不会破坏厌氧发酵体系中各微生物种群之间的代谢平

衡

,

相反可使代谢更充分

,

最终促进产物 —

——甲烷的形成

.

2. 4　干发酵前后原料的变化情况

对干发酵前后原料的

pH

值 、

TOC

和纤维素含量进行了测

定

. A

、

B

、

C

三组发酵后的

pH

值分别为

6

1

8

、

7

1

0

、

7

1

0,

与发

酵前

pH

值

( 7

1

0)

相比均无太大变化

,

说明各体系中水解微生

物利用预处理后秸秆产生的酸能及时被后续厌氧微生物消耗

掉

,

未出现酸累积抑制甲烷生成的现象

[ 8 ]

,

特别是

B

组和

C

组

发酵前后

pH

值比较稳定

,

说明复合菌剂预处理秸秆及添加沼

气发酵促进剂不会引起

pH

值的波动

,

反而可以使

pH

值更为

稳定

,

为厌氧干发酵维持一个良好的酸碱环境

.

各组的

TOC

和

纤维素降解率如表

1

所示

.

厌氧微生物对复合菌剂预处理秸秆

的利用率要高于不加菌剂预处理的秸秆

, C

组和

B

组的

TOC

降解率分别比

A

组高

169

1

58%

和

136

1

32% ; C

组又比

B

组高

14

1

07% ,

说明添加沼气发酵促进剂能在菌剂预处理的基础上

提高原料的利用率

.

从表

1

中还可以看出

,

复合菌剂预处理能

有效提高 纤 维 素 的 降 解

, C

组 和

B

组 分 别 可 比

A

组 提 高

49

1

62%

和

47

1

68% ;

并且促进剂亦能促进水解微生物的代谢

,

加促进剂的

C

组其纤维素降解率又稍高于

B

组

(

高

3. 36% ).

表

1

　各组

TOC

和纤维素的降解情况

Table 1

　

D egradation of TOC and cellulose of three group s

降解率

Degradation (

r

/ % )

Group A

Group B

Group C

TOC

4. 24

10. 02

11. 43

纤维素

Cellulose

9. 27

13. 69

14. 15

A

组

(

对照

)

为不加菌剂预处理过的秸秆

, B

组为复合菌剂预处理过的

秸秆

, C

组为复合菌剂预处理过的秸秆再添加沼气发酵促进剂

Group A: Straw s p retreated w ithout m icrobial agent; Group B: Straw s p re

2

treated w ith the agent; Group C: Straw s p retreated w ith both the agent and

fermentation accelerant. The same below

4

8

5

　　　　　　　　应 用 与 环 境 生 物 学 报 　　

C h in J A pp l E nviron B io l

　　　　　　　 　　　　　　　 　　　

13

卷