《不同预处理紫茎泽兰发酵产甲烷》-管理学论文，图书馆情报与档案管理论文-论文范文参考-科学狗论文网

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不同预处理紫茎泽兰发酵产甲烷

范文

任志强

摘要：基于紫茎泽兰茎杆传代发酵试验的基础上，研究了常温下对三种不同物料状态紫茎泽兰茎杆发酵产甲烷。本试验主要探究紫茎泽兰茎杆堆沤后的不同物料处理下发酵产甲烷的情况与添加尿素对发酵产甲烷的影响。结果表明：烘干的原材料发酵总体产气量多于未烘干的原材料，原料烘干与否与甲烷产率无直接关系;尿素加快了发酵速率，但是发酵的最终产气量并无提高，不加尿素甲烷气体平均含量更高。

关键词：紫茎泽兰;发酵;甲烷;尿素

本文在陈金发等对紫茎泽兰茎杆做直接传代试验成功证明无毒素累积，直接传代不影响微生物发酵的成果，探究不同原料状态以及尿素添加对发酵产甲烷的影响进行了试验研究。本试验以校外农户沼气池中的厌氧沼泥作为发酵初始接种物，采用自制的发酵装置。探究不同的原料状态，以及添加尿素对紫茎泽兰发酵产甲烷的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫茎泽兰原料采自西昌学院。具体采取以下三种方式对原料进行处理：

1）将新鲜紫茎泽兰除去根部与叶，茎秆破碎成段，不做其他处理;2）将新鲜紫茎泽兰除去根部与叶，茎秆破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，取出待用;3）将新鲜紫茎泽兰除去根部与叶，茎秆破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，破碎机粉碎成粉末。

1.2 发酵气体收集装置与测定

1）发酵与集气装置。实验装置由发酵瓶，集气瓶，集水瓶三部分构成。2）测定方法。产气量通过排水体积测得，采用沼气主要成分简易快速测定方法进行测定。集气系统均由橡皮管连接并在所有的接触接口均涂抹凡士林以增强气密性。

1.3 实验方案

1）发酵预处理。将原料在发酵瓶外用定量沼液密封堆沤3天。使用堆沤的方法有利于缩短微生物在发酵环境下的适应时间，有利于气体产出与提高原料利用率。

2）传代试验设计。采用传代试验方法探究紫茎泽兰毒性对连续发酵影响，每组物料设定F1、F2、F3、F4共4代。每组实验均以接种物（接种物取自农户正常产气沼气池中厌氧底泥）、紫茎泽兰堆沤后物料、沼液按照一定比例混合，所述物料作为第一代发酵原料，常温下进行发酵，发酵至不产气为止。下一代接种物质以前一代发酵后固液混合物质为接种物质，配方同前。旨在通过试验研究证明紫茎泽兰的茎杆直接发酵对发酵微生物不具有不良影响，在其后代无连续影响，已有的部分毒素也不会堆积。

3）试验方案。试验据原料状态不同分为三个实验组，另外加上添加尿素的试验组与不添加尿素的空白对照组合计共6组，据耿富卿，苟剑渝等人在针对不同碳氮比对发酵过程中微生物的影响研究中探究出对于微生物C：N为25：1最有利于微生物发酵。因此，本试验在探究时计算了以尿素为N源时应该的加入量，计算出来为4g。故每组试验设定为一组试验组（添加4g尿素），一组不添加尿素。具体试验物料配置分组如下：（1）空白组A料液配方：接种物150ml+以新鲜紫茎泽兰堆沤后物料180g+沼液=500ml;（2）试验组a料液配方：接种物150ml+以新鲜紫茎泽兰堆沤后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（3）空白组B料液配方：接种物150ml+以烘干紫茎泽兰堆沤后物料180g+沼液=500ml;（4）试验组b料液配方：接种物150ml+以烘干紫茎泽兰堆沤后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（5）空白组C料液配方：接种物150ml+以烘干并粉碎后紫茎泽兰堆沤后的固体物质180g+沼液=500ml;（6）试验组c料液配方：接种物150ml+以烘干并粉碎后紫茎泽兰堆沤后的固体物质180g+沼液+4g尿素=500ml。

2 结果与分析

2.1 产气量分析

根据不同物料处理产气量分析（表1），可以看出B组总产气量最高，为5815mL，总产气量最低为b组，产气量为2039mL，新鲜紫茎泽兰与烘干粉碎后物料总产气量差别不大，因此，烘干紫茎泽兰堆沤后的固体物质发酵产生的气体重量最多，总体而言，原烘干的原料发酵总体产气量多于未烘干而直接发酵的组。

再逐一比较各试验组与空白组，即A与a，B与b，C与c比较。可以看出空白组总产气量均高于试验组。最多的相差3776mL，最少的相差299mL。

发酵中后期均出现了产气量为零的现象，这种现象是因为发酵是在室内无温度处理条件下进行的，而在发酵进行时出现了几天低于平均气温的低温天气19℃，由于这种温度的突然降低导致发酵瓶内气温降低，所以发酵出现了停止产期的现象。

2.2 甲烷产率分析

甲烷产率平均最高的是C组，为63.3%，最低的为b组，值为32.8%，即甲烷产率最高为最低的1.93倍。比较平均甲烷产率，可以推出Cc组烘干并粉碎后紫茎泽兰茎秆堆沤后的固体物质发酵的产甲烷率最高，Aa组的产甲烷率次之，Bb组的甲烷产率最低。

不同物料处理间产甲烷率比较，即ABC、abc比较，可以看出原料烘干与否对甲烷产率影响并未观测到。A与a，B与b，C与c比较，可以得出空白对照组的甲烷产率均高于试验组。

2.3 添加尿素试验组与空白组的比较分析

添加尿素验组与空白组的比较只能在A与a，B与b，C与c之间进行比较。首先，就产气量来说三对对照组都比较统一的反映出添加了4g尿素后产气量都有所下降，不过Aa组与Cc组变化较小，但Bb组的变化较大，具体原因有待研究。

此外，平均甲烷产率方面，Aa组与Cc组试验反映出来的结果差异较小，总体有些许降低，但Bb组的甲烷产率差异则较为大，具体原因有待考证。但是据表1中的数据统计，发酵的最终量并没有明显的提高，甚至有小幅度的减少。但是对于干燥并粉碎的发酵Cc组，在整个过程中有一定的促进作用，效果不明显。

分析对比Aa，Bb，Cc三组，可以看出加入尿素后的试验组在甲烷含量方面都有一定的降低，大体走势是一直低于不加入尿素空白对照组中的甲烷含量，可能是因为甲烷菌在加入尿素后因为环境中的碳氮比发生了变化因此使得甲烷菌活性受到了一定程度的抑制，導致甲烷的产量降低。这样一个情况与前文提到的25：1的碳氮比有利于微生物发酵有些许冲突，因此在针对甲烷菌所适应的碳氮比这方面还有待研究。

3 结论与讨论

综上分析可得：1）烘干的原料直接发酵总体产气量多于未烘干而直接发酵的试验组;2）原料烘干与否与甲烷产气率无直接关系;3）添加了尿素后的试验组的产气量均有所下降;4）尿素添加后加快了试验组的发酵速率，但是发酵的最终量并没有明显的提高，甚至有轻微的减少;5）加入尿素后的试验组在甲烷含量方面都有小幅度的降低，即尿素的添加对甲烷产率有轻微的影响。

参考文献

[1]段惠等.紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Spreng）[J].杂草科学，2003，（2）：36

[2]华劲松.凉山州紫茎泽兰的分布及危害情况调查[J].现代农业科技，2012（22）：139-140

[3]马建列，白海燕.入侵生物紫茎泽兰的危害及综合防治[J].农业环境与发展，2004（4）：33-34.

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