玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

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1、第30卷第5期农业工程学报Vol.30No.52014年3月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMar.2014185玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化1112※李轶，刘雨秋，张镇，易维明（1.沈阳农业大学工程学院，沈阳110866；2.山东理工大学工程学院，淄博250012）摘要：该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题，为弥补沼气发酵原料单一及不足，将秸秆、粪便混合作为发酵原料，对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究，旨在为农村户用沼气工程的健康、稳

2、定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上，采用二次回归正交旋转组合设计，以产气量为响应值，研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响，得出产气数学模型，并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究，得到最佳工艺条件为：玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃，预测产气量为18.51L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值；通过验证分析，模型预测值与试验值之间相对误差小于5%，方差分析不显著，模型拟合较好，为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量

3、和提高发酵效率提供参考。关键词：沼气；秸秆；发酵；粪便；优化doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.05.024中图分类号：TK6；S216.4文献标识码：A文章编号：1002-6819(2014)-05-0185-08李轶，刘雨秋，张镇，等.玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化[J].农业工程学报，2014，30(5)：185－192.LiYi,LiuYuqiu,ZhangZhen,etal.Optimizationofanaerobicfermentationwithmixedmaterialsofcornstrawandpigmanure[J

4、].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(5):185－192.(inChinesewithEnglishabstract)但到目前为止，以猪粪和玉米秸秆混合原料进0引言行厌氧发酵的研究较少，为弥补理论研究的不足，当今，日渐紧张的能源问题越来越受到人们的[16]本文以玉米秸秆与猪粪混合作发酵原料，采用二[1][17]关注，沼气作为生物质新能源为解决农村能源问次回归正交旋转组合设计，以产气量为响应[2][18]题开辟了有效途径。而作为沼气发酵原

5、料的畜禽值，研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值[3][4]粪便，由于家禽饲养量的减少，发酵原料面临和接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合[5][19]着供应不足的问题，以单一粪便为发酵原料的沼厌氧发酵的影响，以期通过本研究，为混合原料[6][20]气厌氧发酵方式受到了不利影响。厌氧发酵制沼气提供科学依据。[7]中国作为农作物种植大国，拥有丰富的农作[8]1材料与方法物资源。其中最为常见的秸秆类作物每年约有3.7[9][10]亿t闲置，这些可作为能源物质加以利用。这1.1试验原料[11]样，不仅可以改善农村秸秆堆积的环境状态，而1）猪粪且可以实现秸秆的合理利用，解决沼气发

6、酵单一畜猪粪取自辽宁省沈阳市市郊某养猪场鲜粪。[12]禽粪便原料不足的问题。将畜禽粪便与作物秸秆2）玉米秸秆[13]混合厌氧发酵制沼气，是解决当前厌氧发酵原料玉米秸秆取自辽宁省沈阳市市郊某玉米地，将[14]问题的主要手段，对农村能源产业的发展有着积玉米秸秆置于实验室阳光间进行晾晒，除去水分后[15]极的作用。备用。3）接种物收稿日期：2013-07-23修订日期：2014-01-06接种物取自辽宁省沈阳市市郊某养猪场新鲜基金项目：国家科技支撑项目（2010BAC67B03）猪粪，新鲜猪粪取回后在室温下自行驯化。经过2作者简介：李轶（1967－），女，辽宁阜新人，沈阳农业大学副教授

7、，博士，主要从事新能源及农业生物环境工程方面的研究。沈阳沈阳农个月的堆沤，达到腐熟状态。试验原料的成分含量业大学工程学院，110866。Email：yilisyau2000@163.com见表1。※通信作者：易维明（1963－），男，河北涿州人，山东理工大学教授，1.2试验方案博士，博士生导师，主要从事生物质能工程方面的研究。淄博山东理工大学工程学院，250012。Email：yiweiming@sdut.edu.cn本试验前期为了确定不同因素对玉米秸秆与186农业工程学报201