种植业有机废弃物厌氧发酵产气特性及动态工艺学研究

摘要

目前,种植业有机废弃物厌氧发酵过程中原料转化率低、发酵周期长、预处理过程繁琐、进出料难等问题尚未完全解决。本文以种植业有机废弃物中农作物秸秆为原料,在不添加任何物质的前提下,进行纯秸秆发酵,研究不同发酵工艺参数对厌氧发酵的影响,并利用分子生物学手段,初步对发酵过程微生物群落结构进行了分析研究；在优化工艺参数下,进行了动态工艺学的初步研究；首次对茶渣、醋糟和牧草等种植业有机废弃物进行厌氧发酵可行性研究。主要结论如下:
　　 (1)对农作物秸秆中油菜秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆进行纯秸秆发酵,发现原料仅经简单粉碎处理,即可作为良好的发酵底物。
　　 对纯秸秆发酵进行工艺参数研究可知,就原料种类而言,玉米秸秆的发酵潜力最高,其次是小麦秸秆,最后是油菜秸秆。就接种量而言,随着接种量的增加,产气量逐渐增加,但二者之间并不成线性关系。接种量从30％增加到35％,产气量增加了41％；接种量由35％增加到40％,产气量只增加了4％。故推荐静态发酵试验中应用接种量为35％。就发酵温度而言,比较不同温度下,秸秆发酵发酵情况可知,常温发酵单位TS产气率不高,约为0.2 L·g-1和0.3 L·g-1；中高温时产气相差不大。从经济效益考虑,推荐采用35℃以上的发酵温度,30天的滞留期。
　　 (2)采用分子生物学方法对发酵过程中的菌种进行了分析研究。经初步证明不同温度条件下,厌氧发酵对菌种产生了特异性影响:45℃下发酵菌种中,高温厌氧发酵微生物占主导地位,中温微生物占从属地位。
　　 (3)茶渣、醋糟和牧草均能作为原料进行厌氧发酵产沼气,单位TS产气率分别为0.47L·g-1,0.41 L·g-1和0.30L·g-1。
　　 (4)试验中发现,粉碎粒度不同,原料在厌氧发酵罐中的分布形态不同。当粉碎粒度为10mm时,原料发生分层现象；当原料的粒度达到1.7mm时,原料能与发酵液充分混合,形成较为均匀的发酵介质。粉碎粒度对出料的影响,正在动态发酵试验中验证。