畜禽粪便发酵处理机不同温度产气量试验分析

陕西省农业机械鉴定推广总站

□ 陈真

我国每年都会产生大量农业废弃物。统计显示，畜禽粪便年产量约4.12×1010吨，并且还在持续上升，其中鸡粪是约占比75%。如果没有对这些农业废弃物采取适当处理措施，污染将不堪设想。从20世纪50年代开始，我国开始了各种发酵研究和试验，技术已趋成熟，发酵工艺和畜禽粪便发酵处理机的设计都形成了比较完整的数据资料。

温度对发酵影响机理非常复杂，并不是单纯影响微生物繁殖，对酶活性等都有一定影响，在畜禽粪便发酵处理机生产中，应结合多因素进行温度调控。温度过高，会造成资源浪费，或使酶失去活性，影响微生物分解速率；温度过低，又不能为微生物提供理想的繁殖条件，导致发酵启动时间较长，产气速度低等。

一、试验概况

1.试验目的。畜禽粪便易腐败且病原体含量较高，会对环境产生极大影响，我国现阶段对畜禽粪便处理问题给予了极大关注。本试验在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃条件下，利用简易式厌氧畜禽粪便发酵处理机对鸡粪进行厌氧发酵试验，探索鸡粪在不同温度下产气潜力及其特性，旨在为畜禽粪便发酵处理机的研发及制造能够提供充分、有效、合理的理论依据。

2.试验物料。试验物料选用鸡粪，新鲜鸡粪取自杨凌大寨乡巨隆禽业有限公司，剔除杂物后置于冰箱中保存；接种物取自甜瓜秸秆发酵剩余物，并利用鸡粪训化一个月，总固体含量（TS）约为6%。试验原料的总固体质量分数，挥发性固体质量分数见表1。

表1 试验原料的特性

3.试验装置。试验所用发酵装置采用一种小型罐式畜禽粪便发酵处理机，见图1，材质为有机玻璃，总容积为10L，双层夹套，外层为恒温水浴部分，与加热部分用软管连接，加热部分通过电加热为反应器保温。

图1 小型罐式畜禽粪便发酵处理机

反应器内设有垂直搅拌器，搅拌轴与高频电机及自动控制器连接，通过改变控制器旋钮改变搅拌频率。反应器底部设有出料口，用一个阀门控制，上部右边为进料口，用于试验原料的添加，左边为防溢流口，避免进料过多，在进料和发酵过程中，必须保证发酵料液超过发酵罐内壁的溢流口和进料口，保证密封。试验装置如图1、图2所示。

图2 试验装置

4.试验设计。试验在上述小型罐式畜禽粪便发酵处理机中进行，在进料前，先通入氮气15min以去除反应器内部空气，发酵罐总容积10L，有效容积为8L；进料的总固体含量控制在8%，其中接种物浓度为25%，其余用水补足。反应器通过水浴夹套进行保温，根据水浴温度不同，分别设置为15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃六个处理组；采用间歇搅拌，每天搅拌2次，每次持续搅拌时间为5 min，搅拌转速设置为20 r/min，出气口与湿式防腐流量计相连，每天对产气量进行检测。具体试验设计如表2。

表2 试验设计

5.检测方法。日产气量：采用长春汽车滤清器有限责任公司生产的湿式防腐气体流量计进行计量，从启动的第一天开始，每天记录一次。

二、试验结果分析

1.常温发酵对日产气量的影响。常温组15℃和25℃的日产气量变化情况如图3所示，这两组相对其它组由于温度低，水解产酸和产甲烷菌的繁殖速率很低，所以产气量一直处在最低。25℃组在第16d达到了产气高峰6.96L/d，而15℃组由于温度低，一直处在适应阶段，日产气量持续在1L/d以下。

图3 常温发酵对日产气量变化的影响

2.中温发酵对日产气量的影响。中温组35℃和45℃的日产气变化情况如图4所示，从发酵开始日产气量便迅速上升，一直到第8d达到了高峰，分别为12.75L/d和10.95L/d，然后便一直呈下降趋势。

图4 中温发酵对日产气量变化的影响

3.高温发酵对日产气量的影响。高温组65℃和55℃的日产气变化如图5所示，在发酵开始第2d就出现了一个产气高峰，分别达到了10.06L/d和11.73L/d，且高温组的日产气量略大于其它组，在第一个产气高峰过后，高温组产气量骤然下降，高温组65℃产气量从11.73L降至3.12L，并且持续了6d时间，次高温组55℃也发生了类似的变化，在第9d后，高温组产气量开始迅速回升，在第11d和第15d连续出现了两个产气高峰，最高达到了14.18L，日产气量超过了中温组以及次高温组的峰值。

图5 高温发酵对日产气量变化的影响

4.鸡粪厌氧发酵产气潜力分析。整个发酵中15℃（A）、25℃（B）、35℃（C）、45℃（D）、55℃（E）、65℃（F）的最大产气速率、累积产气量、最高甲烷含量以及pH的变化范围如表3所示，日产气速率最高的是65℃组，达到了14.18L/d，然后是35℃组，达到了12.75L/d。C、D组累积产气量最高，分 别 比A、B、E、F组 高 出86%、43%、49%、14%。

表3 不同温度对产气潜力的影响

鸡粪具有良好的产气潜力。用鸡粪作为厌氧发酵原料，在35℃条件下累积产量为162.26L，最大产气速率为12.75L/d，总体产气质量相对其他组好，具有良好的产气潜力。

试验结果显示，鸡粪更适宜在35℃下的畜禽粪便发酵处理机里进行厌氧发酵，具有更高的产气潜力；45℃下和35℃相似，但45℃下能耗相对较高。综合比较，在35℃下进行连续发酵更适合。

三、经济与社会效益

试验结果为今后厌氧式畜禽粪便发酵处理机设计上提供了理论依据。下一步将继续拓展试验，检测发酵过程中发酵料液酸碱度及碳氮比，全面验证发酵后沼液沼渣还田后对农作物增产效果，将更具可行性、适用性、科学性，进一步为解决畜禽粪便污染环境提供强科学依据，为我国畜禽粪便发酵处理机研发提供更有力的技术支撑。