水稻秸秆与牛粪共发酵过程中碳氮比的影响研究

菜单

摘要：为了考察不同碳氮比对水稻秸秆与牛粪厌氧发酵制沼气的影响，本文运用正交实验法，通过改变水稻秸秆与牛粪干物质的质量配比，设置了9组不同的碳氮比实验组，各组的初始碳氮比分别为39.8、42.9、45.3、44.6、47.2、40.6、38.5、36.7、35.4。水稻秸秆先用6%的NaOH进行预处理7 d，之后与牛粪一起在中温（35 ± 1）℃的条件下进行厌氧发酵。在实验过程中碳氮比大体呈现不断下降的趋势。结果证明当碳氮比为36.7时甲烷含量峰值最高，可以达到71.8%，且在此碳氮比之下日产气量也能达到较高水平，其平均日产气量330.8 mL远大于其他组。从积累产气量方面考虑，碳氮比为36.7时，其值远高于其各组，而且积累速度快。因此，最适宜的水稻秸秆和牛粪厌氧发酵的碳氮比应为36.7左右。65492

关键词：水稻秸秆，牛粪，碳氮比，厌氧发酵，沼气

Abstract：In order to explore the influence of carbon-nitrogen ration(C:N ration) performance of characteristics of the anaerobic fermentation for methane of rice straw and cattle manure, guided by the orthogonal experiment, the experiment changed quality ratio of rice straw to cattle manure to perform 9 experiments of different initial C:N ration, which were 39.8, 42.9, 45.3, 44.6, 47.2, 40.6, 38.5, 36.7 and 35.4. Firstly, the experiment used 6% NaOH to pretreat the rice straw for 7 days. Then, mixing the rice straw and the cattle manure, anaerobic ferment of the mixture conducted under the condition of (35±1) ℃. During the execution of experiments, the carbon-nitrogen ration presents a downward trend in general. The result showed when the C:N ration is 36.7, methane content can achieve the maximum 71.8%. What’s more, the daily gas production can also reach more high-level .The average daily gas production is a maximum 330.8mL, which surpasses the rest. Under the consideration of accrue gas production, 37.6 of C:N ration have the max accrue gas production, and the speed is fastest. Therefore, the most suitable C:N ration for anaerobic fermentation of rice straw and cattle manure is about 36.7.

Keywords：Rice straw, cattle manure, anaerobic fermentation, carbon-nitrogen ration, methane

1 前言 6

2 材料与方法 6

2.1 试验材料 6

2.2 试验装置与仪器 7

2.2.1 试验装置 7

2.2.2 测试项目与方法 7

2.3 试验方法 8

2.3.1 预处理 8

2.3.2 不同碳氮比的配置 8

3 结果与讨论 8

3.1 碳氮比对甲烷含量的影响 8

3.2 碳氮比对日产气量的影响 9

3.3 碳氮比对累积产气量的影响 10

3.4 厌氧发酵过程中碳氮比的变化 11

结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 前言

中国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一[1]，据统计，2010 年全国秸秆理论资源量为 8.4 亿吨，可收集资源量约为 7 亿吨，其中稻草产量约为 2.11 亿吨，占理论资源量的 25.1%[2]；这其中除少量秸秆被作为牲畜饲料，农家肥和农村燃料外，大多数秸秆都被堆放或者直接燃烧[3]，不仅造成了极大的资源浪费，而且对环境造成了巨大的污染。为了解决这一问题，人们把目光转向了秸秆厌氧发酵制沼气，厌氧发酵是指在特定的厌氧条件下，微生物通过自身代谢活动，分解有机物，产生以甲烷与少量 CO2为主要成分的可燃性混合气体（沼气）的过程[4]。许多国内外研究者均认为，厌氧消化产沼气是实现秸秆资源化和减量化的重要途径之一[5-8]。然而，秸秆C/N 较高，约在 50 以上，远高于正常发酵所需的碳氮比[9]，因此在厌氧发酵过程易出现产气率低厌氧发酵系统稳定性差等问题[10-12]。为了改善这一问题，人们经常在发酵体系中加入适量的富氮原料，如人畜粪便等。这些富氮原料具有分解快，发酵周期短，产气快等优点，因此常被用来降低发酵原料碳氮比，以改善秸秆发酵中产气不稳定，发酵周期长[13]等问题。用动物粪便与秸秆共发酵制沼气，不仅解决了农村废弃物污染的问题，而且也缓解了农村沼气池原料短缺的问题[14]。