户用沼气不同发酵原料产气对比试验研究

郭四拜

(天水市农村能源技术推广中心， 甘肃 天水 741000)

户用沼气不同发酵原料产气对比试验研究

郭四拜

(天水市农村能源技术推广中心， 甘肃 天水 741000)

随着农村经济发展，养殖业趋于区域化、规模化、集约化和农业生产机械化发展，加上农村大量青壮劳力外出务工，农村居家户养殖量逐年减少，以致影响到户用沼气的产气利用。农业生产产生大量秸秆，大部分被燃烧或弃置，造成资源的浪费。试验设置不同原料进行发酵产气，研究结果表明，牛粪是最好的发酵原料，启动快，产气好； 秸秆加人畜粪便堆沤发酵后作为沼气原料，产气好，持续时间长，是目前解决农村沼气因无养殖缺原料影响产气利用问题最好方法。

户用沼气； 发酵原料； 产气； 研究

甘肃天水市2003年实施农村沼气国债项目，2005年整市推进，截至2014年底，全市建成户用沼气14.598万户，占适宜农户的29.2%。沼气池主要以人粪尿、畜禽粪便作为发酵原料，但随着养殖业的集约化、农业生产机械化和农民生活电器化的发展，农村家庭养殖数量逐年减少，导致户用沼气池发酵的畜禽粪便原料缺乏，沼气利用率不高，甚至出现间歇使用池和闲置不用池问题。天水市每年农业生产产生大量的农作物秸秆，相当部分秸秆作为能源被燃烧和随意堆放废弃，造成农业生态环境的污染和资源的严重浪费。设计不同发酵原料产气利用情况试验，寻求农村资源量大、利用率好的原料用来作为沼气发酵原料，指导农户加强沼气管理，提高沼气利用率和经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为新收获的玉米、小麦秸秆，牛粪 、猪粪、人粪尿，秸秆发酵复合菌剂、正常使用沼气池中的沼液沼渣、10 m3的沼气池，甲烷检测仪、酸碱测定仪、温度计等试验设备。

1.2 原料预处理

秸秆的堆沤： 1)将已粉碎的秸秆添加秸秆发酵复合菌剂和碳铵(含碳量≥17.1%)(每100 kg加秸秆腐熟剂0.5 kg，碳铵1.25 kg)和10%氢氧化钠溶液，浇水搅拌至用手捏出水为止； 2)将已粉碎的秸秆添加牛粪、碳铵和10%氢氧化钠溶液浇水搅拌至不出水为止； 3)将已粉碎的秸秆添加猪粪、碳铵和10%氢氧化钠溶液浇水搅拌至不出水为止； 4)将已粉碎的秸秆添加人粪尿、碳铵和10%氢氧化钠溶液浇水搅拌至不出水为止。堆沤选择晴天阳光直射的中午进行，并用塑料膜盖压实，秸秆温度在60℃左右时观测堆料干湿程度确定是否翻动，秸秆较湿可不必翻动。一般堆沤10天左右，视秸秆腐烂程度和温度即可投料。

1.3 试验设计

试验分为3组，第1方案：牛粪、猪粪、人粪尿为发酵原料的3个处理； 第2方案：玉米秸秆(400 kg玉米3～5 cm碎秸秆)、玉米秸秆加1.5 m3牛粪、玉米秸秆加1.5 m3猪粪、玉米秸秆加1.5 m3人粪尿的4个处理； 第3方案：小麦秸秆(400 kg小麦3～5 cm碎秸秆)、小麦秸秆加1.5 m3牛粪、小麦秸秆加1.5 m3猪粪、小麦秸秆加1.5 m3人粪尿的4个处理。

1.4 试验地点和时间

试验在皂郊镇下寨子村11户沼气户进行，2011年4月5日秸秆堆沤，15日沼气池装料发酵。

2 观察测定

料液碳氮比：通过加入碳铵的方法进行各处理发酵料液碳氮比调节。料液pH值测定：采用酸碱测定仪测定料液酸碱度。甲烷测定：CH4采用甲烷检测仪进行测定。产气量测定：不同处理产气量用沼气流量表进行测定 。

3 结果与分析

3.1 不同发酵原料产气量比较

3.1.1 第1方案产气量比较

3.1.2 第2方案和第3方案产气量比较

从图2和图3可以看出，秸秆加牛粪处理前期启动快，产气量大，但后期产气下降速率快； 秸秆加猪粪和人粪尿启动较快，前期产气好，后期产气下降较快； 秸秆加复合菌剂启动慢，前期产气较慢，中期产气上升快，但后期产气下降慢，产气利用时间较长。秸秆木质纤维素含量高，厌氧微生物对木质素降解消化弱，秸秆厌氧消化率低，产气量少，但秸秆经过与人畜粪便、复合菌剂混合堆沤处理后，纤维素、半纤维素较松软，能被微生物消化。前期消化的主要是人畜粪便和少部分秸秆营养物质，产气好的是秸秆加牛粪处理，其次是秸秆加猪粪和人粪尿，秸秆加复合菌剂产气较慢。中期复合菌剂作用，秸秆迅速分解，秸秆加复合菌剂处理产气量上升快，到40天左右达到最高值，玉米秸秆产气每天2.8 m3，小麦秸秆每天2.5 m3。后期秸秆加复合菌剂下降慢，秸秆加牛粪处理下降最快。小麦秸秆C/N为87∶1，玉米秸秆C/N为53∶1，玉米秸秆较疏松，糖分含量高，产气高峰较小麦秸秆高10.7%。

图1 第1方案不同处理产气量

图2 第2方案不同处理产气量

图3 第3方案不同处理产气量

3.2 不同处理甲烷含量比较

从图4可以看出，牛粪原料产气甲烷含量高，甲烷增加幅度大，1月左右达到最高值，其后下降幅度较大； 猪粪和人粪尿原料产气含量低，杂气较多，增加幅度小，40多天后达到最高值，其后下降较慢。牛粪C/N比例适宜，产气甲烷含量高，但随着养分的消耗产气量和甲烷含量整体下降。猪粪和人粪尿N 素含量高，前期杂气主要是二氧化碳、一氧化碳、氮和氨等，中后期随着N素下降，C/N比例适宜趋于适宜，甲烷含量增加。

图4 人畜粪便产气甲烷变化

从图5和图6可看出，秸秆原料产气较慢，杂气比较多，甲烷含量较低，且增加幅度缓慢。总的趋势是秸秆加牛粪处理甲烷含量高，增加幅度较快，最大值时间早，后期下降幅度较快； 秸秆加复合菌剂次之，秸秆加人粪尿含量最低，增加幅度最慢。秸秆原料碳素高，前期产气杂气多主要是二氧化碳、一氧化碳，后期随着产气料液C/N比例较适宜，杂气较少，甲烷含量增高。

图5 玉米秸秆原料产气甲烷变化

图6 小麦秸秆原料产气甲烷变化

3.3 不同发酵原料酸碱度比较

由图7可知，牛粪原料pH值适宜，基本能满足甲烷菌活动需求，猪粪和人粪尿pH值相对偏低，料液易发酸，则应视其酸碱度的变化调节pH值，保证发酵液酸碱适中和沼气池长期产气利用。秸秆原料pH值适中，4个处理比较，变化差异不大，秸秆加复合菌剂处理酸碱度稍高。

图7 人畜粪便原料酸碱度变化趋势

4 结论

(1)牛粪是最好的沼气发酵原料，产气快，甲烷含量高，一般新建沼气池启动时最好选用牛粪作为发酵原料。但牛粪产气利用时间短，产气下降幅度快，当达到最高值时需要及时添加新鲜牛粪。猪粪和人粪尿原料产气稍差，料液易发酸，应观察PH值变化随时调节，确保正常产气。

(2)秸秆作为沼气原料，可以充分利用农村大量废弃物，变废为宝，减少污染，保护环境，节支增收。秸秆作为发酵原料产气持续时间长，产气量多，可解决农户因无养殖缺发酵原料而使沼气池间歇使用或闲置问题。

(3)秸秆堆沤需与人畜粪便或复合菌剂，接种物，10%的氢氧化钠溶液和少量碳铵配比进行，不仅可破坏秸秆表面的蜡质层，适当降低其碳氮比，有利于产沼气菌对碳氮营养物的需要，而且改善秸秆入池易漂浮和结壳的问题。堆沤时秸秆应粉碎至3～5 cm3为宜，易腐化，产气快，出料方便。

(4)农村户用沼气应根据原料来源、种类、数量，采取将含纤维素多，消化产气速度慢，持续产气时间长的农作物秸秆和消化产气速度快，持续时间短的人畜粪便合理搭配，达到产气均衡和持久。

(5)秸秆作为沼气原料，堆沤不充分时有结壳现象，应勤搅拌。夏秋季每天搅拌一次，春冬季每三四天搅动一次，每次搅拌不少于5分钟。

[1] 刘心雨，王山虎，刘德江，邱桃玉，等，咎粪与玉米秸秆混合原料干发酵试验初报[J].中国沼气 , 28(5):37-38.

[2] 张昌爱，刘英，黄萌，袁长波，王艳芹，等，秸秆原料C/N比调节对沼气产气善的影响[J].山东农业科学，2010，1：67-70.

[3] 罗 娟，董保成，陈羚，高新星，万小春，赵立欣，等，畜禽粪便与玉米秸秆大气消化的产气特性试验[J].农业工程学报，2012，28(10)：219-223.

[4] 周孟津，等，沼气生产利用技术[M].北京：中国农业大学出版社，1999.

Comparison Test on Biogas Fermentation with Different Raw Materials /

GUO Si-bai /

(Tianshui rural energy technology promotion center in Gansu，Tianshui 741000，China)

Less household animal husbandry makes the less raw materials for household biogas digester due to the intensive and large-scaled agriculture development, but there’s much crop straw that could be used for biogas. This paper tested several different combinations with different raw materials for biogas production. The result showed that cow dung was the best fermentation raw material with quick starting and better gas production. Composting pretreatment of straw mixed with human and animal excreta could obtain good and long duration of biogas production. It is a way to solve the problem of raw material shortage.

household biogas； fermentation raw material； gas production； research

2015-01-12

2015-02-03

郭四拜，(1967-)，男，汉族，高级农艺师，主要从事农业技术推广、农村能源技术推广等工作，E-mail:guosb1967@163.com

S216.4; X713

B

1000-1166(2016)06-0101-03