昭化区沼气发酵条件的优化试验

2017-04-06王生民王定杰曲连发王莉娟

猪业科学 2017年3期

关键词：中温致死率大肠菌群

王生民，王定杰，曲连发，王莉娟

（四川广元昭化区农业局，四川广元 628000)

昭化区沼气发酵条件的优化试验

王生民，王定杰，曲连发，王莉娟

（四川广元昭化区农业局，四川广元 628000)

文内从不同pH、不同发酵温度、不同发酵时间3个方面对沼气发酵条件进行了优化。试验结果表明，pH7.0、发酵温度35 ℃、发酵时间20 d为昭化区沼气厌氧发酵的最优条件，此时沼气产气率大，对大肠菌群的杀灭作用强。

沼气；猪粪；发酵温度；发酵pH；发酵时间

沼气的厌氧发酵是一个错综复杂的微生物代谢过程，其过程大致可以分为3个阶段：第1阶段是水解阶段，由多种兼性厌氧或厌氧的发酵性或水解性细菌将淀粉、纤维素等糖类水解为单糖，进而形成丙酮酸；将蛋白质水解成氨基酸，进而形成有机酸和氨；将脂类水解成脂肪酸和甘油，进而形成丙酸、乙酸、丁酸、CO2和H2。第2阶段是产酸阶段，是厌氧的产氢气产乙酸细菌将第1阶段产生的各种有机酸分解成乙酸、CO2和H2的过程。产氢气的乙酸细菌也称“澳式甲烷杆菌”，是产氢气产乙酸菌和“MOH菌”的共生体。第3阶段是产甲烷阶段，是严格厌氧的产甲烷菌群利用氢气和一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）产生甲烷的过程。

本试验采用3因素完全随机试验设计对猪粪沼气发酵的不同pH、不同发酵温度、不同发酵时间进行了综合探讨，以便了解各因素之间的相互关系，优化出最佳的组合条件，为昭化区的猪粪沼气发酵提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 猪粪

发酵物料为鲜猪粪，取自广元市蔚峰农业有限公司猪场。将猪粪放在玻璃器皿内，然后加水搅拌，直到成黏稠的糊状为止。

1.1.2 接种物

本试验使用的接种物为广元市蔚峰农业有限公司猪场中温厌氧发酵沼气池中的底物。

1.1.3 试验装置

试验装置为广元市昭化区兽医实验室自行制作的小型厌氧发酵装置，主要由发酵瓶和集气装置组成。发酵瓶为透明玻璃三角瓶，发酵瓶用相应大小的橡胶塞子密封，橡胶塞上设有输气口和取样口。集气装置为排水集气法的相应装置，集气瓶为三角瓶。将准备好的发酵瓶放置于摇床内。

表1 产气率及粪大肠菌群致死率统计

1.2 方法

本试验采用排水集气法收集气体，每天定时用量筒测量集水瓶中排出的水量，并做记录。用pH计测定发酵原料预处理过程、发酵过程中pH的变化。用多管发酵法（参考HJ/T 347-2007《中华人民共和国环境保护行业标准水质粪大肠菌群测定》）测定发酵原料预处理过程、发酵过程中粪大肠菌群数的变化。

2 结果与分析

2.1 完全随机试验设计及分析

本试验采用三因素三水平完全随机试验设计，获得了昭化区鲜猪粪厌氧发酵产沼气的最佳反应条件。“三因素”是指：发酵pH A、发酵温度B、发酵时间C。“三水平”是指：发酵pH A（6、7、8）、发酵温度B（室温20 ℃、中温35 ℃、高温54 ℃）、发酵时间C（10 d、20 d、30 d）。三因素三水平共27组试验，每组试验重复3次，计算结果取3个重复组的平均值。试验设计及结果分析见表1。

2.2 产气率及粪大肠菌群致死率分析

由表1可知，当其他条件相同时，pH为7时的产气量显著高于pH为6或8时，说明昭化区沼气发酵的最适pH为7。常温发酵的产气量显著低于中温发酵和高温发酵。对于中温发酵，发酵时间为20 d与发酵时间为30 d的产气量差异不大，说明中温发酵时，发酵时间为20 d时已经达到最大产气量，产气量不再随着发酵时间的延长而有所增加。高温发酵时，发酵时间为30 d时的产气量显著高于10 d和20 d为发酵时间；发酵时间均为20 d时，高温发酵的产气量低于中温发酵；发酵时间为30 d时，高温发酵与中温发酵的产气量差异不显著，可能原因是本试验的接种物是取自蔚峰农业有限公司中温发酵池，所以在高温发酵的开始阶段，产甲烷菌没有完全适应高温发酵，所以产气量低；随着时间的延长，产甲烷菌逐渐适应了高温发酵，所以在发酵时间为30 d时，高温发酵与中温发酵的产气量无显著差异。

从粪大肠菌群致死率来看，常温发酵的粪大肠菌群致死率显著低于中温发酵和高温发酵，高温发酵的粪大肠菌群致死率高于中温发酵，但差异不显著，说明中温发酵和高温发酵的粪大肠菌群致死率均较好。发酵时间为10 d时粪大肠菌群致死率显著低于发酵时间为20 d和30 d时；发酵时间为30 d时，粪大肠菌群致死率高于发酵时间为20 d时，但差异不显著，说明沼液发酵时间为20 d已足够。