不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响
温度对玉米秸秆连续厌氧发酵产沼气研究
农家参谋农业研究-110-NONG JIA CAN MOU温度对玉米秸秆连续厌氧发酵产沼气研究刘双 武月（中国农业大学烟台研究院，山东烟台，264670）【摘 要】利用沼气湿发酵技术，以青储玉米秸秆为发酵原料，采用连续厌氧发酵方式，研究以容积产气率、沼气中甲烷体积分数和累积产气量为特征指标，研究不同温度对青储玉米秸秆连续发酵产沼气的影响，为秸秆沼气技术的应用提供技术支持。
35℃条件下的容积产气率、沼气中甲烷体积分数明显高于50℃，35℃和50℃的容积产气率的最高值分别为1.525L •L-1d-1和0.934L •L-1d-1。
【关键词】青储玉米秸秆；连续厌氧发酵；温度现阶段秸秆处理利用方法中，采用厌氧发酵产沼气是一条清洁高效的秸秆利用途径，其反应过程最为平和稳定、能耗最低、无污染、生态和经济效益最佳[1]。
发酵产气与温度有很大的联系，并且从某种意义上来说，温度是产气的关键因素。
沼气发酵细菌和其他微生物一样，有其适宜的温度范围，因而发酵温度也各有不同，一般认为45℃-60℃为高温沼气发酵，30℃-45℃为中温沼气发酵，而我国农村中的沼气池都在自然温度下进行发酵，称为常温发酵[2]。
该试验进行了不同温度发酵试验，在保持TS 浓度为10%的条件，水力停留时间为30d 下，发酵温度分别为35℃和50℃，每天测发沼气产量及沼气中的甲烷含量，每隔3天测定出料的TS 浓度等，通过不同温度的对比,探索不同发酵温度对所产沼气总量和甲烷含量的关系。
1 材料与方法1.1 试验材料发酵秸秆为青储玉米秸秆TS 为35%，经破碎处理成粉末后冷藏保存待用。
接种物为经纱布过滤的猪粪水TS 为0%，4°C 冷藏保存待用。
1.2 试验设计试验设置2个处理，无重复，温度分别设为35℃和50℃，发酵TS 为10%，水力停留时间设为30天，进料液（TS 为10%）用猪粪水或过滤后的出料液和青储玉米秸秆配制。
发酵装置试验采用小型厌氧发酵装置，有效容积为4L。
纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究
密级公开本科生毕业（学位）论文纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究冉孟飞（2005101204）指导教师姓名：邓功成职称：教授单位：生命科学系专业名称：生物科学论文提交日期：2009年4月15日论文答辩日期：2009年4月25日学位授予单位：黔南民族师范学院答辩委员会主席:论文评阅人:2009 年月日目录Content摘要 (1)英文摘要 (1)引言 (1)1、材料................................................... - 4 -1.1 供试菌种............................................ - 4 -1.2 发酵原料............................................ - 4 -1.3 试验药品及仪器设备.................................. - 4 -1.4发酵装置............................................ - 4 -2 方法..................................................... - 5 -2.1发酵液的配制........................................ - 5 -2.2试验设计............................................ - 5 -2.3测试项目与方法...................................... - 6 -3.结果与分析................................................ - 7 -3.1 QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对产气量的影响............. - 7 -3.2 WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响................ - 9 -3.3 QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉对产气量的影响............ - 12 -4 结论..................................................... - 15 -参考文献: ............................................................................................................ - 16 -纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究潘文进2005101205（黔南民族师范学院生命科学系，贵州都匀邮编558000）摘要：以鲜猪粪和稻草、麦秆、玉米杆为原料，探讨在不同秸秆与猪粪组成的发酵体系中，加入纤维素菌对产气特性的影响。
猪粪和玉米秸秆的不同配方比对厌氧发酵产沼气的影响
摘要:目前农村的沼气发酵多采用单一的发酵原料,导致基质的利用率低。
本文针对农户沼气发酵时原材料缺乏、利用率低等问题,研究以猪粪、玉米秸秆为原料,在35℃±1℃条件下二者不同配比(粪秆配比)混合后对厌氧发酵产气的影响,分析发酵过程中日产气量、日累积产气量、COD、pH值的变化。
结果表明,粪秆比为1∶1时产气量最大,是秸秆单独发酵的1.12倍。
同时,粪秆比为1∶1时,产气速率最大。
在发酵过程中,pH值先减小后变大,后期趋于平稳。
关键词:猪粪和玉米秸秆;配比;厌氧发酵;沼气1绪论1.1研究背景。
资源的综合利用是当今世界发展的重要主题。
但是，随着社会的发展和人民生活水平的提高，世界能源需求量增加，资源供应大大不足，能源问题成为当今世界经济发展的敏感问题之一。
为了增加能源利用率，实现经济持续发展，我国制定了《中华人民共和国可再生能源法》，文中指出：为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展制定本法[1]。
中国是农业大国，有着丰富的农作物资源，但是，存在农业废弃物产生量较大的问题，其农业废弃物的产生量每年约有40多亿吨，其中农作物秸秆7.0亿吨，畜禽粪便排放量26.1亿吨[2]，就目前来看，大多数农业废弃物直接排放到我们的生活环境中，并没有经过严格处理，对生态环境造成巨大危害，如秸秆焚烧、禽畜粪便排放等，不仅污染环境，也会污染空气以及地下水源，并且这些畜禽粪便本身也是人类生活中的重要污染源，大大危害着人类的健康。
所以，为实现节约资源、促进农业循环发展，农业废弃物的综合利用成为首要任务，对我国资源利用率的提高有重要意义，同时也可以保护环境，使农民收入大大提升。
1.2关键词界定。
玉米秸秆发酵制沼气技术是生物转换中最主要的方式，是指在厌氧条件下，微生物将秸秆降解为沼气，同时产生沼渣和沼液的过程[3]。
将秸秆投入到沼气池，可用作牲畜饲料，转化成粪便进入沼气池，产生的沼渣可作为肥料，提高利用率。
尿素和纤维素酶对鸡粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵产气特性影响研(精)
尿素和纤维素酶对鸡粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵产气特性影响研究英文题名 Study on Effect of Urea and Cellulose onGasification Characteristics of Mix of Chicken Feces and CornStalks 关键词尿素; 纤维素酶; 厌氧发酵; 英文关键词 urea; cellulose; anaerobic fermentation; 中文摘要为了解决沼气发酵原料不能充分利用、实际沼气转化率低和沼气产气量低等问题,本试验在室内模拟农村户用沼气发酵过程,选取农村常见的鸡粪和玉米秸秆(干物质质量比为2：1)为原料,采用自行设计的可控性恒温发酵装置,控制干物质质量分数(TS)为8%,温度为30℃,在厌氧发酵的前期(装料时)、中期(正常发酵15天时)和末期(正常发酵30天时)分别添加尿素和纤维素酶,添加水平均设5,10,15,20 g/kg 4个水平,进行为期46 d 的厌氧发酵,研究尿素和纤维素酶不同添加时期及不同添加水平对厌氧发酵产气特性的影响。
主要结论： (1)发酵底物为鸡粪与玉米秸秆的混合物时,在发酵过程中添加尿素可促进原料分解,提高累积产气量。
添加尿素可以增加氮素,为厌氧发酵提供营养物质并调节原料的C／N,从而提高累积产气量。
(2)尿素的3个不同添加时期对累积产气量没有显著的影响,各个时期添加均可促进厌氧发酵的进行,提高累积产气量。
前期、中期和末期添加5g/Kg尿素处理累积产气量分别比对照提高-52.2%,6.9%和2.1%；前期、中期和末期添加10g/Kg尿素处理累积产气量分别比对照提高15.1%,15.2%和3.2%... 英文摘要 In order to solve the problems of the methane fermentation of raw materials can not be fully utilized, the low rate of the actual methane conversion and the low methane 摘要 6-8 ABSTRACT 8-10 第一章导言 13-22 1.1 研究背景 13-14 1.2 厌氧发酵的基本原理及影响因素14-16 1.2.1 厌氧发酵的基本原理 14-15 1.2.2 厌氧发酵的影响因素 15-16 1.3 沼气发酵外源添加物的研究进展 16-20 1.3.1 微生物和酶类添加物17-18 1.3.2 营养物质 18-19 1.3.3 其它外源添加物 19-20 1.4 研究思路、内容及创新点 20-22 1.4.1 研究思路 20-21 1.4.2 研究内容21-22 第二章试验设计与研究方法 22-25 2.1 试验材料 22-23 2.1.1 试验材料 22 2.1.2 原料预处理22 2.1.3 试验装置 22-23 2.2 试验设计23 2.3 试验方法 23-25 2.3.1 发酵料液配比 23-24 2.3.2 测试项目及方法 24-25 第三章试验结果与分析25-47 3.1 尿素添加时期对产气速率和累积产气量的影响 25-31 3.1.1 不同时期添加5g/kg尿素对产气速率和累积产气量的影响 25-26 3.1.2 不同时期添加10g/kg尿素对产气速率和累积产气量的影响 26-28 3.1.3 不同时期添加15g/kg尿素对产气速率和累积产气量的影响 28-29 3.1.4 不同时期添加20g/kg尿素对产气速率和累积产气量的影响 29-30 3.1.5 小结 30-31 3.2 纤维素酶不同添加时期产气特性比较 31-38 3.2.1 不同时期添加5g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 31-33 3.2.2 不同时期添加10g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 33-34 3.2.3 不同时期添加15g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 34-35 3.2.4 不同时期添加20g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 35-37 3.2.5 小结 37-38 3.3 尿素不同添加水平产气特性比较 38-42 3.3.1 发酵前期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 38-39 3.3.2 发酵中期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 39-40 3.3.3 发酵末期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 40-41 3.3.4 小结 41-42 3.4 纤维素酶不同添加水平产气特性比较 42-47 3.4.1 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 42-43 3.4.2 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 43-44 3.4.3 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 44-45 3.4.4 小结 45-47 第四章结论与讨论 47-49 4.1 结论 47-48 4.2 讨论 48-49 参考文献 49-54 3.2.1 不同时期添加5g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 31-33 3.2.2 不同时期添加10g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 33-34 3.2.3 不同时期添加15g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 34-35 3.2.4 不同时期添加20g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 35-37 3.2.5 小结 37-38 3.3 尿素不同添加水平产气特性比较 38-42 3.3.1 发酵前期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 38-39 3.3.2 发酵中期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 39-40 3.3.3 发酵末期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 40-41 3.3.4 小结 41-42 3.4 纤维素酶不同添加水平产气特性比较 42-47 3.4.1 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 42-43 3.4.2 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 43-44 3.4.3 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 44-45 3.4.4 小结 45-47 第四章结论与讨论 47-49 4.1 结论 47-48 4.2 讨论 48-49 参考文献 49-54 3.2.1 不同时期添加5g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 31-33 3.2.2 不同时期添加10g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 33-34 3.2.3 不同时期添加15g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 34-35 3.2.4 不同时期添加20g/kg纤维素酶对产气速率和累积产气量的影响 35-37 3.2.5 小结 37-38 3.3 尿素不同添加水平产气特性比较 38-42 3.3.1 发酵前期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 38-39 3.3.2 发酵中期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 39-40 3.3.3 发酵末期尿素添加水平对产气速率和累积产气量的影响 40-41 3.3.4 小结 41-42 3.4 纤维素酶不同添加水平产气特性比较 42-47 3.4.1 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 42-43 3.4.2 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 43-44 3.4.3 发酵前期纤维素酶添加水平对产气速率和累积产气量的影响 44-45 3.4.4 小结 45-47 第四章结论与讨论 47-49 4.1 结论 47-48 4.2 讨论 48-49 参考文献 49-54。
秸秆厌氧发酵条件优化的研究
秸秆厌氧发酵条件优化的研究引言：秸秆是一种丰富的农业废弃物资源，利用秸秆进行厌氧发酵可以产生生物质能源，具有重要的经济和环境效益。
然而，秸秆的复杂性质和发酵过程的复杂性使得优化秸秆的厌氧发酵条件成为一个具有挑战性的问题。
本文旨在探讨如何优化秸秆的厌氧发酵条件，以提高发酵效率和产气量。
一、秸秆的性质分析在优化秸秆的厌氧发酵条件之前，首先需要对秸秆的性质进行分析。
秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等组分构成，其中纤维素是产气的主要来源。
此外，秸秆中还含有一定量的水分、灰分和挥发性有机物。
二、厌氧发酵条件的优化1. 温度：温度是影响厌氧发酵的重要因素之一。
一般来说，较高的温度可以促进微生物的生长和代谢活动，但过高的温度可能会导致微生物的死亡。
因此，选择适宜的温度对于优化发酵过程至关重要。
根据研究表明，秸秆的厌氧发酵适宜温度范围为35-45摄氏度。
2. pH值：pH值是发酵过程中另一个重要的影响因素。
不同的微生物对pH值的适应能力不同，因此选择适宜的pH值可以促进有益菌的生长，抑制有害菌的繁殖。
研究结果表明，秸秆的厌氧发酵最适pH范围为6.5-7.5。
3. C/N比：C/N比是指碳与氮的摩尔比值，对发酵过程中的微生物生长和代谢活动有重要影响。
较低的C/N比可能导致氮源不足，从而抑制微生物的生长。
相反，较高的C/N比可能导致氮的过剩，从而降低发酵效率。
研究结果表明，秸秆的厌氧发酵适宜C/N比范围为25-30。
4. 有机负荷：有机负荷是指单位时间内输入到厌氧发酵系统中的有机物质的量。
过高的有机负荷可能导致微生物的厌氧发酵能力不足，从而降低发酵效果。
因此，选择适宜的有机负荷对于优化发酵过程非常重要。
根据研究结果，秸秆的厌氧发酵适宜有机负荷范围为1-2 kg COD/m3·d。
5. 曝气方式：曝气是指向厌氧发酵系统中输入气体，用于提供微生物生长和代谢所需的氧气。
不同的曝气方式对发酵效果有不同的影响。
常见的曝气方式包括自然曝气、机械曝气和超声波曝气等。
生物质原料配比及外源物添加对牛粪产沼气效果的影响
生物质原料配比及外源物添加对牛粪产沼气效果的影响作者：陈亚宇黄凤球孙继民孙玉桃王树斌来源：《湖南农业科学》2014年第23期摘要：以园区内生物质为对象，研究了不同生物质原料配比及外源物添加产沼气效果。
结果表明，在固液比为1：12.5、夏季高温（33～37℃）条件下，以100%的牛粪添加1‰牛肉膏和1.5‰蛋白胨的处理日产气量、累积产气量和干物质产气率最高，分别为414.89 mL/d、18 255 mL、139.31 mL/g；以70%牛粪+30%稻草的处理各项指标次之，分别为361.00 mL/d、15 884 mL、121.21 mL/g，而单一的牛粪或者70%牛粪+30%谷壳作为生物质原料发酵，沼气产量相对较低。
关键词：沼气；原料配方；外源物；产气效果中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2014）23-0053-03沼气发酵体系在我国复合农业生态系统中有广泛的应用，是物质循环和能量转化枢纽[1]。
以有机废弃物为原料，经厌氧发酵产生沼气，发酵后的残渣致病微生物和害虫大量减少，可作为安全的饲料和肥料，为种植业、养殖业及其他农副产业带来显著的经济效益[1-3]，是农业生物质资源的有效利用方法。
“种植-养殖-废弃物资源化-再循环或再利用”的循环丰产体系，是“十二五”国家科技支撑计划循环农业科技工程领域课题“中南稻区复合生物循环技术集成与示范”的核心内容。
课题组在长沙县金井镇脱甲村建立了循环农业核心示范区（核心试验区面积20 hm2、核心示范区面积73.3 hm2），区内种植系统、养殖系统、废弃物无害化处理系统和环境保育系统已形成良性循环，生物质资源沼气化是其中内容之一。
试验以高效利用循环农业示范园区生物质资源为目的，以牛粪、稻草和谷壳为发酵原料，研究不同生物质原料配比的产气效果和外源物添加的产气效果，旨在掌握不同生物质原料配比和外源物质作用下的产气速率和产气量，为牛粪高效产沼气寻求科学的方法。
粪秆结构配比厌氧发酵中pH、VFA与产气效果的关系
摘
要： 为探 索 发 酵 原 料 产 气 量 与 ｐ 值 、 发性 脂 肪酸 之 间 的关 系 ， 定 最 佳 原 料 配 比 以及 发 酵 温 度 是 关键 。通 过 试 验 在 恒 温 条 Ｈ 挥 确
件下以不同配比的鸡粪 、 麦秆混合物为原料 ， ２ ～ ０℃范同内进行厌氧发酵 ， 在 ５４ 研究 ｐ Ｈ值和挥发性脂 肪酸对 沼气产量 的影响 。 结果
ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｔｒａ ｔ ． ｈ ｓ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｏ ｄ ｃｅ ｔ ５％ － ０℃ ａ ｄ ｄ ｆ ｒｎ ｘ ｄ ｒ ｔ ｓ ｆｃ ｉｋ ｎ ｍａ ｕ ｅ ａ ｄ ｗｈ ａ ｔａ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｄｍａｅ ｉｌ ａ ｉ Ｔ ｉ ｅ ｐ ｒ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｓｃ ｎ ｕ ｔｄ ａ ｗ ２ ４ ｎ ｉ ｅｅ ｔ ｆ ｍｉｅ ａｉ ｈｃ ｅ ｎ ｒ ｎ ｅ ｔ ｒ ｗ ｏｏ ｓ
ｔ ｒ ｎ ｒ ｓｒ ｕ ｅ ａ ｄ Ｆｏ ｅ ｔｙ Ｕｎｉｅ ｓｔ ｖ ｒｉｙ，Ｙａ ｇｉ ｇ ７１ ００ ｎ ｌｎ ２１ ，Ｃｈｉ ；３． ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｆＲｅ ｙ ｌ ｒｃ ｈｕｒ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ Ｔｅ ｈ ｌｇ ｆＳ ｎ ｉ ｎａ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｅ ｔ ｒｏ ｃ ｃ ｅ Ａｇｉ ｕ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎｏｏ ｙ ｏ ｈａ ｎｘ
张 彤 一 李 伟 ， 文 静 ， ． ， 一李 一 李轶 冰 ２， 改 河 ２ ，杨 ３ ， ３
（． １ 西北农林科 技大学林学 院 ， 陕西 杨凌 ７ ２０ ； ． １ １０ ２西北农林科技大学农学 院 ， 陕西 杨 凌 ７ ２ ０ ；． １ １０ ３陕西省循环农业Ｔ程技术研 究 中心 ， 陕西 杨凌 ７ ２ ０ ） １ １０
Ｐ ｏ ｉｃ ， ｎ ｌ ｇ７ ２ ０ ， ｈｎ ） ｒｖｎ ｅ Ｙａ ｇｉ １ １ ０ Ｃ ｉａ ｎ
秸秆与粪便不同配比发酵产沼气试验研究
收稿日期：2011-02-14项目来源：新疆高校科研计划重点研究项目（XJEDY2010156））作者简介：刘德江（1966－），男，教授，主要从事沼气技术的教学与科研工作，xlliudejiang@126．com 秸秆与粪便不同配比发酵产沼气试验研究刘德江，邱桃玉，刘歆，张晓宏（新疆农业职业技术学院，新疆昌吉831100）摘要：本试验以秸秆与粪便的不同原料配比，设置十个处理进行沼气发酵试验。
通过对比启动时间、总产气量、TS 产气率及甲烷含量等参数，以探讨最佳的原料配比。
结果表明：秸秆比例过大或过小生产沼气的效率均不高，只有50%秸秆与50%粪便配合时，其总气量，TS 产气率及甲烷含量才达到最高。
秸秆原料可完全替代粪便生产沼气，但必须进行前处理，且发酵启动慢，比纯粪便原料慢了3 10天，产气高峰期也推迟了15天左右，但产气持续时间较长，可达6个月左右。
关键词：秸秆；粪便；产气量；甲烷含量中图分类号：S216．4文献标识码：B文章编号：1000－1166（2011）04－0013－04Biogas Fermentation Tests with Different Ratio of Straw and Excrement /LIU de-jiang ，QIU tao-yu ，LIU xin ，ZHANG xiao-hong /（Xinjiang Agriculture Vocational Technology College ，Changji 831100，China ）Abstract ：Ten treatments were set in the biogas fermentation tests with different ratio of straw and excrement．The start time ，total gas yield ，gas producing efficiency of TS and methane concentrations etc were compared to investigate the best fermentation parameter of raw materials ratio．The results showed that ：neither large nor small proportion of straw can pro-duce higher biogas yield．Only when 50%of straw and 50%of excrement were mixed ，the fermentation system could pro-vide highest total gas yield ，gas producing efficiency of TS ，and methane concentration．Raw straw could fully replace ex-crement when pre-treatment was well done ，though the starting-up was slow ，maybe 3 10days slower than pure excrement treatment．And gas peak was also delayed 15days than pure excrement fermentation ，but the gas production could last for about 6months．Key words ：straw ；excrement ；gas yield ；methane concentrations近年来，农村户用沼气池粪便原料的不足或缺乏已成为制约沼气产业化发展的瓶颈，大中型沼气工程也由于养殖规模减少、粪便原料不足等原因，导致不能正常运行甚至关停。
沼气发酵中纤维素酶降解牛粪的试验研究
维普资讯
１ ３
萘烷消泡剂 ， 酮 ， 性洗涤剂溶液 、 馏水 、 丙 酸 蒸
２ 结 果 与 分 析
Ｎ ２２ Ｋ Ｏ 、 Ｓ １３、 硫 酸 、 有 少 量 硝 酸 ａ ０ 、 Ｍｎ Ｈ２Ｏ （ ： 浓 Ｃ ） 含 钾 和高氧 酸钾） 。
率 （ 料 利用 率 ） 低 ， 原 较 发酵 原料 的产 气潜 力 得不 到
充 分 利用 而 被 浪费 。因此 ， 提高 沼 气 池 发酵 原 料 的
利 用 率及 沼 气 率是 非 常必 要 的 。本 文 研 究 利 用 在 纤 维 素 酶 降解 牛 粪 过 程 中 ， 用 因子 时 间 、 作 温度 和 酶 量 对其 降 解 的影 响 ， 而 为进 一 步 优化 牛 粪 发酵 从
中， 人 １０ 加 ． ｇ较 １ ５ ４ ． ｇ和 ２１ｇ好 ， 正 比关 系 有 ７ ． ０ 与 出人 ， 明酶量 应该 有 个优化 范 围 ， 种现 象是 由于 说 这 酶 的多样 性造 成 的 。 个完 整 的纤维素 酶 系 ， 常含 一 通 有 作 用方 式不 同又能相 互协 同催 化水解 纤 维素 的三
工 艺打 下基 础 。
ｌ材 料 与 方 法 １１材 料 ．
１１１试 验 试 剂 ．．
文 章 编 号 ：０ １ ３ １ ２０ ）４ Ｏ １— ２ １０ — ６ Ｘ（ ６０ 一 ０ ２ ０ ０
收 稿 日期 ： ０ ６ ０ — １ ２０ — ６ ０
￥新 疆 生 产 建设 兵 团 高新 项 目， 号 ｏ Ｈ ４ 编 ４ Ｊ６
１１２ 试 验 器材 ．．
２１ 纤 维素 酶 降解牛 粪的 结果 ．
室 温下 纤 维 素 酶量 在 １ ｇ左 右 对 牛 粪 分解 率 ． ４ 较 其他 组高 ；在不 同作用 时 间段 时间越 长分 解率 越 高 ； 各组 分解 率大 致集 中在 ３ ％。 其 ５
C_N对沼气产气量的影响
C/N 对沼气产气量的影响高礼安1,邓功成13,赵洪1,李静1,马媛1,李永波1,黎娇凌1,俸才军2,张林2,杨世凯2 (1.黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀555800;2.黔南州农村能源与环境保护办公室,贵州都匀555800)摘要 以鲜猪粪和风干稻草为原料,采用批量发酵法研究不同C/N (18/1、23/1、28/1、33/1、38/1、43/1)对厌氧发酵产气量和产气特性的影响。
结果表明,在常温条件下,各处理沼气发酵均能迅速启动,但C/N 为23/1的处理发酵启动最快;C/N 为33/1的处理60d 发酵平均日产气量、总产气量和T S 产气率最高。
关键词 C/N ;沼气;产气量中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)15-06879-02E ffect of C/N on G as P roduction of BiogasG AO Li 2an et al (Life Science Departm ent of Qiannan N orm al C ollege for Nationalities ,Duyun ,G uizh ou 555800)Abstract W ith fresh pig m anure and air dry straw as the m aterials ,the effects of different C/N (18/1,23/1,28/1,33/1,38/1,43/1)on gas produc 2tion and gas characteristics in anaerobic ferm entation process were studied w ith batch ferm entation m eth od.T he results sh owed that all treatm ents could be rapidly starting biogas ferm entation under ambient tem perature ,but the starting of biogas ferm entation in treatm ent w ith C/N of 23/1was the m ost rapidly.T he average daily gas production ,total gas production and T S gas production rate in treatm ent w ith C/N of 33/1were the highest in 60d.K ey w ords C/N ;Biogas ;G as production基金项目 贵州省科技攻关项目[黔科合NY 字(2007)3042];贵州省黔南州科技特派员专项(黔南科特合2007字107)。
沼气发酵过程用控制条件的常用参数
沼气发酵过程用控制条件的常用参数沼气发酵是一种将有机废弃物通过微生物代谢转化为沼气的生物过程。
控制条件是指在沼气发酵过程中，通过调节一系列参数来优化产气效果。
以下是沼气发酵过程中常用的控制条件参数：1.温度：沼气发酵需要适宜的温度条件。
通常，沼气发酵的最适温度范围在25℃-40℃之间。
过低的温度会影响微生物活性，减少产气量，而过高的温度则会导致微生物死亡，影响发酵效果。
2.pH值：沼气发酵过程中的pH值也是一个重要的控制条件。
沼气发酵的最适pH范围在6-8之间。
酸性环境会抑制产气细菌的生长，碱性环境则会抑制甲烷菌的活性，因此需要保持适当的pH值来促进产气过程。
3.颗粒度：废弃物的颗粒度对沼气发酵过程也有影响。
碎颗粒化的废弃物表面积更大，微生物更容易附着并进行生化反应，利于产生沼气。
因此废弃物的颗粒度应控制在一定范围内。
4.助发酵剂：在沼气发酵过程中添加助发酵剂可以提高产气效果。
常用的助发酵剂有菌种、复合微生物菌剂、活性填料等。
这些助发酵剂可以增加沼气菌群，优化发酵环境，促进废弃物的降解和产气过程。
5.溶解氧：沼气发酵过程应保持适当的溶解氧水平。
过高的溶解氧会抑制产气细菌的生长，而适量的溶解氧有助于微生物的呼吸代谢，促进产气过程。
6.厌氧反应器类型：沼气发酵过程中使用的厌氧反应器类型也是一个重要的控制条件。
常见的厌氧反应器有连续搅拌反应器（CSTR）、上升式流化床反应器（UASB）、固定床反应器等。
不同类型的反应器在废弃物降解效率、产气速率等方面具有差异。
7.饲料比：沼气发酵过程中的饲料比也是一个重要的控制条件。
饲料比是指废弃物与水的比例。
适当的饲料比可以提供碳源和营养物质，促进微生物的生长和产气过程。
8.负荷：沼气发酵过程中的负荷也需要进行适当的控制。
负荷是指单位时间内进入反应器的废弃物量。
过高的负荷会导致反应器漂浮或堵塞，影响发酵效果，而过低的负荷则会导致反应器闲置浪费，影响产气效果。
总之，通过控制温度、pH值、颗粒度、助发酵剂、溶解氧、厌氧反应器类型、饲料比和负荷等参数，可以优化沼气发酵过程，提高产气效果，实现高效能源回收和废弃物处理的目标。
不同C／N对沼气发酵均匀性影响的研究
不同Ｃ／Ｎ对沼气发酵均匀性影响的研究摘要在相同的发酵浓度、相同体积及相同温度的条件下，利用稻草和猪粪的不同比例来调节C/N，采用批量发酵方法，研究C/N对厌氧发酵产气量、产气特性的影响。
结果表明：在常温条件，原料不同C/N都能迅速启动；60d平均日产气量和产气率以C/N为33/1最高，分别达762.00mL/2 500mL；0.148 6m3/kg·TS，且能维持较高的产气均匀性。
关键词C/N；沼气；产气量；产气率；均匀性能源是当今世界面临的五大问题之一。
可再生新能源的挖掘，特别是生物质能源的研究开发是当前世界的热点问题。
微生物在生长繁殖过程中，分解有机质，把其中贮存的能量转化为再生能源已被人们广泛关注。
利用微生物开发能源，对解决能源危机、增加肥料、改善环境、保护生态平衡、促进生态良性循环、推动农村经济与环境可持续协调发展有着重要意义。
沼气是利用粪便、农作物秸秆等有机物在特定（厌氧）的条件下，经过微生物生理代谢产生主要成分为CH4的可燃性气体，属生物质能源。
农村户用沼气的发酵方式为常温半连续式发酵。
在冬春季节，受温度的影响，原料分解慢，沼气的产气率较低，影响沼气的持续利用。
提高农村沼气产量，除采取必要的工程措施和保温措施之外，还需改善发酵环境等措施。
提高发酵原料的产气率是提高沼气产量的重要措施，而发酵原料的C/N是影响产气率的主要因子之一。
试验就发酵物的不同C/N进行研究，探索不同C/N对沼气发酵产气均匀性的影响，以期为解决农村沼气冬季产气量低、产气不均匀等问题提供参考。
1材料与方法1.1试验材料及接种物发酵材料为新鲜猪粪和干稻草粉，新鲜猪粪取自都匀黔隆果菜基地开发有限公司优质猪养殖场，TS含量为29%～32%。
干稻草粉取自都匀市杨柳街镇。
接种物（微生物发酵种子）为取自农村多口沼气池、经实验室以猪粪为原料富集培养的混合微生物菌群。
送样经农业部成都沼气科学研究所厌氧微生物重点开放实验室测定，各微生物菌群的数量为：发酵细菌3×108cfu/mL，纤维素分解菌5.5×104cfu/mL，硫酸盐还原菌5×106cfu/mL，产甲烷菌1.9×107cfu/mL。
不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响
１９０农业工程学报２００９矩
２．３不同原料配比对沼气产量的影响
原料配比影响微生物活性，进而影响沼气产量。
图４显示，同一温度下粪秆比例为２：１处理的沼气产量均高于同一秸秆的其它处理，分别比１：ｌ和３：ｌ高出７．１％～２９．０％和１７．３％～７３．１％。
从秸秆类型来看，粪秆比相同
２．４尿素对沼气产气量的影响
氮素是沼气微生物细胞主要成分之一。
发酵２８ｄ后各对照组加入２．５ｇ尿素，添加后结果见图５。
总体上看，加入尿素后的日均产量比对照组都有所增加，说明加入尿素后调节了生物的碳氮比，能够有效促进沼气产量。
就处理间差异而言，方差分析表明区处理间差异显著（Ｐ＜Ｏ．０１）。
鸡粪与秸秆配比为２：ｌ组产气量增加最多。
从加入尿素后２２ｄ的总产气量上看，鸡粪稻秆２：１组增条件下，鸡粪和玉米秆配比产气量高于稻秆和麦秆与鸡粪配比，鸡粪和玉米秆ｌ：１分别比鸡粪稻秆ｌ：ｌ，鸡粪麦秆ｌ：ｌ高出０．７％～４７．７％和１３．４％～３４．４％；２：１高出７．６％～３９．４％和４．７％～２８．１％；３：１高出１４．６％～７２．４％和１３．４％～５１．４％。
１０７．９％，鸡粪麦秆２：ｌ组增２６１．２％，鸡粪玉米秆２：１组增１５８．６％。
２．５纤维素酶对沼气产量的影响
秸秆中纤维素类物质的含量较高，不易被微生物降解，成为整个沼气发酵过程中的限速因素。
沼气发酵２８ｄ时向对照组中加入２０ｇ纤维素酶，添加后的结果见图６，加入纤维素酶组的沼气产量比空白组均有增加，增加幅
度在２．２％～１１７．３％。
就处理间而言，不同配比对纤维素。
尿素和纤维素酶对厌氧发酵的影响
尿素和纤维素酶对厌氧发酵的影响李敏;李轶冰;杨改河;王晓娇;任广鑫;冯永忠【摘要】[目的]研究尿素和纤维素酶对厌氧发酵产气效果的影响,为解决沼气发酵原料利用率低、实际沼气转化率和沼气产气量低等问题提供科学依据.[方法]以鸡粪和玉米秸秆(干物质(TS)质量比为2:1)为原料,采用自行设计的可控性恒温厌氧发酵装置,控制TS质量分数为8%,温度为(30±1)℃,在厌氧发酵的前期(装料时)、中期(正常发酵15 d时)和末期(正常发酵30 d时),分别添加尿素和纤维素酶,添加水平均设5,10,15,20 g/kg 4个水平,进行为期46 d的厌氧发酵,研究尿素和纤维素酶不同添加时期及不同添加水平对厌氧发酵产气特性的影响.[结果]尿素和纤维素酶的3个不同添加时期对产气量均没有显著影响,各个时期添加均可促进厌氧发酵的进行,提高累积产气量.尿素的最佳添加量为20 g/kg,前期、中期、末期添加20 g/kg尿素可使产气量较未加尿素的对照分别提高23.3%,18.3%和12.4%.纤维素酶的添加量对产气量没有显著影响,较好的添加方法为末期添加10 g/kg,该法可使累积产气量较未加纤维素酶的对照提高16.8%.[结论]添加尿素和纤维素酶均可促进厌氧发酵的进行,提高产气速率,添加尿素的效果更明显.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)002【总页数】6页(P165-170)【关键词】尿素;纤维素酶;厌氧发酵【作者】李敏;李轶冰;杨改河;王晓娇;任广鑫;冯永忠【作者单位】西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;陕西省循环农业工程技术研究中心,陕西,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】S216.4我国是一个农业大国，有9亿人口生活在农村，农村人口的生产和生活都需要消耗大量的能源。
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究摘要以农作物秸秆（稻草、小麦秆、玉米秆）为发酵原料，采用批量发酵工艺，在中温条件下（35 ℃±2 ℃）进行纯秸秆厌氧发酵产沼气潜力试验研究。
结果表明，中温条件下，秸秆的平均日产气量、总产气量和平均甲烷含量（体积分数，下同）玉米最高（分别为1.75 L、113.6 L、56%）；小麦次之（分别为1.62 L、105.4 L、55.4%）；稻草最低（分别为1.39 L、90.31 L、55.04%）。
稻草、小麦秆、玉米秆的产沼气潜力分别为0.41、0.48、0.51 L/g（总固体含量）。
Abstract The potential of biogas production in the process of crop stalks（rice stalk，wheat stalk，maize stalk）batch biogas fermentation under the moderate temperature（35 ℃±2 ℃）were investigated.The results indicated that the highest average production of biogas（per day），total production of biogas and average methane content were 1.75 L，113.6 L，56% respectively by using the maize stalk as raw material，for wheat stalk，these variables were 1.62 L，105.4 L，55.4% respectively，in the case of rice stalk，these variables were 1.39 L，90.31 L，55.04% respectively.The potential of biogas production was 0.41 L/g TS（rice stalk），0.48 L/g TS（wheat stalk）and 0.51 L/g TS（maize stalk）.Key words crop stalks；fermentation；biogas；prouduction；potential我国是农业大国，农作物秸秆过剩现象严重。
牛粪生产沼气的影响因素
1 影响因素 1.1 温度
甲烷菌能在 0耀80益的范围内生存袁 人工控制生产沼气以中 温 35耀37益为最佳发酵温区袁 此温度区间牛粪中的有机物易在 厌氧条件下经甲烷菌降解成沼气遥 发酵温度在 15耀20益时产沼 气率受到抑制袁 温度高于 60益以上产气多袁 但菌种老化速度 快遥 调浆温控制在 37耀42益袁 防止发酵罐内温度出现依5益的波 动遥 发酵罐体采取保温隔热材料防护袁 影响发酵产气的持续 性遥 发酵罐增加保温或增温措施是提高牛粪日产沼气量和产气 率的关键 [1]遥 1.2 菌种
1 畜禽养殖业粪污对环境影响的原因 目前袁 畜禽养殖业的养殖对象主要以鸡尧 鸭尧 牛尧 羊为
沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程遥 全混合式 渊CSTR) 厌氧消化池是当前用于较多的沼气生产消化器袁 在该 反应器里原料的进入和流出处于动态平衡状态袁 发酵液中的液 体尧 固体和微生物处于混合状态袁 出水有机物浓度与反应器内 料液浓度相等遥 其他条件具备情况下袁 产气率可达到 0.5耀0.8 以上袁 牛粪的发酵滞留期达到 30耀40d 以上遥 1.8 厌氧环境
渊2冤 中型沼气循环生产模式袁 目前这种模式在新农村建设 和小城镇建设方面作用突出袁 发展比较稳定袁 也符合美丽乡村 建设需求袁 如围绕小城镇分散养殖袁 粪污集中生产沼气向社区 供气袁 弥补天然气管网无法覆盖的社区尧 为农村城镇民用和工 业生产提供能源遥
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究沼气是一种由厌氧菌在生物质有机物降解过程中产生的可燃气体，其中主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。
由于沼气具有清洁、环保、低成本等优点，近年来被广泛应用于生产和生活领域。
为了提高沼气产量和质量，需要进一步研究沼气产生过程中各种因素的影响。
本文研究了不同恒温条件下厌氧发酵产生的沼气成分变化。
实验采用了常见的生物质有机物——玉米秸秆作为发酵底物，设置了三种恒温条件：35℃，45℃和55℃，并在相同条件下进行了连续15天的厌氧发酵实验。
在实验过程中，每隔一天对沼气成分进行采样分析，测定其中甲烷和二氧化碳的含量，并计算出甲烷产量和甲烷产率。
实验结果表明，不同恒温条件下沼气的甲烷和二氧化碳含量存在一定差异。
在35℃条件下，沼气中甲烷含量为50%左右，二氧化碳含量为45%左右，而在45℃和55℃条件下，甲烷含量分别提高至55%和60%，二氧化碳含量相应下降至40%和35%左右。
说明在较高的温度下，厌氧菌更容易将有机物转化为甲烷，甲烷产量和甲烷产率也随之提高。
此外，在不同恒温条件下，沼气产生过程的速率也有所不同。
在35℃条件下，沼气产生速率较缓慢，15天内仅产生了约2.8L沼气；而在45℃和55℃条件下，沼气产生速率明显加快，15天内分别产生了约6.5L和8.2L沼气。
因此，在实际应用中，为了提高沼气产量和速率，应尽可能选择较高的温度条件进行沼气发酵。
综上，本文通过实验研究了不同恒温条件下厌氧发酵产生的沼气成分变化情况。
实验结果表明，在较高的温度下沼气产量和甲烷产率均有所提高。
此外，实验结果还可以为生物质资源的利用和沼气发酵工艺的优化提供一定的参考和指导。
沼气发酵原料产气特性及原料产气率汇总
沼气发酵原料产气特性及原料产气率汇总理论上，绝大部分有机物都可以作为沼气发酵原料，沼气发酵原料一般可分为四大类：农业类发酵原料、工业类发酵原料、市政废弃物类发酵原料和水生植物废弃物发酵原料。
本期对这四大类沼气发酵原料产气特性及原料产气率进行了整表汇总。
畜禽粪污表1、畜禽粪污原料特性及原料产气率畜禽粪便作为沼气发酵的原料有许多优势：①碳氮比一般在15:1~30:1，十分适合厌氧微生物的生长。
②具有较高的缓冲能力，能应对不严重的酸化现象。
③一些畜禽粪便(如牛粪、鹿粪)中含有瘤胃微生物，可以为沼气发酵体系补充沼气发酵菌种。
然而，畜禽粪污作为沼气发酵原料也有一些限制因素：①畜禽粪污体积大、干物质含量比较低，鲜粪一般小于30%，冲洗污水低于3%，所以单位体积原料的沼气产量比较低，原料或沼液的运输成本较高。
②饲料中重金属和抗生素的添加量日趋加大，重金属和抗生素会影响沼气发酵过程以及沼渣、沼液的处理和还田利用。
③畜禽粪污中氮的含量较高，容易造成沼气发酵体系氨抑制。
为解决上述问题，通常将畜禽粪污和易降解种植业废弃物混合发酵，畜禽冲洗污水可以用于稀释其他发酵原料，相对于畜禽粪污原料单一发酵，混合发酵体系更加稳定。
不同种类的畜禽粪便，具有不同的理化特性，会影响沼气工程的效率和稳定性。
在沼气工程设计时，需要特别注意：①牛粪中草较多，沉淀物较少，浮渣量多于沉渣量。
奶牛粪含砂量还比较高，要注意除砂。
②猪粪中草和沉淀物都比较多，沉渣量多于浮渣量，由于冲洗污水量较大，所以猪场粪污水量大，浓度低，升温困难，冬季产气少。
③鸡粪中含有羽毛、砂石，发酵过程中沉渣较为结实。
另外，不同于奶牛粪中的砂，鸡粪中的砂石包裹于有机物中，所以对砂的去除更为困难。
④羊粪和兔粪中含草较多，呈颗粒状，需要在预处理阶段设置泡粪池，使其中的有机物尽可能溶于料液中。
农作物秸秆表2、农作物秸秆原料特性及原料产气率相对于畜禽粪便，农作物秸秆干物质含量高，单位鲜重的沼气产气率高，对原料和沼渣的运输也较为容易。
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
沼气是一种具有高能量密度和低碳排放的可再生能源，可被广泛应用于能源生产、农业生产和环境保护等领域。
恒温是影响沼气发酵的重要因素之一，本文旨在研究不同恒温条件下沼气的产生和成分变化规律。
实验设计为在不同恒温条件下进行厌氧发酵实验，依次为30℃，35℃，40℃，每个实验组设置3个重复。
实验采用1L容积的发酵器，以牛粪为原料，添加适量的水和纤维素酶作为混合物，控制pH值在6.5～7.5之间，进行30天的发酵实验。
实验期间收集沼气样本进行成分分析，同时对温度、pH值、COD浓度等进行检测。
实验结果表明，在不同恒温条件下沼气产量存在明显差异。
30℃下沼气产量最低，平均为70mL/d，35℃和40℃下沼气产量分别达到平均120 mL/d和150 mL/d，其中40℃下沼气产量最高。
此外，不同恒温条件下沼气的CH4含量和CO2含量也存在差异，30℃和35℃下CH4含量分别为60%和65%，CO2含量分别为40%和35%；40℃下CH4含量和CO2含量分别为70%和30%。
研究发现，在不同恒温条件下沼气成分的变化规律主要受到两个因素的影响：一是厌氧菌的优劣；二是厌氧发酵的代谢途径。
随着温度升高，厌氧菌的代谢活性增强，沼气产量和CH4含量随之提高。
但过高的温度会破坏厌氧菌的细胞结构和代谢途径，影响沼气产量。
此外，厌氧发酵涉及到丰富的微生物种群和代谢途径，不同种类和比例的微生物对沼气成分和产量的影响也不同。
不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响_熊仕娟
第34卷第12期2014年12月环境科学学报Acta Scientiae CircumstantiaeVol．34，No．12Dec．，2014基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（No．Nycytx-35-gw16）；国家科技支撑计划项目（No．2007BAD87B10）Supported by the Special Fund of China Agriculture Ｒesearch System （No．Nycytx-35-gw16）and the National Key Technology Ｒ＆D Program （No．2007BAD87B10）作者简介：熊仕娟（1990—），女，E-mail ：xiongshijuan5@163．com ；*通讯作者（责任作者），E-mail ：xuwei_hong@163．com Biography ：XIONG Shijuan （1990—），female ，E-mail ：xiongshijuan5@163．com ；*Corresponding author ，E-mail ：xuwei_hong@163．comDOI ：10．13671/j．hjkxxb．2014．0668熊仕娟，徐卫红，杨芸，等．2014．不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响［J ］．环境科学学报，34（12）：3158-3165Xiong S J ，Xu W H ，Yang Y ，et al ．2014．Effects of microbes and cellulase in pig manure fermentation at different temperature ［J ］．Acta Scientiae Circumstantiae ，34（12）：3158-3165不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响熊仕娟，徐卫红*，杨芸，王崇力，江玲，周坤，刘俊，张明中西南大学资源环境学院，重庆400715收稿日期：2014-02-14修回日期：2014-03-18录用日期：2014-03-20摘要：采用恒温发酵培养试验，研究了5ħ和25ħ时分别接种纤维素酶（X ）、枯草芽孢杆菌（K ）和EM 菌（E ）及其组合对新鲜猪粪发酵中的全氮、铵态氮、有机质、pH 及微生物数量的影响．结果表明，5ħ条件下，猪粪中微生物生长受抑制，细菌、真菌、放线菌数量均明显低于25ħ，发酵终期猪粪有机质含量为70% 83%，pH 值为7．16 7．36；25ħ条件时，发酵终期猪粪有机质含量降至61% 72%，pH 值升至8．09 8．94．与对照相比较，25ħ下添加微生物和纤维素酶的处理有机质含量降低了2．95% 7．70%（除了K 和XE 处理），C /N 值降低了4．04% 37．59%（除了XK 处理），pH 值增加了1．7% 26．8%．在总的添加量一致的条件下，发酵剂组合KE 、XE 、XK 、XKE 对猪粪发酵的效果优于单一发酵剂的X 、K 、E 处理．关键词：温度；枯草芽孢杆菌；EM 菌；纤维素酶；理化特性；猪粪发酵文章编号：0253-2468（2014）12-3158-08中图分类号：X705文献标识码：AEffects of microbes and cellulase in pig manure fermentation at different temperatureXIONG Shijuan ，XU Weihong *，YANG Yun ，WANG Chongli ，JIANG Ling ，ZHOU Kun ，LIU Jun ，ZHANG MingzhongCollege of Ｒesources and Environmental Sciences ，Southwest University ，Chongqing 400715Ｒeceived 14February 2014；received in revised form 18March 2014；accepted 20March 2014Abstract ：The study was conducted to investigate the effects of single or combined treatments of cellulase （X ），Bacillus subtilis （K ）and effective microorganisms （E ）on contents of total N ，NH +4-N and organic material ，value of T and pH ，and microbial quantity during pig manure fermentation at 5ħand 25ħ，respectively．The results showed that the microbial growth was obviously inhibited at 5ħ，and the quantities of bacteria ，fungi ，and actinomycetes were significantly lower than those at 25ħ．The content of organic matter was 70% 83%，and the pH value is 7．16 7．36after treatment at 5ħ．While in the end of culture at 25ħ，the content of organic matter decreased to 61% 72%，and the pH increased to 8．09 8．94．Compared with the control in which pig manure was not fermented microbes and cellulase ，the content of organic matter decreased by 2．95% 7．70%（except K and XE ），the value of C /N decreased by 4．04% 37．59%（except XK ），and the value of pH increased by 1．7% 26．8%when treated with microbes and cellulase at 25ħ．The effects of combined treatments with cellulase （X ），Bacillus subtilis （K ）and effective microorganisms （E ）on pig manure fermentation ，such as KE ，XE ，XK or XKE ，were superior to the single treatment of X ，K or E with the same inoculation amount．Keywords ：temperature ；bacillus subtilis ；ecological microorganisms ；cellulase ；physicochemical properties ；pig manure fermentation1引言（Introduction ）近年来，我国畜禽养殖场的集约化、规模化、商品化发展产生了大量畜禽排泄物和废弃物．畜禽粪便中含有大量病原微生物和各种寄生虫卵，如不及时加以处理和合理利用，将造成严重的有机污染和12期熊仕娟等：不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响生物污染，危害人畜的健康．2010年，我国平均每公顷耕地的畜禽粪便污染量为1．86t，畜禽粪便已成为当前我国农业面源污染的最主要污染源之一（仇焕广等，2013．），减少畜禽粪便的污染并进行资源化利用已成为十分紧迫的任务．将畜禽粪便发酵腐熟不仅减少环境污染，且腐熟后的粪便可作为优质的有机肥资源．畜禽粪便发酵的实质是有机物质在微生物的作用下进行矿质化和腐殖化，同时利用产生的生物热杀灭粪便中的病原物而达到无害化目的（夏炜林等，2007）．因此，微生物对畜禽粪便发酵至关重要．然而，传统的畜禽粪便发酵方法劳动强度大，生产周期长而肥效低，规模化生产极受限制．近年来，国内外对接种微生物的筛选及其对畜禽粪便发酵的影响方面做了大量研究（陈昭辉，2006；冯致等，2013；何志刚，2007；霍培书等，2013；李杰等，2014；刘克锋等，2003；Sasaki et al．，2006；孙晓华等，2004；Wakase et al．，2008；王伟东等，2008；王宇，2008；赵明梅等，2007）．接种微生物发酵剂可以改善畜禽发酵粪便的理化性状，减少臭味，促进畜禽粪便发酵快速腐熟，极大弥补了畜禽粪便传统发酵的不足（冯致等，2013；霍培书等，2013；李杰等，2014；Sasaki et al．，2006；Wakase et al．，2008；王宇，2008；赵明梅等，2007）．温度是影响堆肥反应速率的决定性因素，它可制约微生物的活性及有机物的降解速度，从而影响堆肥进程．研究显示（Avnimelech et al．，2004；Bach et al．，1984；李国学，2003），温度过高或过低都会降低微生物的活性而影响有机质的降解效果，不利于堆肥的腐熟．目前，粪便发酵相关研究大多集中在微生物菌剂对堆肥发酵结果的影响，而对不同温度下接种不同发酵剂组合及其混合比例对畜禽粪便发酵过程中基本理化指标的变化方面研究甚少．为此，本研究采用室内气候培养箱，分别于5ħ和25ħ两个温度条件下，研究了枯草芽孢杆菌、EM菌和纤维素酶3种发酵剂及其组合对猪粪发酵过程中pH 值、铵态氮、有机质、全氮、C/N、微生物数量的变化特征的影响，旨在为筛选不同温度下猪粪发酵最佳微生物种类及组合提供科学依据．2材料与方法（Materials and methods）2．1供试材料供试猪粪采自重庆市北碚区，采样时间是2013年3月1日．采来的猪粪用塑料袋装好，放于－20ħ的冰箱中冷冻保存备用．供试猪粪基本理化性质为：有机质80．1%、全氮3．65%、全磷1．36%、全钾0.45%、C/N13．27、含水量75%、pH7．41．实验用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）购买自南京便诊生物科技有限公司，配制成菌液浓度约7．2ˑ106个·mL－1；EM菌，购买自河南中广集团天义生物谷，配制成菌液浓度约100亿·mL－1；纤维素酶规格为40U·mg－1，购买自上海如吉生物科技发展有限公司．2．2实验方案将采来的猪粪调节水分含量至65% 70%，分装于玻璃发酵罐中（发酵罐高度121mm，罐身直径72．1mm，罐口内径52．6mm，公称容量380mL），5ħ每个发酵罐装样110g，25ħ装样40g．用封口膜封口（可透气），于115ħ灭菌15min，自然冷却．向灭菌后的猪粪中添加EM菌（E）、枯草芽孢杆菌（K）、纤维素酶（X）及其组合，对照为不添加菌剂．枯草芽孢杆菌和EM菌的接种量均设为0．2%，纤维素酶的添加浓度为30U·g－1，8个处理（表1），3个重复，分别置于（5ʃ1）ħ和（25ʃ1）ħ的气候培养箱中进行恒温培养，控制气候培养箱湿度为60%．发酵过程中不添加任何微量元素和营养元素．分别于发酵第0、3、6、9、12、15、18天取样，每次取样为一个重复中的多点混合样，分析测定猪粪铵态氮、全氮、有机质、C/N、pH、微生物数量．表1实验处理和微生物接种量Table1Experimental treatment and microbial inoculation amount发酵温度代号处理纤维素酶/（U·g－1）枯草芽孢杆菌EM菌5ħ和CK X0K0E000025ħX X1K0E03000K X0K1E000．2%0E X0K0E1000．2%XK X1K1E0300．2%0XE X1K0E13000．2%KE X0K1E100．11%0．09%XKE X1K1E1300．11%0．09%注：CK为不添加微生物和纤维素酶的对照处理；X为纤维素酶；K为枯草芽孢杆菌；E为EM菌．2．3测定项目及方法pH测定采用pH计法，有机质测定采用K2Cr2 O7容量法，铵态氮测定采用2mol·L－1KCl浸提-凯氏蒸馏法，全氮测定采用H2SO4-H2O2消煮-凯氏蒸馏法，全磷测定采用H2SO4-H2O2消煮-钒目黄比色9513环境科学学报34卷法，全钾测定采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法，有机质测定采用重铬酸钾容量法（杨剑虹，2008）；微生物数量统计采用涂布平板计数法（范秀容，1998）；细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养；真菌采用马丁氏培养基培养；放线菌采用高氏1号培养基培养．2．4数据处理本研究所列结果为3次重复的测定值，数据方差分析和多重比较采用SPSS18．0统计软件进行．3结果（Ｒesults）3．1不同处理猪粪发酵的表观变化在整个发酵过程中，5ħ条件下发酵的猪粪均存在刺激臭味，且表观无明显变化；25ħ发酵的猪粪在接种第5天，添加了纤维素酶的猪粪都明显长出了白色菌丝，发酵后期枯草芽孢杆菌处理的猪粪出现了微锯齿状的淡黄色枯草芽孢杆菌菌落．在发酵中后期，经发酵剂处理的猪粪逐渐有腐熟的气味，猪粪质地疏松，部分猪粪由原来的黑色变为黑褐色，添加了纤维素酶的处理发酵效果最为明显．经发酵剂处理的猪粪其表观状态发生变化均早于对照，变化也比对照明显，此外，发酵剂组合处理表观变化也优于单种发酵剂处理．3．2不同处理铵态氮含量的变化由图1可知，5ħ中各处理铵态氮含量变化趋势一致，均先下降后上升，发酵结束时，E、XK、XE、XKE、K处理铵态氮含量依次比对照高19．90%、16.58%、15．63%、9．95%、0．85%，X和KE处理分别比对照低4．51%、2．54%．25ħ试验中除了对照处理铵态氮含量变化平缓，其他处理铵态氮含量变化趋势与5ħ相似，发酵终期对照处理铵态氮含量最多，比其他处理高1．17 1．89mg·kg－1，其中XK、KE 处理铵态氮含量比对照低27．3%、19．5%，低于其他处理．由于EM菌含有大量乳酸，产酸能力强，减少了氨的挥发损失，25ħ中E处理铵态氮含量上升的时间早于其它处理，且发酵中铵态氮含量较高．发酵终期5ħ和25ħ中所有处理猪粪中铵态氮含量均大于5000mg·kg－1，含量较高．3．3不同处理有机质、全氮、C/N的变化由发酵中有机质含量的变化（图2a和图3a）可知，在5ħ试验中，前9d各处理有机质含量均呈下降变化，且经发酵剂处理的猪粪有机质均比对照低，随后呈升-降-升的变化趋势．发酵终期有机质含图15ħ（a）和25ħ（b）时发酵猪粪铵态氮含量的变化Fig．1Changes of NH+4-N concentration in5ħ（a）and25ħ（b）（CK为对照，不添加发酵剂；X为纤维素酶处理，添加浓度30 U·g－1；K为枯草芽孢杆菌处理，添加量0．2%；E为EM菌剂处理，添加量0．2%；XE为纤维素酶和EM菌混合菌剂处理，添加量为纤维素酶30U·g－1，EM菌剂0．2%；KE为枯草芽孢杆菌和EM菌混合菌剂处理，总添加量0．2%，混合比例11ʒ9；XK为纤维素酶和枯草芽孢杆菌混合菌剂处理，添加量为纤维素酶30U·g－1，枯草芽孢杆菌0．2%；XKE为纤维素酶、枯草芽孢杆菌、EM菌混合菌剂处理，添加量为纤维素酶30U·g－1，EM菌和枯草芽孢杆菌总添加量0．2%，混合比例11ʒ9，下同）．量均在70% 83%范围，其中CK、K、E、XK、XKE处理有机质含量分别较发酵初始增加了0．28%、3.26%、3．82%、3．62%、4．54%，其余处理均有所降低，与对照相比，X、XE、KE处理有机质降低了2.10%、10．63%、6．35%，其余处理比对照高3．79% 5.43%．与5ħ相比，25ħ条件下猪粪有机质降解效果更好，发酵终期所有处理有机质含量均降至61% 72%范围，较发酵0天下降了12．29% 29.94%，其中X处理有机质含量最低，K和XE处理比对照高5．87%和7．42%，其余处理比对照低2.95% 7．70%．在5ħ和25ħ试验中，全氮含量在前期均呈下降变化（图2b和图3b），与发酵0天相比，发酵终期25ħ试验中E、X、XE处理全氮分别增加了0．42%、0．09%、0．04%，其余处理均降低了0.34% 0．82%，而5ħ发酵终期所有处理全氮下降了0．44% 0．94%，且25ħ全氮含量上升的时间早于5ħ．C/N值与有机质变化趋势基本一致（图2c和图3c）．与发酵0天相比，5ħ实验在发酵终期061312期熊仕娟等：不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响图25ħ时发酵猪粪有机质（a ）、全氮（b ）、C /N （c ）的变化Fig．2The changes of organic material （a ），total N （b ），C/N （c ）in 5ħ表25ħ和25ħ时猪粪发酵终点的总有机碳、C /N 及T 值Table 2Values of TOC ，C /N and T at the end of fermentation in 5ħand 25ħ发酵温度/ħ处理总有机碳全氮C /N T 值5CK 45．53%3．09%14．721．11K 47．25%3．31%14．261．07X 44．57%2．97%15．021．13E 47．58%3．32%14．351．08XE 40．69%3．09%13．180．99XK 47．47%3．47%13．681．03KE 42．64%3．36%12．700．96XKE 48．00%3．07%15．661．1825CK 38．73%2．67%14．511．09K 41．00%2．96%13．841．04X 35．74%3．39%10．560．80E 37．43%3．72%10．070．76XE 41．60%3．33%12．480．94XK 37．58%2．48%15．171．14KE 36．52%2．83%12．910．97XKE36．21%2．79%12．990．98所有处理C /N 值均有所增加，C /N 值均在12 16之间，除了X 和XKE 处理C /N 值比对照高2．04%和6．36%，其余处理比对照低2．53% 13．75%；而25ħ实验在发酵终期各处理C /N 值均下降了0．56 5．66，其中X 、E 、XE 处理下降幅度较大，分别降低了5．17、5．66、3．25，除了XK 处理C /N 值比对照高4.53%，其余处理均比对照低4．04% 37．59%．5ħ和25ħ试验在发酵结束时各处理猪粪C /N 值均低于16，T 值均大于0．6，但5ħ中T 值均高于25ħ（表2）．图325ħ发酵实验中有机质（a ）、全氮（b ）、C /N （c ）的变化Fig．3Changes of organic material （a ），total N （b ）and C /N （c ）in 25ħ3．4不同处理pH 值的变化5ħ和25ħ条件下发酵的猪粪其pH 变化趋势明显不同（图4）．5ħ试验中（图4a ）各处理猪粪pH 普遍呈降升降的变化趋势，发酵终期各处理pH 值均在7．16 7．36范围，比发酵初始pH 降低了0．28 0．48，其中X 、XE 处理pH 比对照低0.04和0.07，其余处理均高于对照，XKE 处理pH 最高，为7.36．25ħ试验中（图4b ）pH 变化情况明显与5ħ1613环境科学学报34卷不同，除了对照和E 处理pH 值较低且变化趋势平缓，其它处理pH 值均明显增加，发酵终期，CK 和E 处理pH 值分别为7．05和7．17，其余各处理pH 值均升高到8．09 8．94范围，其中X 、XE 、XK 处理pH 较高．图45ħ（a ）和25ħ（b ）时发酵猪粪pH 的变化Fig．4Changes of pH in 5ħ（a ）and 25ħ（b ）3．5不同处理细菌、真菌、放线菌数量的变化5ħ和25ħ实验中，细菌、真菌、放线菌的数量变化趋势各有不同，但对照处理微生物均最低且变化平缓，微生物数量大小均表现为细菌＞真菌＞放线菌（图5和图6）．5ħ中发酵初始阶段细菌、真菌、放线菌数量变化均不大，在发酵前3d ，CK 、K 、X 3个处理的猪粪中均未检测出放线菌，随后微生物数量急剧增加，细菌数量表现为发酵剂组合处理高于单种发酵剂处理，真菌数量表现为X 、E 、XE 、XK 、XKE 处理明显高于其他处理，数量增加的时间也较早，放线菌则表现为X 处理明显低于其他处理，随后细菌数量一直减少，真菌和放线菌数量先降低后有所增加（图5）；而25ħ试验中，发酵开始时微生物数量增加明显，在发酵过程中经发酵剂处理的猪粪中微生物数量均明显高于对照，细菌和真菌在发酵6到15d 保持较高的数量，此阶段放线菌数量出现极小值，这是由于细菌和真菌生长旺盛，有机物竞争消耗大，在发酵结束时XE 和KE 处理的细菌和放线菌数量分别最高（图6）．综合5ħ和25ħ中各处理细菌、真菌、放线菌数量变化情况分析，在发酵的9到12d是微生物生图55ħ时发酵猪粪中细菌（a ）、真菌（b ）、放线菌（c ）数量的变化Fig．5Changes of bacterial （a ），fungi （b ）and actinomycetes （c ）quantity in 5ħ261312期熊仕娟等：不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响图625ħ时发酵猪粪中细菌（a ）、真菌（b ）、放线菌（c ）数量的变化Fig．6Changes of bacterial （a ），fungi （b ）and actinomycetes （c ）quantity in 25ħ长繁殖较旺盛的时期，25ħ发酵中猪粪微生物数量明显高于5ħ，说明低温对微生物生长繁殖有强烈抑制作用．在发酵过程中发酵剂组合为XK 、XE 、KE 、XKE 的处理微生物数量普遍高于只添加1种微生物的X 、K 、E 处理，对照处理微生物数量变化平缓且比其它处理低．4讨论（Discussion ）温度是堆肥腐熟的重要保证，可通过影响微生物活性和有机物降解速率而影响发酵进程．本研究中，5ħ和25ħ条件下的猪粪的发酵效果明显不同．25ħ发酵条件下，除了对照和E 处理，其它处理的pH 值均上升至8．0 9．0，达到了腐熟有机肥对pH 值的条件要求（朱凤香等，2010），而5ħ条件下，各处理猪粪pH 值整体呈下降变化．说明5ħ条件下有机质矿化产生的铵态氮少，同时硝态氮的积累使H +增加（高红梅，2011），导致猪粪pH 值降低．E 处理由于所添加的EM 菌剂中含有大量的乳酸菌，在发酵过程中产酸较多，故pH 一直保持较低值（周海柱等，2010）．氮作为微生物的主要营养物质，其含量变化可直接反映微生物的活动和有机质的分解状况（Zucconi et al ．，1981）．本研究中，无论是在5ħ还是25ħ条件下，全氮和铵态氮含量均大体呈现先下降后上升的变化．铵态氮变化与堆肥中铵态氮先升高后降低的变化规律不相一致（曹喜涛等，2004；霍培书等，2013；江志阳等．2008．；马开星等，2011；牟克珺，2008），其原因可能是前人的研究方式是堆肥，升温和高温阶段促进了氨的挥发，而本研究中猪粪发酵是在恒温和封口的发酵罐中进行，不利于氨的挥发．中前期由于猪粪中微生物的固氮作用、铵的硝化作用及部分氨的挥发损耗了铵（鲍艳宇等，2008；曹喜涛等，2004），后期微生物氨化作用和有机质矿化作用增强，同时部分有机碳仍在转化为CO 2，使NH 3的挥发损失减少，铵态氮含量增加，全氮含量也上升．值得注意的是，25ħ中对照和E 处理中铵态氮含量变化较平缓且高于其他处理，这是由于两个处理中pH 值低，减少了氨的挥发，此外，对照中微生物数量少，减少了微生物对氮的固定．研究表明（张桥等，2004），当有机肥NH +4-N 含量低于400mg ·kg －1时，可认为有机肥发酵腐熟．本研究中，发酵终期不同温度下所有处理猪粪中铵态氮含量均远高于400mg ·kg －1，这与发酵罐透气量少，使氨挥发受阻有很大关系．此外，温度恒定也杜绝了高温对氮素挥发的激发（鲍艳宇等，2008）．有机质是畜禽粪便发酵的影响因素之一，其含量变化也作为有机肥腐熟的参考指标．本研究中，不同发酵温度下各处理有机质变化情况差异明显．5ħ试验中各处理有机质含量在发酵前后变化不明显，而25ħ试验中各处理有机质含量在发酵结束时降至70%，达到了腐熟有机肥对有机质含量的要求．说明5ħ低温抑制了微生物的生长，不利于猪粪发酵．理论上堆肥过程中随着有机物的降解有机质应先下降而后慢慢稳定，但本研究与之不符，这主要是由于自然温度条件下，堆肥过程中有机质含量变化主要分为升温期、高温期、降温期、稳定期四个阶段，其中升温期和高温期均是有机碳分解的关键时期（贾月慧等，2008），而本研究是在5ħ和25ħ恒温条件下于发酵罐中进行发酵，低温和常温对有机质的分解作用不及高温．碳、氮分别作为微生物的能源物质和营养物质，其比值C /N 是评价粪便发酵腐熟度常用的方法之一．C /N 指总有机碳与全氮的比（文启孝，1984）．本研究中，5ħ和25ħ发酵中C /N 变化呈相反的趋势，发酵终期前者C /N普遍高于后者．在大多数堆肥研究中（曹喜涛等，2004；胡红伟等．2013；霍培书等，2013；马开星等，2011；沈根祥等．2009），随着有机肥的腐熟，C /N 呈一路下降的趋势变化，而本研究结果与之不相符，其原因如上述全氮和有机质含量的变化原因所述．Morel 等（Morel et al ．，1985）指出，当堆肥原料初始碳氮比值较低时，宜采用T =（终点C /N ）/（初始C /N ）来评价粪便发酵的腐熟度，且T 值小于0．6时堆肥达到腐熟．本研究中，发酵终期5ħ和25ħ中所有处理猪粪T 值均大于0．6，5ħ中T 值均高于25ħ（表2），所有处理猪粪并未达到完全腐熟．畜禽粪便腐熟是微生物参与的结果，因此分析3613环境科学学报34卷粪便中微生物数量的变化对于了解粪便发酵进程至关重要（马开星等，2011；Tuomela et al．，2000）．本研究中，25ħ发酵条件下，各处理细菌、真菌、放线菌数量均明显高于5ħ，且25ħ条件下猪粪中微生物数量上升明显比5ħ快，添加发酵剂的处理微生物数量明显高于对照，发酵剂组合处理微生物数量高于单种发酵剂处理．说明添加发酵剂可明显提高猪粪微生物数量，而微生物之间具有生长代谢协调促进作用，发酵剂组合处理比单种发酵处理更能促进微生物的生长，而在5ħ的低温条件下，微生物生长繁殖会受到强烈抑制，微生物数量低，不利于快速启动粪便发酵．研究还发现，无论5ħ或25ħ条件下，各处理猪粪中均是细菌数量最多，这与刘婷（2002）和刘佳（2011）的研究结果相似．粪便发酵中细菌数量占优势可能与细菌比表面积大便于快速吸收可溶性底物进行大量生长繁殖有关（刘善江等，2011；刘婷等，2002）．值得注意的是，发酵过程中未添加真菌或放线菌的处理中仍检测出一定数量的真菌和放线菌，这可能是由于猪粪115ħ灭菌不够彻底或细菌在发酵过程中分解糖类、淀粉、蛋白质等营养物质，促进了其他微生物生长繁殖，也可能是在发酵过程中猪粪受到其它菌物的感染．5结论（Conclusions）低温（5ħ）明显抑制微生物的生长繁殖，微生物数量低，发酵结束时，猪粪的铵态氮含量≥5000 mg·kg－1，有机质含量≥70%，pH值低于发酵初始值7．63；25ħ发酵中，猪粪微生物数量高，接种微生物能明显促进猪粪有机物的降解，发酵结束时各处理pH升高至8．0 9．0之间，有机质含量降至70%左右，在总接种量相同的条件下，KE、XE、XK、XKE处理发酵效果好于只添加一种微生物的X、K、E处理，尤其是含纤维素酶的XE、XK、XKE处理对猪粪发酵的效果较为突出．责任作者简介：徐卫红（1969—），女，教授，从事植物营养与农产品安全的研究．E-mail：xuwei_hon g@163．com．参考文献（Ｒeferences）：Avni melech Y，EilatＲ，Porat Y，et al．2004．Factors affecting the rate of window composting in field studies［J］．Compost Science＆Utilization，12（2）：114-119Bach P D，Schoda M，Kubota H．1984．Ｒate of composting of dewatered sewages ludge in continuously mixed isothermal reactor［J］．Journal of Fermentation 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第25卷第2期农业工程学报V ol.25No.2 1882009年2月Transactions of the CSAE Feb.2009不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响白洁瑞1,2，李轶冰1,2※，郭欧燕2,3，杨改河1,2，任广鑫1,2，冯永忠1,2，李勇4（1．西北农林科技大学农学院，杨凌712100；2．陕西省循环农业工程技术研究中心，杨凌712100；3．西北农林科技大学资源环境学院，杨凌712100；4．金坛市农林局土肥站，金坛213200）摘要：提高农村户用沼气的产气量和秸秆等农业废弃物利用效率，是当前循环农业领域面临的主要问题。
通过利用自行设计的可控性厌氧发酵装置，在室内模拟农村户用沼气发酵过程，研究在不同温度条件下作物秸秆和禽畜粪便配比以及添加尿素和纤维酶对沼气产量的影响。
结果表明，20～35℃范围内，粪秆配比的产气量随温度升高而升高。
35℃条件下，2.5kg料液发酵50d，鸡粪和秸秆配比（干物质量比）以2︰1的产气量高于其它粪秆比例，其中鸡粪与玉米秆2︰1(干物质量比)总产气量最高，达51120mL。
在发酵中期（发酵后28d），向2.5kg发酵料液中添加2.5g尿素和2.0g纤维素酶，均显著提高沼气产量，平均增加99.8%和40.8%，且鸡粪与麦秆2︰1配比产气量增幅最大，分别为261.2%，117.3%。
研究20℃粪秆厌氧发酵环境pH值动态变化，表明其呈动态变化，发酵初期pH值平均为6.8，发酵中期平均为6.4，随后缓慢回升至6.6。
因此，适宜的温度，合理的秸秆配比、添加一定量酶和尿素是提高产气量的有效措施。
关键词：尿素，沼气，纤维素酶，粪秆配比，产量中图分类号：X382，X503.231文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-2-0188-06白洁瑞，李轶冰，郭欧燕，等.不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响[J].农业工程学报，2009，25(2)：188－193.Bai Jierui,Li Yibing,Guo Ouyan,et al.Effects of ratios of manure and straw,urea and cellulose on biogas yields at different temperatures[J].Transactions of the CSAE,2009,25(2)：188－193.(in Chinese with English abstract)0 引言如何利用秸秆和粪便提高沼气产量已成为亟待解决的问题。
国内外在这方面做了大量研究。
刘德江研究表明，与羊粪、猪粪相比，牛粪能提高发酵气体中的CH4含量[1]。
张瑞红在用稻草发酵产沼气中,采用研磨和切碎两种物理预处理方法处理稻草[2]。
发现研磨比切碎的预处理方法可提高产气量12.5%。
罗清明等用NaOH化学处理玉米秸秆，秸秆细胞壁结构和化学成分发生了明显变化，提高沼气产量[3]。
一般农作物秸秆的碳氮比为70︰1，畜禽粪便为15︰1，微生物产生沼气的最佳碳氮比为25︰1。
因而研究秸秆和粪便的合理配比具有重要意义。
微生物产生沼气不仅受原料配比的影响，而且还受温度及一些外源物的影响。
向沼气发酵壶中添加的外源物即指从产沼气发酵系统以外加入的以期提高沼气产量、甲烷含量的物质,如微生物、酶、营养物质、代谢促进物、吸附剂、螯合剂[4]。
沼气发酵与温度有密切关系,微生物活性一般在30～40℃最大，过高或过低都会影响沼气产量。
Nalik 等人研究发现添加尿素能调节碳氮比，沼气产量可提高8%～11%[5]。
吕淑霞等研究表明，发酵物中添加固体纤维收稿日期：2008-06-06修订日期：2008-12-15基金项目：国家自然科学基金（30700482）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2007C103）；西北农林科技大学生物质能源研究专项（07ZR050）作者简介：白洁瑞，女，山西侯马人，主要从事沼气发酵研究。
杨凌西北农林科技大学农学院，712100。
Email：bjr0414@※通讯作者：李轶冰，女，河南鹤壁人，博士，主要从事生态农业与循环农业技术研究。
杨凌西北农林科技大学农学院，712100。
Email:liyibing@ 素酶,甲烷产率可提高52.1%，添加液体纤维素酶,提高幅度可高达88.8%[6]。
然而综合研究粪秆配比、温度及外源物质对沼气产量的研究较少。
本试验研究不同温度下，鸡粪和稻秆、麦秆、玉米秆等3种秸秆的不同配比对沼气产量的影响，并探索尿素和纤维酶对沼气产量的作用，旨在为提高沼气产量提供理论依据。
1材料和方法1.1厌氧消化试验装置本试验所用试验装置为陕西省循环农业工程技术研究中心实验室自行设置的可控性恒温厌氧发酵装置，主要由发酵装置、集气装置及控温装置3部分组成如图1所示。
为了便于实际操作和节约成本，选用5L塑料壶作为发酵瓶。
塑料壶用6号橡胶塞密封，橡胶塞上设有导气口。
集气装置由1000mL集气瓶和2.5L塑料壶连接而1.温控箱2.温度传感器3.加热丝4.发酵壶5.恒温水槽6.集气瓶7.量筒图1可控性恒温厌氧发酵装置Fig.1Controllable and constant temperature anaerobicfermentation device第2期白洁瑞等：不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维酶对沼气产量的影响189成。
发酵装置和集气装置由橡胶管连接。
将发酵装置放置于水槽内，用1000W地热丝加热，智能温度控制仪（型号为PC-1000）、继电器控制和显示发酵温度，温度波动范围为±1℃。
1.2试验材料试验原料：风干秸秆（水稻、小麦和玉米秸秆），取自杨凌崔西沟村，采用锤式粉碎机粉碎成3～5cm左右，便于生物降解；鸡粪取自西北农林科技大学附近一养鸡场。
试验接种物：常温厌氧发酵沼气池的发酵底物，取自西北农林科技大学附近沼气示范村（崔西沟村）。
其它材料：尿素，相对分子质量60.06，含N量46.6%，天津市天力化学试剂有限公司提供（生产）。
纤维素酶，活性为1000U/g，北京雯博星生物技术有限责任公司提供（生产）。
1.3试验设计1.3.1试验方法秸秆预处理：将秸秆（水稻秸秆，小麦秸秆，玉米秸秆）粉碎后喷施同一沼液，喷施量为秸秆质量的30%，充分搅拌后密闭放置室外发酵7d。
每2d搅拌一次，使其充分发酵。
鸡粪预处理：鸡粪自然发酵7d，每2d搅拌一次。
接种物预处理：接种物由沼液和鲜牛粪按4︰1配比后自然发酵7d，每2d搅拌一次。
厌氧消化：发酵原料的总固体浓度为8%，在5L塑料壶里装入2000g搅拌均匀的发酵原料（按照表1的配比）和500g接种物。
依据干物质量设置9个处理分为：鸡粪︰稻秆1︰1、鸡粪︰稻秆2︰1、鸡粪︰稻秆3︰1、鸡粪︰麦秆1︰1、鸡粪︰麦秆2︰1、鸡粪︰麦秆3︰1、鸡粪︰玉米秆1︰1、鸡粪︰玉米秆2︰1、鸡粪︰玉米秆3︰1。
设置5个恒定温度20、25、30、35、40℃。
表1发酵料液的配制表Table1Quantity of materials and water of fermented liquid 发酵原料原料量/g水量/g 鸡粪：稻秆1︰11076924鸡粪：稻秆2︰19721028鸡粪：稻秆3︰19211079鸡粪：麦杆1︰11104896鸡粪：麦杆2︰19911009鸡粪：麦杆3︰19351065鸡粪：玉米秆1︰11137863鸡粪：玉米秆2︰11013987鸡粪：玉米秆3︰195110491.3.2采样及分析测定方法以排水集气法收集气体，每日用量筒测量水的体积以确定产气量。
发酵液的pH值用智能pH计（pH s-3CT 型）每7d测定一次。
2结果与分析2.1不同处理pH值的动态变化适宜的酸碱度是沼气微生物生长的必要条件，通常沼气池中的产甲烷细菌适宜的pH值范围为6.5～7.8。
图2显示，9种配比的pH值范围在6.23～7.68之间，且处于动态变化之中。
整个发酵过程中，pH值先下降后缓慢回升至稳定。
与pH值变化相似，除鸡粪︰麦秆1︰1和鸡粪︰玉米秆1︰1处理外，阶段产气量在发酵初期高，后期降低。
鸡粪︰麦秆1︰1和鸡粪︰玉米秆1︰1pH值变化趋势与产气量变化趋势一致，当pH值达到7.6左右时，该阶段总产气量也达到最高，分别为5480mL和5435mL；当pH值为6.8左右时，该阶段总产气量最低，分别为1350mL和1468mL。
其它配比产气量与pH值变化不明显，pH值在6.6附近波动。
表明，料液pH值在发酵过程中呈动态变化。
图2不同处理的pH值与阶段产气量变化Fig.2Variations of pH values and biogas yields in differenttreatments2.2不同温度对沼气产量的影响温度是影响沼气产量的重要因素。
图3显示，沼气产量因温度而异。
总体来看，各原料配比产气量随温度的升高逐渐升高，而后下降，处理中鸡粪稻杆3︰1，鸡粪麦秆1︰1，鸡粪麦秆2︰1，鸡粪麦秆3︰1在30℃时产气量达到最大，平均为39525mL；其他处理为35℃时产量达到最大，平均为45069mL；到40℃时产气量又有所降低。
考察产气量增加幅度与温度关系时发现，从20～25℃，25～30℃，30～35℃，35～40℃，9个处理平均产气量增加幅度分别为152.0%，37.4%，3.2%，-16.6%，说明沼气产量与温度关系类似报酬递减现象，35～40℃中产量出现负增长。
就温度间差异而言，方差分析表明差异达到极显著（F=46.75**），说明在中温发酵范围内升高温度能增加沼气产量。
多重分析表明（LSD0.05=2894，LSD0.01=3888），除30℃和35℃无显著差异，其他处理差异均达到极显著水平，表明鸡粪秸秆配比的沼气最佳发酵温度为30～35℃。
190农业工程学报2009年2.3不同原料配比对沼气产量的影响原料配比影响微生物活性，进而影响沼气产量。
图4显示，同一温度下粪秆比例为2︰1处理的沼气产量均高于同一秸秆的其它处理，分别比1︰1和3︰1高出7.1%～29.0%和17.3%～73.1%。
从秸秆类型来看，粪秆比相同条件下，鸡粪和玉米秆配比产气量高于稻秆和麦秆与鸡粪配比，鸡粪和玉米秆1︰1分别比鸡粪稻秆1︰1，鸡粪麦秆1︰1高出0.7%～47.7%和13.4%～34.4%；2︰1高出7.6%～39.4%和 4.7%～28.1%；3︰1高出14.6%～72.4%和13.4%～51.4%。
图3不同处理在不同温度中的沼气产量Fig.3Biogas yields at different temperatures in differenttreatments图4不同温度下不同处理的沼气产气量Fig.4Biogas yields in different treatments at different temperatures2.4尿素对沼气产气量的影响氮素是沼气微生物细胞主要成分之一。