菌渣厌氧发酵制取沼气研究

王艳芹等

摘要：以酒糟菌渣为原料，在实验室内利用自行设计的发酵装置进行了批次发酵试验，探讨了菌渣厌氧发酵的产沼潜力及影响因素，并在农户沼气池内进行了应用试验。结果表明：菌渣经过适当处理可实现高效发酵产出沼气，原料产气率可达0.133 m3/kg干物质，产气潜力约为秸秆的一半，但菌渣产沼气具有预处理方式简便、启动迅速等优点。菌渣产沼气的最佳参数为：将菌渣和牛粪以7∶3的配比（以干物重计）制作发酵原料，发酵原料、沼液、水以5∶3∶2的比例（按重量计）混合，堆沤预处理3～5 d后，投入发酵装置，添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。菌渣用于农户沼气池发酵产气可行，气温较高的季节可满足农户日常生活所需，应用时宜采取分批进料方式。

关键词：菌渣；厌氧发酵；沼气

中图分类号：S216.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）02-0077-05

在食用菌生产中会产生大量废弃栽培料即菌渣，若按70%生物效率计算，我国每年约有600多万吨食用菌废料[1]。由于菌渣再利用技术的缺乏，大量菌渣被随意堆放丢弃[2]，易滋生有害生物，威胁食用菌生产并对环境造成新的污染。菌渣中含有大量未被利用的有机物和营养物质，如蛋白质、氨基酸、菌类多糖及Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素和维生素等[3]，有些营养成分甚至高于原生培养料，目前用于二次种菇的研究较多，如金针菇菌渣栽培平菇等[4]。菌渣如作为生物能源的原料制取沼气，可以改善农村的能源结构和卫生条件，提高农民生活质量，促进农民持续增收节支[5]，既能缓解食用菌生产原料成本高、菌林和菌牧矛盾加剧等问题而实现菌糠的再次利用，又能减少对环境的破坏和污染，实现资源循环利用。

食用菌生产栽培料主要以棉子壳、锯木屑、稻草、玉米芯、酒糟及农作物秸秆等农副产品为主，菌渣的成分也和秸秆类似。此外残留菌丝还可提供大量速溶养分，完全可以作为沼气发酵的原料，但目前以菌渣为原料进行沼气发酵的研究较少。李亚冰等[6]以批量发酵的方式进行了食用菌菌糠发酵产沼气试验，菌糠可以作为沼气发酵原料，添加尿素可以显著提高沼气产气量。程辉彩等[7]以平菇菌糠为原料，试验研究了有机负荷、碳氮比、pH值等因素对沼气发酵的影响。本研究以废弃鸡腿菇菌渣为发酵原料，在本所实验室内利用自行设计的发酵装置进行了批次发酵试验，探讨了菌渣厌氧发酵的产沼潜力及影响因素，并在农户沼气池内进行了应用试验，取得了较好的效果。

1材料与方法

1.1供试材料

以酒糟为主料栽培鸡腿菇后的废弃菌渣，取自山东省平阴县鸡腿菇种植户；新鲜奶牛粪取自山东省农业科学院畜牧兽医研究所奶牛研究中心，接种物为发酵良好的鸡粪沼液。

发酵原料的理化性质见表1。鸡腿菇菌渣的碳氮比与秸秆的（65%～85%）相比较低，说明在蘑菇生长过程中通过白腐菌的分解，利用了大约一半的有机成分，因此预测总的产气潜力低于作物秸秆。

1.3试验设计

试验基本流程：菌渣去除覆土后充分捣碎。称取一定重量的菌渣，分别加入一定数量的沼液和水浸湿，充分混合后装入塑料桶内密封进行堆沤预处理。经过一定时间的堆沤预处理后，将其装入发酵瓶进行厌氧发酵。发酵瓶每瓶装料1.0 kg，根据试验设置加入不同比例的沼液作为接种物，加水至2 L定容。接种物采用发酵良好的以鸡粪为原料的沼气池内沼液。发酵期间每日测定产气量，择时测定pH值。每组试验做2个平行样品，结果取平均值。实验室试验时间为2012年4～9月。

1.3.1预处理堆沤时间试验粉碎好的菌渣加沼液和水浸湿，装入塑料桶内密封堆沤，菌渣、沼液、水的重量比为5∶3∶2。堆沤期间每天搅拌1次，堆沤时间分别为1、3、5、7、10 d。

1.3.2碳氮比调节试验以牛粪为外加氮源，将其与菌渣以不同的比例混合预处理5 d后入瓶发酵。以干物质重计，分别为100%菌渣、90%菌渣+10%牛粪、80%菌渣+20%牛粪、70%菌渣+30%牛粪。发酵原料（菌渣+牛粪）、沼液、水的质量比为5∶3∶2。

1.3.3接种物浓度试验 粉碎好的菌渣不经过堆沤，直接装料入瓶，并分别加入总物料重量比10%、20%、30%、50%的沼液作为接种物，考察不同接种量对于沼气产量和启动速度的影响。

1.3.4户用沼气池应用试验在山东省平阴县种植鸡腿菇的村庄，选取3口户用沼气池，对酒糟菌渣进行堆沤预处理后入池发酵。沼气池容积10 m3，每池装料1 000 kg。菌渣去除覆土后充分捣碎；在菌渣底部铺一层塑料薄膜，将菌渣分层码堆，一层沼液一层水把菌渣泼湿；菌渣、水、沼液的比例约为5∶2∶1；预处理后手感潮湿。用塑料薄膜盖住堆沤5 d，堆沤期间每日翻堆1次；将堆沤后的菌渣入池，加入沼液1.5 m3作为接种物，加水至池容的70%左右，搅拌均匀封盖后开始发酵。试验时间为2012年8～11月。

1.4测定指标

pH值：BANTE220便携式pH计。

产气量：实验室试验产气量以排水法计量，根据产气量多少每日测定1～2次。户用沼气池产气量以燃气表计量，每日计量1次。

2结果与分析

2.1试验期间室温的变化情况

试验中菌渣在常温情况下厌氧发酵，每日9时和15时测定实验室内温度，取其平均值（图2）。本次发酵试验跨度达6个月，期间属于当地气温较高季节，温度适宜厌氧沼气发酵。试验期间最高室温31.5℃，最低室温10℃，最高日温差达8℃，短时间内温度变化幅度过大可能对发酵微生物造成不利影响。

3结论

3.1鸡腿菇菌渣经过适当的处理可实现高效发酵产沼气，最高产沼气75.69 L（装料1 kg菌渣），原料产气率可达0.133 m3/kg干物质，产气潜力约为秸秆的一半，但菌渣产沼具有预处理方式简便、启动迅速等优点。endprint

3.2鸡腿菇菌渣产沼的最佳参数为：将菌渣和牛粪以7∶3的比例（以干物重计）配比发酵原料，以重量比5∶3∶2将发酵原料、沼液、水混合搅拌均匀，堆沤预处理3～5 d后投入发酵装置，添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。

3.3菌渣用于户用沼气池发酵产气可行，气温较高的季节可满足农户日常生活所需，应用时宜采取分批进料的方式。

参考文献：

[1]陈君琛，沈恒胜，汤葆莎，等.食用菌菌糠再利用技术研究[J].中国农学通报，2006，22（11）：410-412.

[2]孙建华，袁玲，张翼.利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究[J].中国土壤与肥料，2008，1：52-55.

[3]王德汉，项钱彬，陈广银.蘑菇渣资源的生态高值化利用研究进展[J].有色冶金设计与研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王庆武，安秀荣，李秀梅，等.金针菇菌渣栽培平菇配方试验[J].山东农业科学，2012，44（9） ：56-58.

[5]张昌爱，沈玉文，林海涛，等.草莓大棚内沼气池的生态效益分析[J].山东农业科学，2012，44（10）：84-88.

[6]李亚冰，张丽萍，史延茂，等.利用菌糠厌氧发酵生产沼气初步研究[J].江苏农业科学，2009，1：306-308.

[7]程辉彩，张丽萍，崔冠慧，等.平菇菌糠发酵生产沼气技术研究[J].中国食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]劳家柽著.土壤农化分析手册[M].北京：农业出版社，1988，229-298.

[9]艾平，张衍林，盛凯，等.稻秸厌氧发酵产沼气预处理[J].农业工程学报，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]刘战广，朱洪光，王彪，等.粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响[J].农业工程学报，2009，25（4）：196-199.endprint

3.2鸡腿菇菌渣产沼的最佳参数为：将菌渣和牛粪以7∶3的比例（以干物重计）配比发酵原料，以重量比5∶3∶2将发酵原料、沼液、水混合搅拌均匀，堆沤预处理3～5 d后投入发酵装置，添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。

3.3菌渣用于户用沼气池发酵产气可行，气温较高的季节可满足农户日常生活所需，应用时宜采取分批进料的方式。

参考文献：

[1]陈君琛，沈恒胜，汤葆莎，等.食用菌菌糠再利用技术研究[J].中国农学通报，2006，22（11）：410-412.

[2]孙建华，袁玲，张翼.利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究[J].中国土壤与肥料，2008，1：52-55.

[3]王德汉，项钱彬，陈广银.蘑菇渣资源的生态高值化利用研究进展[J].有色冶金设计与研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王庆武，安秀荣，李秀梅，等.金针菇菌渣栽培平菇配方试验[J].山东农业科学，2012，44（9） ：56-58.

[5]张昌爱，沈玉文，林海涛，等.草莓大棚内沼气池的生态效益分析[J].山东农业科学，2012，44（10）：84-88.

[6]李亚冰，张丽萍，史延茂，等.利用菌糠厌氧发酵生产沼气初步研究[J].江苏农业科学，2009，1：306-308.

[7]程辉彩，张丽萍，崔冠慧，等.平菇菌糠发酵生产沼气技术研究[J].中国食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]劳家柽著.土壤农化分析手册[M].北京：农业出版社，1988，229-298.

[9]艾平，张衍林，盛凯，等.稻秸厌氧发酵产沼气预处理[J].农业工程学报，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]刘战广，朱洪光，王彪，等.粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响[J].农业工程学报，2009，25（4）：196-199.endprint

3.2鸡腿菇菌渣产沼的最佳参数为：将菌渣和牛粪以7∶3的比例（以干物重计）配比发酵原料，以重量比5∶3∶2将发酵原料、沼液、水混合搅拌均匀，堆沤预处理3～5 d后投入发酵装置，添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。

3.3菌渣用于户用沼气池发酵产气可行，气温较高的季节可满足农户日常生活所需，应用时宜采取分批进料的方式。

参考文献：

[1]陈君琛，沈恒胜，汤葆莎，等.食用菌菌糠再利用技术研究[J].中国农学通报，2006，22（11）：410-412.

[2]孙建华，袁玲，张翼.利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究[J].中国土壤与肥料，2008，1：52-55.

[3]王德汉，项钱彬，陈广银.蘑菇渣资源的生态高值化利用研究进展[J].有色冶金设计与研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王庆武，安秀荣，李秀梅，等.金针菇菌渣栽培平菇配方试验[J].山东农业科学，2012，44（9） ：56-58.

[5]张昌爱，沈玉文，林海涛，等.草莓大棚内沼气池的生态效益分析[J].山东农业科学，2012，44（10）：84-88.

[6]李亚冰，张丽萍，史延茂，等.利用菌糠厌氧发酵生产沼气初步研究[J].江苏农业科学，2009，1：306-308.

[7]程辉彩，张丽萍，崔冠慧，等.平菇菌糠发酵生产沼气技术研究[J].中国食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]劳家柽著.土壤农化分析手册[M].北京：农业出版社，1988，229-298.

[9]艾平，张衍林，盛凯，等.稻秸厌氧发酵产沼气预处理[J].农业工程学报，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]刘战广，朱洪光，王彪，等.粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响[J].农业工程学报，2009，25（4）：196-199.endprint