任志強(qiáng)

摘 要：基于紫莖澤蘭莖桿傳代發(fā)酵試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了常溫下對(duì)三種不同物料狀態(tài)紫莖澤蘭莖桿發(fā)酵產(chǎn)甲烷。本試驗(yàn)主要探究紫莖澤蘭莖桿堆漚后的不同物料處理下發(fā)酵產(chǎn)甲烷的情況與添加尿素對(duì)發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響。結(jié)果表明：烘干的原材料發(fā)酵總體產(chǎn)氣量多于未烘干的原材料，原料烘干與否與甲烷產(chǎn)率無直接關(guān)系;尿素加快了發(fā)酵速率，但是發(fā)酵的最終產(chǎn)氣量并無提高，不加尿素甲烷氣體平均含量更高。

關(guān)鍵詞：紫莖澤蘭;發(fā)酵;甲烷;尿素

本文在陳金發(fā)等對(duì)紫莖澤蘭莖桿做直接傳代試驗(yàn)成功證明無毒素累積，直接傳代不影響微生物發(fā)酵的成果，探究不同原料狀態(tài)以及尿素添加對(duì)發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)以校外農(nóng)戶沼氣池中的厭氧沼泥作為發(fā)酵初始接種物，采用自制的發(fā)酵裝置。探究不同的原料狀態(tài)，以及添加尿素對(duì)紫莖澤蘭發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紫莖澤蘭原料采自西昌學(xué)院。具體采取以下三種方式對(duì)原料進(jìn)行處理：

1）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，不做其他處理;2）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，取出待用;3）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，破碎機(jī)粉碎成粉末。

1.2 發(fā)酵氣體收集裝置與測(cè)定

1）發(fā)酵與集氣裝置。實(shí)驗(yàn)裝置由發(fā)酵瓶，集氣瓶，集水瓶三部分構(gòu)成。2）測(cè)定方法。產(chǎn)氣量通過排水體積測(cè)得，采用沼氣主要成分簡(jiǎn)易快速測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。集氣系統(tǒng)均由橡皮管連接并在所有的接觸接口均涂抹凡士林以增強(qiáng)氣密性。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1）發(fā)酵預(yù)處理。將原料在發(fā)酵瓶外用定量沼液密封堆漚3天。使用堆漚的方法有利于縮短微生物在發(fā)酵環(huán)境下的適應(yīng)時(shí)間，有利于氣體產(chǎn)出與提高原料利用率。

2）傳代試驗(yàn)設(shè)計(jì)。采用傳代試驗(yàn)方法探究紫莖澤蘭毒性對(duì)連續(xù)發(fā)酵影響，每組物料設(shè)定F1、F2、F3、F4共4代。每組實(shí)驗(yàn)均以接種物（接種物取自農(nóng)戶正常產(chǎn)氣沼氣池中厭氧底泥）、紫莖澤蘭堆漚后物料、沼液按照一定比例混合，所述物料作為第一代發(fā)酵原料，常溫下進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵至不產(chǎn)氣為止。下一代接種物質(zhì)以前一代發(fā)酵后固液混合物質(zhì)為接種物質(zhì)，配方同前。旨在通過試驗(yàn)研究證明紫莖澤蘭的莖桿直接發(fā)酵對(duì)發(fā)酵微生物不具有不良影響，在其后代無連續(xù)影響，已有的部分毒素也不會(huì)堆積。

3）試驗(yàn)方案。試驗(yàn)據(jù)原料狀態(tài)不同分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，另外加上添加尿素的試驗(yàn)組與不添加尿素的空白對(duì)照組合計(jì)共6組， 據(jù)耿富卿，茍劍渝等人在針對(duì)不同碳氮比對(duì)發(fā)酵過程中微生物的影響研究中探究出對(duì)于微生物C：N為25：1最有利于微生物發(fā)酵。因此，本試驗(yàn)在探究時(shí)計(jì)算了以尿素為N源時(shí)應(yīng)該的加入量，計(jì)算出來為4g。故每組試驗(yàn)設(shè)定為一組試驗(yàn)組（添加4g尿素），一組不添加尿素。具體試驗(yàn)物料配置分組如下：（1）空白組A料液配方：接種物150ml+以新鮮紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液=500ml;（2）試驗(yàn)組a料液配方：接種物150ml+以新鮮紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（3）空白組B料液配方：接種物150ml+以烘干紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液=500ml;（4）試驗(yàn)組b料液配方：接種物150ml+以烘干紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（5）空白組C料液配方：接種物150ml+以烘干并粉碎后紫莖澤蘭堆漚后的固體物質(zhì)180g+沼液=500ml;（6）試驗(yàn)組c料液配方：接種物150ml+以烘干并粉碎后紫莖澤蘭堆漚后的固體物質(zhì)180g+沼液+4g尿素=500ml。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)氣量分析

根據(jù)不同物料處理產(chǎn)氣量分析（表1），可以看出B組總產(chǎn)氣量最高，為5815mL，總產(chǎn)氣量最低為b組，產(chǎn)氣量為2039mL，新鮮紫莖澤蘭與烘干粉碎后物料總產(chǎn)氣量差別不大，因此，烘干紫莖澤蘭堆漚后的固體物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體重量最多，總體而言，原烘干的原料發(fā)酵總體產(chǎn)氣量多于未烘干而直接發(fā)酵的組。

再逐一比較各試驗(yàn)組與空白組，即A與a，B與b，C與c比較。可以看出空白組總產(chǎn)氣量均高于試驗(yàn)組。最多的相差3776mL，最少的相差299mL。

發(fā)酵中后期均出現(xiàn)了產(chǎn)氣量為零的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是因?yàn)榘l(fā)酵是在室內(nèi)無溫度處理?xiàng)l件下進(jìn)行的，而在發(fā)酵進(jìn)行時(shí)出現(xiàn)了幾天低于平均氣溫的低溫天氣19℃，由于這種溫度的突然降低導(dǎo)致發(fā)酵瓶?jī)?nèi)氣溫降低，所以發(fā)酵出現(xiàn)了停止產(chǎn)期的現(xiàn)象。

2.2 甲烷產(chǎn)率分析

甲烷產(chǎn)率平均最高的是C組，為63.3%，最低的為b組，值為32.8%，即甲烷產(chǎn)率最高為最低的1.93倍。比較平均甲烷產(chǎn)率，可以推出Cc組烘干并粉碎后紫莖澤蘭莖稈堆漚后的固體物質(zhì)發(fā)酵的產(chǎn)甲烷率最高，Aa組的產(chǎn)甲烷率次之，Bb組的甲烷產(chǎn)率最低。

不同物料處理間產(chǎn)甲烷率比較，即ABC、abc比較，可以看出原料烘干與否對(duì)甲烷產(chǎn)率影響并未觀測(cè)到。A與a，B與b，C與c比較，可以得出空白對(duì)照組的甲烷產(chǎn)率均高于試驗(yàn)組。

2.3 添加尿素試驗(yàn)組與空白組的比較分析

添加尿素驗(yàn)組與空白組的比較只能在A與a，B與b，C與c之間進(jìn)行比較。首先，就產(chǎn)氣量來說三對(duì)對(duì)照組都比較統(tǒng)一的反映出添加了4g尿素后產(chǎn)氣量都有所下降，不過Aa組與Cc組變化較小，但Bb組的變化較大，具體原因有待研究。

此外，平均甲烷產(chǎn)率方面，Aa組與Cc組試驗(yàn)反映出來的結(jié)果差異較小，總體有些許降低，但Bb組的甲烷產(chǎn)率差異則較為大，具體原因有待考證。但是據(jù)表1中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)酵的最終量并沒有明顯的提高，甚至有小幅度的減少。但是對(duì)于干燥并粉碎的發(fā)酵Cc組，在整個(gè)過程中有一定的促進(jìn)作用，效果不明顯。

分析對(duì)比Aa，Bb，Cc三組，可以看出加入尿素后的試驗(yàn)組在甲烷含量方面都有一定的降低，大體走勢(shì)是一直低于不加入尿素空白對(duì)照組中的甲烷含量，可能是因?yàn)榧淄榫诩尤肽蛩睾笠驗(yàn)榄h(huán)境中的碳氮比發(fā)生了變化因此使得甲烷菌活性受到了一定程度的抑制，導(dǎo)致甲烷的產(chǎn)量降低。這樣一個(gè)情況與前文提到的25：1的碳氮比有利于微生物發(fā)酵有些許沖突，因此在針對(duì)甲烷菌所適應(yīng)的碳氮比這方面還有待研究。

3 結(jié)論與討論

綜上分析可得：1）烘干的原料直接發(fā)酵總體產(chǎn)氣量多于未烘干而直接發(fā)酵的試驗(yàn)組;2）原料烘干與否與甲烷產(chǎn)氣率無直接關(guān)系;3）添加了尿素后的試驗(yàn)組的產(chǎn)氣量均有所下降;4）尿素添加后加快了試驗(yàn)組的發(fā)酵速率，但是發(fā)酵的最終量并沒有明顯的提高，甚至有輕微的減少;5）加入尿素后的試驗(yàn)組在甲烷含量方面都有小幅度的降低，即尿素的添加對(duì)甲烷產(chǎn)率有輕微的影響。

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