陜西省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣總站

□ 陳真

我國每年都會(huì)產(chǎn)生大量農(nóng)業(yè)廢棄物。統(tǒng)計(jì)顯示，畜禽糞便年產(chǎn)量約4.12×1010噸，并且還在持續(xù)上升，其中雞糞是約占比75%。如果沒有對(duì)這些農(nóng)業(yè)廢棄物采取適當(dāng)處理措施，污染將不堪設(shè)想。從20世紀(jì)50年代開始，我國開始了各種發(fā)酵研究和試驗(yàn)，技術(shù)已趨成熟，發(fā)酵工藝和畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)的設(shè)計(jì)都形成了比較完整的數(shù)據(jù)資料。

溫度對(duì)發(fā)酵影響機(jī)理非常復(fù)雜，并不是單純影響微生物繁殖，對(duì)酶活性等都有一定影響，在畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)生產(chǎn)中，應(yīng)結(jié)合多因素進(jìn)行溫度調(diào)控。溫度過高，會(huì)造成資源浪費(fèi)，或使酶失去活性，影響微生物分解速率；溫度過低，又不能為微生物提供理想的繁殖條件，導(dǎo)致發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間較長，產(chǎn)氣速度低等。

一、試驗(yàn)概況

1.試驗(yàn)?zāi)康?。畜禽糞便易腐敗且病原體含量較高，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大影響，我國現(xiàn)階段對(duì)畜禽糞便處理問題給予了極大關(guān)注。本試驗(yàn)在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃條件下，利用簡(jiǎn)易式厭氧畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)對(duì)雞糞進(jìn)行厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，探索雞糞在不同溫度下產(chǎn)氣潛力及其特性，旨在為畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)的研發(fā)及制造能夠提供充分、有效、合理的理論依據(jù)。

2.試驗(yàn)物料。試驗(yàn)物料選用雞糞，新鮮雞糞取自楊凌大寨鄉(xiāng)巨隆禽業(yè)有限公司，剔除雜物后置于冰箱中保存；接種物取自甜瓜秸稈發(fā)酵剩余物，并利用雞糞訓(xùn)化一個(gè)月，總固體含量（TS）約為6%。試驗(yàn)原料的總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，揮發(fā)性固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

表1 試驗(yàn)原料的特性

3.試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)所用發(fā)酵裝置采用一種小型罐式畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)，見圖1，材質(zhì)為有機(jī)玻璃，總?cè)莘e為10L，雙層夾套，外層為恒溫水浴部分，與加熱部分用軟管連接，加熱部分通過電加熱為反應(yīng)器保溫。

圖1 小型罐式畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)

反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有垂直攪拌器，攪拌軸與高頻電機(jī)及自動(dòng)控制器連接，通過改變控制器旋鈕改變攪拌頻率。反應(yīng)器底部設(shè)有出料口，用一個(gè)閥門控制，上部右邊為進(jìn)料口，用于試驗(yàn)原料的添加，左邊為防溢流口，避免進(jìn)料過多，在進(jìn)料和發(fā)酵過程中，必須保證發(fā)酵料液超過發(fā)酵罐內(nèi)壁的溢流口和進(jìn)料口，保證密封。試驗(yàn)裝置如圖1、圖2所示。

圖2 試驗(yàn)裝置

4.試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)在上述小型罐式畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)中進(jìn)行，在進(jìn)料前，先通入氮?dú)?5min以去除反應(yīng)器內(nèi)部空氣，發(fā)酵罐總?cè)莘e10L，有效容積為8L；進(jìn)料的總固體含量控制在8%，其中接種物濃度為25%，其余用水補(bǔ)足。反應(yīng)器通過水浴夾套進(jìn)行保溫，根據(jù)水浴溫度不同，分別設(shè)置為15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃六個(gè)處理組；采用間歇攪拌，每天攪拌2次，每次持續(xù)攪拌時(shí)間為5 min，攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)置為20 r/min，出氣口與濕式防腐流量計(jì)相連，每天對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行檢測(cè)。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

5.檢測(cè)方法。日產(chǎn)氣量：采用長春汽車濾清器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的濕式防腐氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，從啟動(dòng)的第一天開始，每天記錄一次。

二、試驗(yàn)結(jié)果分析

1.常溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量的影響。常溫組15℃和25℃的日產(chǎn)氣量變化情況如圖3所示，這兩組相對(duì)其它組由于溫度低，水解產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷菌的繁殖速率很低，所以產(chǎn)氣量一直處在最低。25℃組在第16d達(dá)到了產(chǎn)氣高峰6.96L/d，而15℃組由于溫度低，一直處在適應(yīng)階段，日產(chǎn)氣量持續(xù)在1L/d以下。

圖3 常溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量變化的影響

2.中溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量的影響。中溫組35℃和45℃的日產(chǎn)氣變化情況如圖4所示，從發(fā)酵開始日產(chǎn)氣量便迅速上升，一直到第8d達(dá)到了高峰，分別為12.75L/d和10.95L/d，然后便一直呈下降趨勢(shì)。

圖4 中溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量變化的影響

3.高溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量的影響。高溫組65℃和55℃的日產(chǎn)氣變化如圖5所示，在發(fā)酵開始第2d就出現(xiàn)了一個(gè)產(chǎn)氣高峰，分別達(dá)到了10.06L/d和11.73L/d，且高溫組的日產(chǎn)氣量略大于其它組，在第一個(gè)產(chǎn)氣高峰過后，高溫組產(chǎn)氣量驟然下降，高溫組65℃產(chǎn)氣量從11.73L降至3.12L，并且持續(xù)了6d時(shí)間，次高溫組55℃也發(fā)生了類似的變化，在第9d后，高溫組產(chǎn)氣量開始迅速回升，在第11d和第15d連續(xù)出現(xiàn)了兩個(gè)產(chǎn)氣高峰，最高達(dá)到了14.18L，日產(chǎn)氣量超過了中溫組以及次高溫組的峰值。

圖5 高溫發(fā)酵對(duì)日產(chǎn)氣量變化的影響

4.雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣潛力分析。整個(gè)發(fā)酵中15℃（A）、25℃（B）、35℃（C）、45℃（D）、55℃（E）、65℃（F）的最大產(chǎn)氣速率、累積產(chǎn)氣量、最高甲烷含量以及pH的變化范圍如表3所示，日產(chǎn)氣速率最高的是65℃組，達(dá)到了14.18L/d，然后是35℃組，達(dá)到了12.75L/d。C、D組累積產(chǎn)氣量最高，分 別 比A、B、E、F組 高 出86%、43%、49%、14%。

表3 不同溫度對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

雞糞具有良好的產(chǎn)氣潛力。用雞糞作為厭氧發(fā)酵原料，在35℃條件下累積產(chǎn)量為162.26L，最大產(chǎn)氣速率為12.75L/d，總體產(chǎn)氣質(zhì)量相對(duì)其他組好，具有良好的產(chǎn)氣潛力。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，雞糞更適宜在35℃下的畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)里進(jìn)行厭氧發(fā)酵，具有更高的產(chǎn)氣潛力；45℃下和35℃相似，但45℃下能耗相對(duì)較高。綜合比較，在35℃下進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵更適合。

三、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

試驗(yàn)結(jié)果為今后厭氧式畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)設(shè)計(jì)上提供了理論依據(jù)。下一步將繼續(xù)拓展試驗(yàn)，檢測(cè)發(fā)酵過程中發(fā)酵料液酸堿度及碳氮比，全面驗(yàn)證發(fā)酵后沼液沼渣還田后對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)效果，將更具可行性、適用性、科學(xué)性，進(jìn)一步為解決畜禽糞便污染環(huán)境提供強(qiáng)科學(xué)依據(jù)，為我國畜禽糞便發(fā)酵處理機(jī)研發(fā)提供更有力的技術(shù)支撐。