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【摘 要】本文通过对我国不同作物秸秆厌氧发酵进行试验分析，并且得出一些结论，期望能对沼气试验的效果有一定的促进作用。
【关键词】作物秸秆；厌氧发酵；沼氣；试验
引言：
遗留田间的农业废弃物秸秆必须进行处理和利用，才不至于影响下一季春播，由于秸秆的产量很大，大量的秸秆若不能及时处理，只好在播种前采取就地焚烧的应急措施集中处置，会产生大量浓烟，使尘埃量积聚，雾霾天越来越多，严重污染周边卫生和破坏生存环境，影响人们的身心健康。目前，处理秸秆的方法有许多种，加工成碳棒作燃料、生产秸秆乙醇、发电以及发酵气化作为生物质能源等。本文主要研究将秸秆生物气化为沼气的规模化生产试验研究，以解决农村清洁能源短缺的难题。
一、厌氧消化技术概述
厌氧发酵是对作物秸秆采取有效利用、实现废弃物秸秆无害化的有效方法。消化的过程可以采取人员进行控制，加速微生物对有机物的降解，使得有机物无害化。还可以通过将有机物降解脱除产生沼气，实现资源的可利用化。废弃物秸秆厌氧发酵技术就是在没有溶解氧和硝酸盐氮的环境之下，在通过微生物将有机物进行降解生成沼气的主要成分，并且结合成新物质的化学过程。
二、材料与方法
（一）实验材料
接种物采用厌氧活性污泥，取自附近的污水处理厂，经离心处理得到浓缩污泥，TS为12.98%、VS为35.78%（基于TS）。实验底物为风干玉米秸秆，TS为81.70%、VS为88.40%（基于TS），经切碎备用。
（二）实验方法
1.湿式发酵。
湿式完全混合厌氧消化工艺是最早利用的。这种工艺的固体浓度要保证在一定的浓度之下，其液化、酸化和产气不同阶段都是在一个反应器内进行的，其施工工艺简单、易于操作、管理方便的有点。湿式发酵按照接种物与底物比例（VS比例）为1：2混合加入250ml厌氧发酵瓶中，采用厌氧发酵的基础培养。配制底物秸秆的TS浓度为4%，工作体积为100ml，利用碱液调节发酵混合物的pH值至7.5。采用CO2（20%）和N2（80%）混合气曝气5min，然后用橡胶塞和铝制封口压盖密封，将厌氧发酵瓶放于水浴振荡培养箱中培养，设置温度37℃、转速150r·min。将第一级湿式发酵周期分别设定为3、5、10、15和25d。
2.湿式的氧化法脱硫
湿式氧化法脱除沼气中的硫化氢工作原理主要是借助水的溶解作用，从而使溶解在里面的脱硫剂和硫化氢接触之后发生了氧化还原反应，以此来达到脱硫的目的。关于这种方法的起源是比较早，截止到目前为止己经十分成熟的工艺多达几百种，但是应用到产业化比较多的仅仅只有二十几种，在目前阶段应用的最为广泛的主要是有以下几种。
砷碱法主要是砷基工艺当中比较成熟的工艺，而所使用的碱液是钾或者钠的碳酸盐以及As203的混合溶液，主要是用溶液当中的砷酸盐或者硫代砷酸盐，以此来作为氧化硫的脱硫剂。但是，对于这种工艺在工业生产过程中并不是很常见，主要的原因就是砷有剧毒。在此之外，其脱硫的效率并不是很高，在操作起来也是十分的复杂。
A.D.A法主要是是以钒来作为脱除HzS的催化剂，与此同时在所使用的还原态钒的再生氧载体是蕙醒-2，7一二酸钠（ADA），其主要是由碳酸盐作为其洗液。关于这种方法其最大的优点就是脱硫效率高，然而其最明显的缺点就是管道容易堵塞和运行成本很高。在经过改良之后该工艺已经是日益的成熟，在现阶段已经是成为了我国应用最多的脱硫方法之一。
（三）测定项目及方法
以排水集气法（饱和NaCl溶液）收集气体，测定日产气量；采用SP-6890型气相色谱仪（山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司）分析所产气体中的甲烷含量（TCD检测器）；纤维素、半纤维素和木质素含量采用VanSoest纤维素测定法；TS、VS和pH测定采用标准方法。
（四）秸秆选择与收集
农作物秸秆通常由木质素、半纤维素、蜡质、纤维素及果胶等化合物组成，其产气特点是分解速度慢、产气周期长。一般在进池使用前要先进行预处理，以提高生产期效益。选用自然条件下保存、刚收割和风干的未腐烂变黑的秸秆。秸秆收集后，应及时堆存，并保持通风，以防霉变。同时避免受到农药、消毒液等化学物质污染。
（五）秸秆短铡与拌制
用铡草机（粉碎机）将水稻秸秆铡成3～6cm。将铡好的秸秆加水（比例1∶1）进行润湿，操作时边加水边翻料，润湿要均匀。然后用塑料布覆盖处理24h，以利秸秆充分吸水。采用完全混合厌氧消化工艺处理城市垃圾，分析结果表明在不同碳氮比条件下沼气产生量不同。不同的碳氮比对于微生物厌氧发酵生产沼气，是有很大影响的。Walte等报道中指出当N的含量很高时，高浓度的氨态氮抑制了产甲烷菌的活性，抑制厌氧发酵产甲烷。在厌氧发酵过程中，当氮的含量很低时，甲烷的产量和氮的含量成正比例关系，当氨的含量增加到2000mg/L以上时，发酵液的酸碱平衡被破坏，产甲烷菌的催化活性降低，甲烷的产量迅速降低。因此，控制C/N在适当水平对于生产沼气是十分重要的。达到地面无积水，保证秸秆含水率在65%～70%，用手捏紧原料，有少量的水滴下即可。
（六）该成果采用高速发酵罐和秸杆连续发酵新工艺，原料为纯秸秆、稻草、植物茎叶等生物质，先经机械粉碎投入搅拌池配料，然后用泵打入高速发酵罐发酵，能使2kg秸秆产出1m3沼气（甲烷含量≥55%），降解率达90%以上，池容出气率≥1.1。头天投料第二天就能出气（每天连续投料和出料连续出气），不受季节影响。有的秸秆沼气技术只投秸秆难降解易酸化或降解率太低。三、结果与分析
（一）3种作物秸秆厌氧发酵的日产气量比较
稻草、小麦秆、玉米秆3种不同秸秆的日产气量情况见图2。由图2可知，稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆日产气量呈现一定的趋势，产气曲线非常流畅，说明厌氧发酵进行顺利，每种原料产气峰值均出现在发酵的第4天，分别为稻草5.9L、小麦秆9.3L、玉米秆14.4L，说明在反应初期，原料中可降解有机物能利用充足的厌氧菌快速降解转化为沼气，峰值过后，日产气量明显减少，说明秸秆成分中含有大量不易降解的有机物质，即秸秆中的纤维素还没有被降解利用。
（二）3种作物秸秆厌氧发酵的总产气量和产气潜力比较
经过25d的厌氧发酵、稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆的总产气量和产气潜力见表1。由表1可知，经过25d的中温厌氧发酵、玉米秆产气潜力最高为0.51L/gTS，小麦秆稍低一点为0.48L/gTS，稻草最低为0.41L/gTS约为玉米秆的80%。说明以玉米秆为原料的产气效率明显高于稻草和小麦秆。
（三）3种秸秆厌氧发酵日产沼气中甲烷含量比较
稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆厌氧发酵所产沼气的甲烷含量见图3。由图2可知、3种作物秸秆经过中温厌氧发酵后、产生的沼气中平均产甲烷含量分别为，稻草55.04%、小麦秆55.4%、玉米秆56%，均在50%～60%。以上试验结果表明，厌氧发酵产生的沼气中甲烷含量受秸秆类型的影响较小。
结束语
试验结果表明，中温条件下，稻草、小麦秆、玉米秆3种不同秸秆的产沼气潜力分别为0.41L/gTS，0.48L/gTS和0.51L/gTS，以玉米秆为原料的产沼气潜力相对较高。
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气，其中的甲烷含量为50%～60%，受发酵原料种类的影响较小。
参考文献：
[1]李淑兰，常明庆，张国治，刘萍.不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究[J].现代农业科技，2014，15：218+225.
[2]、莺，师玉簪，唐兴萍，刘金城.水稻秸秆预处理对厌氧发酵产沼气的影响[J].农业与技术，2014，01：1-2+13.
[3]田萌萌，李欣谕，时晓旭，赵玲.秸秆厌氧干发酵产沼气的微量元素筛选[J].农业科技与装备，2014，02：39-40+43.
[4]姚利，，长波，王艳芹，曹德宾，边文范，杨光.菌渣厌氧发酵制取沼气研究[J].山东农业科学，2014，02：77-81.
【关键词】作物秸秆；厌氧发酵；沼氣；试验
引言：
遗留田间的农业废弃物秸秆必须进行处理和利用，才不至于影响下一季春播，由于秸秆的产量很大，大量的秸秆若不能及时处理，只好在播种前采取就地焚烧的应急措施集中处置，会产生大量浓烟，使尘埃量积聚，雾霾天越来越多，严重污染周边卫生和破坏生存环境，影响人们的身心健康。目前，处理秸秆的方法有许多种，加工成碳棒作燃料、生产秸秆乙醇、发电以及发酵气化作为生物质能源等。本文主要研究将秸秆生物气化为沼气的规模化生产试验研究，以解决农村清洁能源短缺的难题。
一、厌氧消化技术概述
厌氧发酵是对作物秸秆采取有效利用、实现废弃物秸秆无害化的有效方法。消化的过程可以采取人员进行控制，加速微生物对有机物的降解，使得有机物无害化。还可以通过将有机物降解脱除产生沼气，实现资源的可利用化。废弃物秸秆厌氧发酵技术就是在没有溶解氧和硝酸盐氮的环境之下，在通过微生物将有机物进行降解生成沼气的主要成分，并且结合成新物质的化学过程。
二、材料与方法
（一）实验材料
接种物采用厌氧活性污泥，取自附近的污水处理厂，经离心处理得到浓缩污泥，TS为12.98%、VS为35.78%（基于TS）。实验底物为风干玉米秸秆，TS为81.70%、VS为88.40%（基于TS），经切碎备用。
（二）实验方法
1.湿式发酵。
湿式完全混合厌氧消化工艺是最早利用的。这种工艺的固体浓度要保证在一定的浓度之下，其液化、酸化和产气不同阶段都是在一个反应器内进行的，其施工工艺简单、易于操作、管理方便的有点。湿式发酵按照接种物与底物比例（VS比例）为1：2混合加入250ml厌氧发酵瓶中，采用厌氧发酵的基础培养。配制底物秸秆的TS浓度为4%，工作体积为100ml，利用碱液调节发酵混合物的pH值至7.5。采用CO2（20%）和N2（80%）混合气曝气5min，然后用橡胶塞和铝制封口压盖密封，将厌氧发酵瓶放于水浴振荡培养箱中培养，设置温度37℃、转速150r·min。将第一级湿式发酵周期分别设定为3、5、10、15和25d。
2.湿式的氧化法脱硫
湿式氧化法脱除沼气中的硫化氢工作原理主要是借助水的溶解作用，从而使溶解在里面的脱硫剂和硫化氢接触之后发生了氧化还原反应，以此来达到脱硫的目的。关于这种方法的起源是比较早，截止到目前为止己经十分成熟的工艺多达几百种，但是应用到产业化比较多的仅仅只有二十几种，在目前阶段应用的最为广泛的主要是有以下几种。
砷碱法主要是砷基工艺当中比较成熟的工艺，而所使用的碱液是钾或者钠的碳酸盐以及As203的混合溶液，主要是用溶液当中的砷酸盐或者硫代砷酸盐，以此来作为氧化硫的脱硫剂。但是，对于这种工艺在工业生产过程中并不是很常见，主要的原因就是砷有剧毒。在此之外，其脱硫的效率并不是很高，在操作起来也是十分的复杂。
A.D.A法主要是是以钒来作为脱除HzS的催化剂，与此同时在所使用的还原态钒的再生氧载体是蕙醒-2，7一二酸钠（ADA），其主要是由碳酸盐作为其洗液。关于这种方法其最大的优点就是脱硫效率高，然而其最明显的缺点就是管道容易堵塞和运行成本很高。在经过改良之后该工艺已经是日益的成熟，在现阶段已经是成为了我国应用最多的脱硫方法之一。
（三）测定项目及方法
以排水集气法（饱和NaCl溶液）收集气体，测定日产气量；采用SP-6890型气相色谱仪（山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司）分析所产气体中的甲烷含量（TCD检测器）；纤维素、半纤维素和木质素含量采用VanSoest纤维素测定法；TS、VS和pH测定采用标准方法。
（四）秸秆选择与收集
农作物秸秆通常由木质素、半纤维素、蜡质、纤维素及果胶等化合物组成，其产气特点是分解速度慢、产气周期长。一般在进池使用前要先进行预处理，以提高生产期效益。选用自然条件下保存、刚收割和风干的未腐烂变黑的秸秆。秸秆收集后，应及时堆存，并保持通风，以防霉变。同时避免受到农药、消毒液等化学物质污染。
（五）秸秆短铡与拌制
用铡草机（粉碎机）将水稻秸秆铡成3～6cm。将铡好的秸秆加水（比例1∶1）进行润湿，操作时边加水边翻料，润湿要均匀。然后用塑料布覆盖处理24h，以利秸秆充分吸水。采用完全混合厌氧消化工艺处理城市垃圾，分析结果表明在不同碳氮比条件下沼气产生量不同。不同的碳氮比对于微生物厌氧发酵生产沼气，是有很大影响的。Walte等报道中指出当N的含量很高时，高浓度的氨态氮抑制了产甲烷菌的活性，抑制厌氧发酵产甲烷。在厌氧发酵过程中，当氮的含量很低时，甲烷的产量和氮的含量成正比例关系，当氨的含量增加到2000mg/L以上时，发酵液的酸碱平衡被破坏，产甲烷菌的催化活性降低，甲烷的产量迅速降低。因此，控制C/N在适当水平对于生产沼气是十分重要的。达到地面无积水，保证秸秆含水率在65%～70%，用手捏紧原料，有少量的水滴下即可。
（六）该成果采用高速发酵罐和秸杆连续发酵新工艺，原料为纯秸秆、稻草、植物茎叶等生物质，先经机械粉碎投入搅拌池配料，然后用泵打入高速发酵罐发酵，能使2kg秸秆产出1m3沼气（甲烷含量≥55%），降解率达90%以上，池容出气率≥1.1。头天投料第二天就能出气（每天连续投料和出料连续出气），不受季节影响。有的秸秆沼气技术只投秸秆难降解易酸化或降解率太低。三、结果与分析
（一）3种作物秸秆厌氧发酵的日产气量比较
稻草、小麦秆、玉米秆3种不同秸秆的日产气量情况见图2。由图2可知，稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆日产气量呈现一定的趋势，产气曲线非常流畅，说明厌氧发酵进行顺利，每种原料产气峰值均出现在发酵的第4天，分别为稻草5.9L、小麦秆9.3L、玉米秆14.4L，说明在反应初期，原料中可降解有机物能利用充足的厌氧菌快速降解转化为沼气，峰值过后，日产气量明显减少，说明秸秆成分中含有大量不易降解的有机物质，即秸秆中的纤维素还没有被降解利用。
（二）3种作物秸秆厌氧发酵的总产气量和产气潜力比较
经过25d的厌氧发酵、稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆的总产气量和产气潜力见表1。由表1可知，经过25d的中温厌氧发酵、玉米秆产气潜力最高为0.51L/gTS，小麦秆稍低一点为0.48L/gTS，稻草最低为0.41L/gTS约为玉米秆的80%。说明以玉米秆为原料的产气效率明显高于稻草和小麦秆。
（三）3种秸秆厌氧发酵日产沼气中甲烷含量比较
稻草、小麦秆、玉米秆3种秸秆厌氧发酵所产沼气的甲烷含量见图3。由图2可知、3种作物秸秆经过中温厌氧发酵后、产生的沼气中平均产甲烷含量分别为，稻草55.04%、小麦秆55.4%、玉米秆56%，均在50%～60%。以上试验结果表明，厌氧发酵产生的沼气中甲烷含量受秸秆类型的影响较小。
结束语
试验结果表明，中温条件下，稻草、小麦秆、玉米秆3种不同秸秆的产沼气潜力分别为0.41L/gTS，0.48L/gTS和0.51L/gTS，以玉米秆为原料的产沼气潜力相对较高。
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气，其中的甲烷含量为50%～60%，受发酵原料种类的影响较小。
参考文献：
[1]李淑兰，常明庆，张国治，刘萍.不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究[J].现代农业科技，2014，15：218+225.
[2]、莺，师玉簪，唐兴萍，刘金城.水稻秸秆预处理对厌氧发酵产沼气的影响[J].农业与技术，2014，01：1-2+13.
[3]田萌萌，李欣谕，时晓旭，赵玲.秸秆厌氧干发酵产沼气的微量元素筛选[J].农业科技与装备，2014，02：39-40+43.
[4]姚利，，长波，王艳芹，曹德宾，边文范，杨光.菌渣厌氧发酵制取沼气研究[J].山东农业科学，2014，02：77-81.