沈阳建筑大学
硕士学位论文
北方玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵研究
姓名：庞小平
申请学位级别：硕士
专业：环境工程
指导教师：牛明芬
2011-03
摘要
本研究围绕我国日益严峻的能源问题和开发利用生物质能源的重大需求，针对我国北方玉米秸秆资源量大，利用其生产沼气，不仅可以改善我国农村生态环境，而且可以提供清洁能源。目前的厌氧发酵技术对秸秆预处理方法技术要求较高，经济上耗费较大，且缺乏针对北方气候特点的关于农村发酵技术的系统研究，所以寻求合理的预处理手段和最优的发酵条件有其切实可行的意义。
本研究利用自行设计的沼气发酵装置，选取我国北方农村常见的玉米秸秆和猪粪为具体研究对象，针对我国北方农村厌氧发酵实际存在的问题，从北方农民实际可操作的条件出发，研究不同的发酵温度、秸秆粒径、秸秆与猪粪的质量比、投料率对发酵过程中产气效果的影响，以及４个因素对产气效果的显著性影响，同时研究了秸秆的堆沤预处理对后续厌氧发酵产气效果的影响。结论如下：
设计了单因素重复实验，研究不同温度（２５℃、３５℃）、玉米秸秆与猪粪质量比（１：１、１．５：１、２：１）、秸秆粒径（＜１ｃｍ、１－３ｃｍ、５－１０ｃｍ）对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产气效果的影响，结果表明：温度为３５℃、玉米秸秆与猪粪质量比为１．５：１、秸秆粒径在１－３ｃｍ为考查的各因素水平中产气效果相对较好的水平。
设计多因素多水平L9(34)正交试验，补充考察各因素对厌氧发酵产气效果的显著性影响。结果表明：考察的4个因素对产气效果均有显著性影响。最优组合为玉米秸秆粒径为4-6cm，发酵温度为35℃，玉米秸秆与猪粪的质量比为1.5:1，投料率为90%。在此最优条件下，进行的厌氧发酵的产气效果的确高于其它各处理，产气峰值提高，最大日产气量达2120mL，30天发酵周期内的累计产气量达到25230 mL。
采用厌氧发酵后的发酵液和秸秆发酵剂对玉米秸秆进行堆沤预处理。设计正交试验，在温度、含水率、时间、玉米秸秆粒径不同的条件对秸秆进行堆沤处理，来考察堆沤处理对纤维素和木质素降解率的影响，并对堆沤处理前后的玉米秸秆进行厌氧发酵产气试验。结果表明：堆沤处理可以提高玉米秸秆纤维素和木质素的降解效果，同时提高后期厌氧发酵的产气效果；温度为影响堆沤处理的主要因素，应控制为30℃-40℃，其它条件应根据实际综合考虑，酌情选择。
通过堆沤预处理和控制厌氧发酵条件可以有效地提高我国北方农村厌氧发酵的产气效果，本研究给出我国北方玉米秸秆与猪粪厌氧发酵推荐的工艺条件为：控制秸秆粒径4-6cm，在温度30℃，含水率为60%-80%，进行10d的堆沤预处理，堆沤后的秸秆与猪粪的质量比控制为1.5:1，发酵的投料率控制在90%，在35℃进行厌氧发酵，产气效果较好。
关键词：玉米秸秆； 猪粪；温度；粒径；投料率；堆沤处理；厌氧发酵
Abstract
On the condition that China has the increasingly stern energy problem and needs to vigorously develop and use of Biomass energy. A large resource quantity corn straw can be use to anaerobic fermentation,which can not only improve the rural living environment in our country, but also can provide people with clean energy.The technique and the cost of the pretreatment methods of corn straw is high in current fermentation technology.There is almost no systematic research for anaerobic fermentation ,which bass on the characteristic of northern climate .It's practically significant to chose a necessary preprocessing and a optimal conditions for anaerobic fermentation.
Use self-designed biogas fermentation device, select the corn straw and pig manure of fermentation raw material to study. In order to study different corn stalk ,temperature, the quality ratio between pig manure and corn stalk, feed ratio impacts on the fermentation process as well as the fore factors’significant effect impact on fermentation process,an anaerobic fermentation experiment with mixed corn straw and pig manure was conducted.The experiment also study effect of compost on biogas generation of corn straws under anaerobic fermentation.Conclusions are as follows:
(1)This test uses a single-factor repeat tests to study influencing factors of anaerobic fermentation.The biogas production was measured under the conditions of temperature 25℃and 35℃,straw granularity<1cm,1-3cm,and5-10 cm,and mass ratio of corn straw to pig manure 1:1,1.5:1,2:1.The results showed that the daily and cumulative biogas productions were the highest under conditions of temperature 35℃,straw granularity 1-3 cm,and mass ratio of corn straw to pig manure 1.5:1.
(2) Multi-factor and multi-level orthogonal experiments program was carried out to determine effects of granularities of corn stalk ,temperature, the quality ratio between pig manure and corn stalk, feed ratio on biogas production of anaerobic fermentation moisture,time and on the degradation rate. Results show that Four factors had significant influence effect on biogas production.The optimal conditions for anaerobic fermentation were corn stalk keeping 4-6cm,35℃ in temperature, the quality ratio between corn stalk and pig manur to 1.5:1 and 90% in feed ratio.Under such conditions,the biogas production is much better than the others and the yield peaked higher.The highist number of daily biogas production reached 2120 mL.
(3)An orthogonal experiment program was carried out to determine effects of temperature, moisture,time and granularities of corn stalk on the degradation rate of cellulose and lignin, and compare the biogas generation between composted corn straws with uncomposted ones. Results show that the degradation rate of cellulose and lignin and the biogas production rate can be
IV Abstract硕士研究生学位论文
enhanced.Temperature is the main affecting factor in corn strow composting. The optimal conditions for composting were 30℃-40℃. We must choose other conditions by practice.
(4)By the means of composting corn straw and controlling the conditions of anaerobic fermentation can promote the biogas generation during anaerobic fementation in North China. The recommended parameter were first composting and than anaerobic fermentation. The conditions for composting were 30℃in temperature,60% inmoisture,10 days in time and corn stalk(4-6cm). The conditions for anaerobic fermentation were 35℃in temperature, the quality ratio between corn stalk and pig manur to 1.5:1 and 90% in feed ratio.Only in this way,can product much biogas.
Keyword: Corn straw, Pig manure,Temperature,Granularity,The quality ratio,Composting, Anaerobic fermentation
声 明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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硕士研究生学位论文第一章绪论 1
第一章绪论
１．１ 研究背景
随着经济高速持续的发展，能源短缺问题随着我国对能源的巨大需求也逐渐显露出来。由于我国人口众多，我国成为一个人均能源资源相对平乏的国家，人均煤炭资源、人均石油资源、人均天然气资源分别为世界平均值的４２．５％、１７．１％和１３．２％。我国作为一个能源需求大国，目前高于５５％的石油需要进口。２０１０年我国利用的石油进口依存度为５５％，致使我国对外依存度上升到５０％，石油对外依存度的不断提高严重影响着我国的能源安全问题[1]。
我国能源结构分配相当不合理，２００９年煤炭消耗占全部能源消耗总量的７６％。消耗大量的煤炭将产生了大量的污染气体，如ＣＯ２和ＳＯ２等气体。我国ＣＯ２和ＳＯ２排放量分别居世间的第一位和第二位。煤炭的燃烧产生的二氧化碳、二氧化硫、氮化物分别占排放总量的７０％、９０％和６７％。ＣＯ２和ＳＯ２是导致全球气候变暖和酸雨的主要原因[2-3]。据不完全统计表明，我国有五分之三的城市出现不同程度的酸雨，空气污染问题严重的影响着居民的日常的生活和身体健康。因此，大力开发和利用新能源和可再生能源，已成当今世界迫切和现实的研究课题之一。目前，世界能源发展已经开始进入一个新的发展时期，能源结构将呈现多元化发展趋势[5]。
作为当今世界第四大能源的生物质能，使用量相当于全世界一次能源的１４％。在我国，生物质能作为第二大能源，使用量达到一次能源的３３％，仅仅次于煤碳［６］。绿色植物通过叶绿素的光合作用将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部形成生物质能。而生物质相比矿物燃料更为清洁，它的可再生性和环境友好性，将逐渐成为解决能源问题和环境问题的有效途径[7]。作为世界最大的农业国家，在我国农村，生物质能几乎占生活用能的７０％，约占整个能源使用量的５０％[8]，农村生物质能资源包括农作物秸秆、人畜粪便、能源作物以及工农业废弃物等，是生物质资源的主要组成部分，资源十分丰富，可转变为多种燃料。２００６年１月１日《可再生能源法》正式实施，为生物质能的加速发展提供了很好的发展机遇[9]。
我国农村的秸秆资源量大、种类繁多，且产量巨大。研究表明，目前我国农村各类秸秆产生量每年己达到约7亿吨左右[10]。当今世界范围内都存在着对农业资源的破坏和浪费问题。国内每年产生包括种植业废弃物、畜禽粪便、林业废弃物等大量的农业废弃物。如果这些资源不能被有效地利用，必将带来一系列的生态破坏、环境污染等问题，最终造成极大的能源损失和浪费。这些多余的农作物秸秆被弃置在田间、场院，不仅占用了大量的土地，影响了农村环境卫生，而且成为农村火灾的一大隐患。全国各地由此而引发的火灾、机场停运及飞机迫降、航班延误及旅客滞留、高速公路交通受阻等事故屡见不鲜。如果这一状况继续下去，将导致农业缺少后劲，农业的可持续发展受到制约等问题。解决这一问题的根本途径是开展农业废弃物的资源化利用，合理地开发和利用废弃物，不仅可以保护环境，而且可以获得巨大的经济效益[11]。
2 第一章绪论硕士研究生学位论文
作为农业大国，我国每年不仅产生大量的农作物秸秆同时产生大量的畜禽粪便，如果这些废弃物不能很好处理，同样也会使农村的生态环境受到污染[12]。随着人民生活水平不断提高，畜禽产品需求量也不断增长，致使养殖业的快速发展，同时不断地趋于规模化和集约化。大量的畜禽的粪便和粪污水不断排放，养殖污染问题也越来越严重。目前己成为农村及城市周边污染的主要来源，有许多地区畜禽污染物排放量己超过居民生活、农业、乡镇工业、餐饮业甚至工业的污染物的综合排放量。目前，这些规模养殖场绝大多数未进行无害化处理，严重污染了周围的环境[13]。同时，随着产业机构的调整，目前很多养殖场都建在大城市附近，农村户用沼气池的发酵原料出现短缺现象。而以秸杆作为单一发酵原料时，因为秸秆的养分含量低、碳氮比高、含有很高的纤维木质素类难降解物质，同时因为秸秆表面覆有蜡质层，微生物很难附着，致使厌氧发酵时秸秆的降解率偏低、发酵时间相对较长、容易出现漂浮分层等现象，故一直很难被广大农民接受。尝试将粪便和秸秆混合作为发酵原料，可以解决以秸秆单独作为发酵原料存在的问题[14]。
如何充分利用这些农业资源，同时使环境不受污染是现代农业面临的难题。研究适用的方法处理利用秸秆，实现其资源化, 将成为缓解当今我国面临的“粮食、能源、环境”三大危机的重要途径之一[15]。
１．２ 秸秆的组成及利用途径
１．２．１ 秸秆的组成成分及其特性
秸秆作为可再生生物质资源，具有多用途。秸秆中平均有机质含量为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%和钾1.44%，还含有镁、钙、硫等元素，这些都是农作物生长所必需的营养元素[16-17]。秸秆的有机成分主要是纤维素、半纤维素，其次为木质素、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等。
图1-1 秸秆的物质构成
Fig 1-1 The material composition of straw
秸秆的主要物质是植物的细胞壁，即一些粗纤维，约占生物质秸秆总量的70~80%，
硕士研究生学位论文第一章绪论 3
其次包括少量的易降解的物质如：碳水化合物、粗蛋白、脂肪等。植物细胞壁的主要成分是纤维素类物质，它包括纤维素、半纤维素和木质素等，其中有40%以上纤维素，15%-30%的半纤维素和7%-15%的木质素，半纤维素和木质素组成的网络结构，纤维素镶嵌其中。纤维素是线性长链高分子聚合物，主要由葡萄糖单元组成，聚合度很高，在500~10000之间。它主要由排列整齐的结晶区分子和排列不整齐的不定型区分子组成。结晶区分子高度不溶于水，不定型区分子易被化学物质和纤维素酶降解。纤维素被难分解的半纤维素和木质素物质包围。由于木质素难溶于水，所以纤维素的水解难度大。分解纤维素时首先是分解纤维素的晶体，然后生成一些多糖，最后分解成葡萄糖。所以在利用可微生物分解解的纤维素时，必须先分解半纤维素和木质素，故纤维素的分解很大程度上受木质素分解的制约[18]。
１．２．２ 秸秆的主要利用途径
近年来，在我国秸秆的利用途径主要有以下几种：作为能源、还田、饲料、用于工业原料造纸等。各种农作物秸秆的利用途径在实际利用当中所占比例如表1-1所示。从表1-1中可以看出在所有利用途径中，农村生活用能所占比例最大，其次是秸秆还田达21.2%。
表1-1目前我国农作物秸秆的主要用途
Table1-1 Primary uses of the crops straw in our country
用途所占比例（%）
畜牧饲料化
未处理16.1
处理后14.8
农村生活用能45
造纸、工业原料 2.9
秸秆还田及其它损失21.2
1、秸秆饲料化
秸秆饲料化是人为地对作物秸秆进行饲料加工，以提高秸秆的营养价值从而改善秸秆饲料对家禽家畜的适口性。秸秆饲料是一种效益较高的秸秆利用方式即通过秸秆养畜，然后过腹还田。主要通过饲喂畜禽，进而发展畜牧来增值增收。在秸秆中可溶性糖类和蛋白质等能够被动物吸收利用的占干物质质量的65%~80%。另外还有秸秆中的木质素和单宁酸等不能被动物吸收利用，约占干物质的20%~35%。但是秸秆直接用作饲料的消化率相对较低，主要是由于秸秆中的木质素与糖类相互交织在一起，所以瘤胃中的微生物菌群和酶活性物质就很难与它们接触进而分解，其次也因为农作物秸秆中的蛋白质所占比例较低，同时其它所必须得营养物质也相对匮乏，使得农作物秸秆中的各种物质很难被动物充分吸收分解[18]。国家开始实施秸秆养畜示范工程建设从二十世纪90年代开始，到目前为止秸秆养畜过腹还田工作已经取得了不少成绩。秸秆生物草粉饲料是一种相对比较新的秸秆饲料化技术，其具体方法是将植物秸秆先粉碎然后再发酵，最终转化为营养丰富的饲料，包括：菌体蛋白、氨基酸、粗脂肪、酶、有机酸和多种维生素物质[20]。秸秆通过青贮、微贮和氨
4 第一章绪论硕士研究生学位论文
化等技术可以使秸秆的消化率提高到20%左右[21]。但是秸秆作为饲料的利用方式，存在很多现实的问题，如对秸秆的种类、质量以及秸秆的收获时间都有特定的要求，同时也受地区、运输费用和当地气候特点的制约，故以饲料化利用的秸秆量比较总量较小，使用的地域范围较小。同时大部分的秸秆由于以上各种原因，不是很适合采用秸秆饲料化利用方式。
2、秸秆种菇及作为其他工业原料
秸秆种菇既是一举多得的好办法，它既可以为城市居民提高丰富的食品，又可引导农民致富，出口创汇，促进了农业的发展。山东省自1999年首次实施了秸秆种菇工程，在各高速公路两侧和机场周围选择1000个村庄，进行菇棚种植，实现经济收益总值高达1亿元以上，起到良好的示范效果。这种方法虽然不仅适合在在个体农户中使用也适用于农户集体规模经营中推广，但所能消耗的秸秆量只是我国巨大的秸秆量很少的一部分。对解决秸秆资源化利用可以说是九牛一毛。
秸秆还可用于建材、化工、养殖、草编等行业。秸秆作为工业原料主要是用来制作纸浆、包装纸等，能少量的弥补木材资源的缺乏，有利于提高树木的整体覆盖率，进而起到保护自然生态环境的作用。当今造纸行业的主要原料之一就是秸秆。据统计，目前作为造纸的原料浆中，主要包括木头浆、竹浆、草浆，分别约占26.8%、2.3%和70%，其中秸秆就占到草浆的48.5%[22]。但是，如今一些小的造纸厂设备相对落后、资金存在不足现象，造纸废水没有经过合理的处理就直接排入地表水，对地表水体造成严重污染，国家因为这些原因关闭了不少小型造纸厂。致使秸秆作为造纸工业的原料比例在秸秆的利用量上不断减少，同时，从表1-1可以看出作为造纸原料的秸秆量仅占秸秆总量的2.9%，所以秸秆剩余量仍然很大，仍然存在资源浪费和环境污染威胁。
3、秸秆作为有机肥还田利用
从秸秆的成分分析得知农作物秸秆中含有丰富的养分，可以通过利用作为有机肥料资源。秸秆直接还田当做有机肥料使用是一种操作简单、工作量较小的方法，而且没有地域限制。目前，秸秆还田有以下几种利用方法，包括：秸秆堆沤还田、机械化处理秸秆还田和利用生物处理快速腐熟技术制造出优质的有机肥，然后通过施肥的方式施于田间。
(1) 秸秆经过人为堆沤还田是一种比较传统积肥方式，是一种高温堆肥方法。具体是在夏季和秋季两个温度相对较高的季节，人为地把秸秆堆积起来，进行厌氧发酵沤制。秸秆堆沤还田有其自身的特点，包括历时长，易受环境的影响，堆沤工作量大，沤制成品量少，成本比较低等。目前已研究并逐渐推广应用了一些生物菌剂，在较小程度上提高了堆沤秸秆还田技术，一定程度的缩短堆沤时间。但是这些生物菌剂在农村只少量被采用，它仅仅适合于小规模的相对分散农户应用。秸秆堆沤还田技术是在秸秆直接还田的基础上发展起来的一种单项生物利用技术，它克服了直接还田的缺点，一定程度上提高了秸秆还田的利用效率。
(2) 秸秆的机械化还田。所谓的机械化秸秆还田就是人为的采用收割机或拖拉机在地里直接将作物秸秆进行粉碎，然后用犁耕地，耕地时将粉碎后的秸秆翻埋到土壤深处去，让其在土壤微生物的作用下腐烂分解。秸秆机械化还田的特点是不需要人工亲自操作，作
硕士研究生学位论文第一章绪论 5
业大多采用机械化，秸秆粉碎耗时短，但是秸秆在地里自然腐烂的时间相对比较长。现有的秸秆机械粉碎后还田存在着很多弊端，因为粉碎后的秸秆在土壤里自然分解的速度较慢，秸秆类粗纤维物质残留在土壤中严重影响农民下一季耕作，所以农民不愿采用秸秆机械还田，所以秸秆机械还田得到很好的推广。
(3) 利用生化快速腐熟技术生产优质有机肥然后还田。90年代开始应用这种生物技术，即人为的采用现代化设备和手段对秸秆进行控制，来制成秸秆优质生物有机肥的方法。在国外农民已经开始使用这种方法，其特点是:技术要求相对较高，使用高新技术培养和生产出来的菌种，要求严格控制温度、数量、质量和时间等参数，生产过程中需要进行机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等，最终将各种农业废弃物转换成优质有机肥。此方法有着其自身特有的优势：自动化程度高，腐熟反应周期短，产量高，无环境污染，科学配比肥效高等。可是这种方法的技术要求较高，在国内的应用范围仍然很小。
4 、秸秆能源化
秸秆能源化使用的技术目前主要有以下四种方法：一秸秆直燃供热技术；二、秸秆压块成型及炭化技术等；三、是秸秆气化；即在氧气不足时对作物秸秆进行燃烧，产出以CO为主要成分的可燃气体；四、秸秆厌氧发酵产气技术。秸秆作为能源燃料在秸秆的所有利用途径中所占的比例最大。是当今秸秆利用比较普遍和被接受的一种方法。
秸秆直接燃烧供热技术是一种传统的能量转换方式。直接燃烧的优点是;经济方便、成本低廉、易于推广。据相关资料显示，秸秆直接燃烧供热的利用率只有10%~15%，但随着农村经济的不断发展，农民开始不满足于这种粗陋的能源供应方式，人们开始最求高热值清洁能源，秸秆的直接燃烧在我国农村使用越来越少[25]。
秸秆经气化然后集中供气技术被认为是高品化利用秸秆资源的一种能源转化方式。目前的国内的主流气化技术为固定床和流化床[26]。秸秆气化是人们将秸秆粉碎后，在气化装置内秸秆不完全燃烧的过程，此过程中能获得热值较高的燃气。我国在1998年底己有160多处秸秆气化、集中供气示范点。目前全国己有380余处秸秆气化集中供气示范点，仅山东就有余170处[27]。但现在秸秆气化后集中供气的能源转化方式还存在着一些问题，因为秸秆经气化后燃气中的固体杂质质量比较大，同时气化后还产生了焦油，常年累月这些杂质和水、灰结合在一起，沉积在气化设备的管道、阀门、燃气设备上，最终会影响系统的运行，并且形成垢滞很难清除[28]。由于存在以上缺点，生物气化技术换得不到进一步的推广，需要继续研究。
秸秆压块成型和秸秆炭化技术因为其自身的优点曾在农村很受欢迎，其优点包括工艺设备简单，产品密度大，热值高，运输方便等。但在实际应用时仍然存在着耗能高，使用设备时可靠性差，工作时常间断等问题很难被农民接受并全面推广[29]。秸秆压块技术刚运用于实践，工艺设备仍需改进，需要进一步提高产品的质量。
秸秆厌氧发酵产沼气是以秸秆为发酵原料，在厌氧条件下，多种微生物菌群共同作用将秸秆降解产生可燃烧的沼气，并副产沼液和沼渣的过程。将农作物秸秆混合人畜粪便进行厌氧发酵，发酵产生出大量的可燃气体；然后将这些气体加压，在高于常压的状态下，
6 第一章绪论硕士研究生学位论文
然后通过PVC管道送往农户，农民使用起来类似于城市的管道煤气，普通农户可用于炊事、照明，保鲜等，一些技术较高的地方，可以将发酵后的气体加工成动力燃料和甲醇等作为发动机燃料，使用起来方便、清洁。产生的沼液可以作为有机杀虫剂，沼渣可以作为有机肥。随着人们这种秸秆利用方式的了解，越来越多的人开始重视。
秸秆厌氧发酵技术有其自身的优点，开发和建设以沼气、生物质能为重点的农村可再生能源，缓解了农村地区能源供应短缺的现状，不仅可以改变农村传统的生火做饭模式，满足农民对高品位能源的需求，提高农民生活质量水平，满足新农村的发展需求生产方式。同时秸秆厌氧发酵也消耗掉了大量的农作物秸秆，实现秸秆处理的规模化生产。通常情况下每克秸秆可生产的沼气量为0.25-0.35m3，甲烷含量55%左右[30]。我国利用秸秆制沼气已有很长一段历史，自1998年，我国农村开始不断使用秸秆厌氧发酵产沼气，农村不断出现户用沼气池，同时以沼液浸种、沼液养猪、沼液养鱼和沼渣种菇为主要内容的沼气综合利用规模进一步扩大[31]。秸秆厌氧发酵技术是目前最能发挥秸秆能量、饲料、肥料、有机质等综合功能的技术，具有重要的现实意义。
综上所述，目前可推广的秸秆能源化利用项目中存在着各种各样的问题。有的作为能源使用效率很低；有的技术还远不成熟，有的还需进一步研发；有的没有成型的设备，工作可靠性差。秸秆厌氧发酵技术有着其它能源化处理无法比拟的广阔市场和前景：首先利用微生物发酵将秸秆转化为优质燃料，以逐步解决我国严峻的能源问题；其次可以作为农村厌氧发酵池的补充原料，不仅调整了农村能源结构，有利于沼气技术的推广，而且改善农村生活环境，提高了农民健康生活水平。
１．３ 厌氧发酵的机理及效益
１．３．１ 厌氧发酵的机理
厌氧发酵产沼气指的是以可生物降解的有机废弃物为原料，利用厌氧菌将这些有机物进行发酵分解，获得CH4、CO2、H2S等气体的工艺。厌氧发酵的原料来源复杂、广泛，反应过程中参加的微生物种类繁多，不同微生物之间相互影响、相互制约，形成复杂的生态系统。目前，对厌氧发酵的生化过程一般有三种见解，即两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论[32-34]。
两段论是在20世纪30年代提出的，把厌氧发酵概括地划分为产酸阶段和产甲烷阶段。该理论是按细菌的生物化学过程划分的，将代谢细菌群分为发酵性细菌和产甲烷细菌两类，同时将发酵阶段分为产酸和产气两个阶段。
硕士研究生学位论文第一章绪论 7
图1-2 三阶段厌氧发酵模式图图1-3 四阶段厌氧发酵模式图
Figurel-2 Anaerob1eDigestionDiagram Figurel-3 AnaerobieDigestionDiagram
for Three-PhaseTheory for Four-PhaseTheory
三阶段理论是在1979年由Bryantlzgl等人提出的(图1-2)，他们将厌氧发酵分成三个阶段，即三个细菌营养群，突出地表明氢的产生和利用在发酵过程中的核心地位，较好地解决了两阶段的矛盾[32,33]。
第一阶段为水解、酸化阶段，这一间断大分子有机物（秸秆）被微生物分泌的各种酶分解为单糖，然后再经过一系列的好氧发酵分解成乙醛、丁酸、丙酸等小分子物质。此时由于生成了大量小分子酸，系统中pH值的不断降低，pH值的降低又可以加快酸水解的速度，从而进一步的加快了水解酸化阶段的反应速度。
第二阶段为产氢和产乙酸阶段。在这个阶段，产氢产乙酸菌将第一阶段的有机酸进一步的氧化分解，生成H2、HCO3-、CH3COOH等物质。这时候随着大量有机酸的分解，系统中pH值开始回升，这为甲烷菌提供的良好的生存环境。这一阶段同时也生成了一部分乙酸。
第三阶段为产甲烷阶段。这个阶段，有两种甲烷菌起主导作用。一种是分解乙酸的甲烷细菌，它将乙酸分解为甲烷和二氧化碳；另一种是其其还原作用的甲烷细菌，它将二氧化碳还原为甲烷。研究表明，厌氧消化产生的甲烷中，约有2/3来源于分解的乙酸，其余部分来自还原的二氧化碳。
与此同时，Zeikuslao等人提出了厌氧消化的四类群理论(图1-3)[32，34]。这一理论即厌氧发酵的四个阶段理论。如图-3所示，每个阶段有各自独特的微生物菌群。各个间断连贯密切，是一个相互制约和促进的过程。
8 第一章绪论硕士研究生学位论文
目前我们对厌氧发酵的过程有了一个全新的认识，但是厌氧发酵过程始终是一个相对复杂的过程，包含着各种酶反应，如何更全面的认识沼气厌氧发酵微生物菌群还有待研究。１．３．２ 厌氧发酵的经济、生态和社会效益
(1) 厌氧发酵经济效益
厌氧发酵是将农作物秸秆转化为农民可利用的能源最有效的一种方式，能刺激和带动农村其它产业的发展，并能拓展农民致富的渠道，为农民脱贫致富开源节支带来直接的经济效益。发酵产生的沼气可以用作炊事、照明、贮粮等；沼气可推动种植业、养殖业和农副产品加工业的发展；发酵产生的沼液、沼渣可以作为肥料和饲料；沼液用于浸种、叶面喷肥[35-36]。
(2) 厌氧发酵的生态效益
现代农村生活水平不断的提高，人们对生活环境的要求也开始不断提高，再也无法忍受粪便遍地、蚊蝇乱飞、臭气熏天的现象。厌氧发酵所能提供的高温厌氧环境能消灭绝大部分的病原菌和病毒，切断肠道传染病的传播途径。改善了农村生态环境，同时又减少了对环境污染，改善了人们的生活环境。厌氧消化减少温室气体的排放，有效控制大气污染源；保护森林植被，减少水土流失[37]。
(3) 厌氧发酵的社会效益
厌氧发酵技术在农村的大力推广，不仅为农户提供了清洁、稳定、方便快捷的生活用能和有机肥料，解决了农村燃料缺乏和肥料短缺的问题，而且实现了人畜粪便、生活污水、垃圾、作物秸秆等农业废弃物的无害化和资源化，改善了农村生活环境，减少疾病的传播，农民娱乐时间。农村妇女从繁重的家务劳动中解脱出来，农村做饭不再是烟熏火燎，开始享受现代文明。同时，厌氧消化技术的应用，带动了生态农业的发展，促进农产品无害化，增加了人民的收入。实践证明，沼气建设是一项投资少、见效快，一次投资、多年受益的利国利民工程。发展沼气，建设生态家园，使农户直接受益，为农民脱贫致富奔小康开辟了新的道路。
农村沼气建设具有生态、社会、经济三大功能，与农业、农民、农村紧密相关，因此，农村厌氧发酵建设是营造生态农业，乃至全面建设小康社会的重要措施[38]。
１．４ 厌氧发酵国内外研究现状
１．４．１ 厌氧发酵国外研究现状
(1)国外发酵技术的发展历程
几千年以前人类就已经发现了沼气，并开始加以利用，但是，不知道它的成分。人类利用沼气经历了一个漫长的过程，国外厌氧发酵技术的发展历程见表1-2。
硕士研究生学位论文第一章绪论 9
表1-2 国外厌氧发酵技术的发展历程
Table1-3 the development course of anaerobic fermentation abroad 时间研究者研究成果
1630年Vam elmeut 第一次发现物质厌氧消化可以产生一种可燃的甲烷
气体
1776年意大利：Volta 测出湖泊底部植物体腐烂而产生的气体中含有甲烷1781年法国：穆拉发明了人工沼气发生器
1866年勃加姆波第一次提出甲烷的形成是通过微生物的作用
1875年俄国：波波夫首次以河泥为接种物投入到纤维素物质中产生出甲
烷，并发现了甲烷发酵是一个微生物学过程1881年法国：摩热斯发表了“Mouras自动清净器”，在法国建立了第一个
处理废水的厌氧消化器。
1896年摩热斯英国一座小城市(Exeter)建立一座处理生活污水污泥
的厌氧消化池，所产的沼气用作一条街道的照明1901年荷兰：桑格对甲烷细菌的形态特征，以及它们所进行的转化作用
提出了一个比较清楚的概念，同时发现氢和二氧化碳
的混合物能发酵生成甲烷
1916年俄国：奥梅梁斯基分离出了第一株甲烷菌
1936年HABark-er 采用化学合成培养基，培养下水道污泥,获得了能很
好发酵乙醇、丙醇和丁酸的有机体，并发现厌氧消化
分为产酸和分解酸形成甲烷两个阶段，初步建立了厌
氧消化的两阶段学说
1950年亨格特
(R.E.Hungate) 建立了一种厌氧技术，通过它可以分离出甲烷菌，并对其进行培养
1967年通过对亨格特技术的改良，可以分离得到奥氏甲烷
菌，这种菌株是两种菌的共生体，从而证明了产甲烷
菌和产氢菌之间密切关系，进一步促进了人们对厌氧
发酵制沼气的研究
1972年Mpbryallt 厌氧发酵三阶段理论
(2)国外厌氧发酵技术应用实例
1896年，英国首次建立一座厌氧消化池，用来处理生活污水，污泥进行厌氧消化产生的沼气用作一条街的照明。随后，德国、美国和丹麦等相继建立了大型的厌氧消化装置，沼气生产开始实现工厂化。美国的一些州，利用牲畜粪便厌氧发酵制取沼气，改善环境[39]；英国也建立了生产沼气的工厂。许多发展中国家，也应逐步的推广厌氧发酵技术。
目前，欧洲是农村沼气示范工程技术最先进的地区。农村有机废物主要在农场厌氧消化工厂和集中消化系统来处理。近年来，集中消化系统发酵装置发展迅速，成为欧洲沼气
10 第一章绪论硕士研究生学位论文
发酵装置的主导方向。这是一种把特定区域内的农场有机废弃物收集起来集中进行厌氧发酵处理方法。这种处理方式因为其规模较大，故采用比较先进的处理设备，处理效果哟了明显的提高。美国2001年在纽约投建了一座全完全混合式的沼气发酵装置，此装置控制温度为中温发酵，发酵时间控制在20天。此发酵装置实现了农业固体废物变废为宝的理念，不仅可以处理700头奶牛的粪尿和部分食品加工废液，发酵产生的沼气可以用来发电，发酵残渣、残液用于农村肥料。德国的农场对农场有机废弃物的处理，也基本同美国纽约发酵装置，产生的沼气主要用来发电和产热。
１．４．２ 厌氧发酵国内研究现状
从古到今，我国人民一直在利用沼气，可以说，沼气技术的应用在我国有着很悠久的历史，中国是研究开发人工制取沼气技术较早的国家。秸秆厌氧发酵产沼气技术在我国的应用已有很久的历史，沼气是一种高品位的气体燃料，1m3的沼气热值为20900-22990KJ，相当于0.76t标准煤[40]。它既可以作生活用能，也可以作动力燃料。发酵后的沼渣可以用作肥料，提高土壤肥力，用发酵后的沼液浸泡种子，即能杀菌，又能起到促进胚细胞分裂、刺激生长的作用。我国厌氧消化技术始于19世纪末20世纪初，经历过一段起伏的发展历程[41-46]。20世纪初台湾省出现了沼气发酵试验池。从70年代末到80年代中期，我国农村沼气建设在政府的关心和支持下，得到空前的发展。20世纪90年代以来，我国农村沼气建设实现了稳步推进，呈现出良好的发展势头。在池型方面，推广了适应我国各地气候、原料和使用条件的标准化系统池型；在建池方面，广泛采用混凝土现浇施工工艺，通过专业化施工，由经过专门培训的技术人员和施工队建池，保证沼气池使用寿命达到15年以上；在使用管理上，开发出了各种方便实用的进出料装置和工具，由大进料大出料，发展到随时进料、自动和半自动出料，使沼气池的使用管理变得简单易行[47-50]。
各地根据不同的经济、生态和社会情况，在“因地制宜、多能互补、综合利用、讲求效益”的农村能源建设方针的指引下，研究、探索出以沼气综合利用为纽带的各种庭院生态农业模式：西南地区的“猪-沼-果”、西北地区“四位一体”温室生态模式、黄土高原干旱地区的“五配套”模式和西北风沙区“农牧交错带家庭生物经济圈”模式，并大面积示范推广[51-60]。这些模式将农村沼气、庭院经济与生态农业紧密地结合起来，变革了农村传统的生产、生活方式和思想观念，实现了农业废弃物多层次资源化、农业生产高效化、农村环境清洁化和农民生活文明化，取得了显著的经济、生态和社会效益。
我国沼气厌氧发酵应用于农户使用也有很长的历史，具体如下表1-3
硕士研究生学位论文第一章绪论 11
表1-3 我国户用沼气池发展历程简要回顾[61]
Tabel1-3 Review of Development of Household Biogas Digestes in China 时间发展历程
20世纪60年代首次开始发展户用沼气池，由于技术和实际管理问题未得
到解决，这项工作没有继续下去。
20世纪70年代末沼气发展再次得到重视。户用沼气池以大量秸秆与畜禽粪
便为发酵原料。国家也安排了一系列研究课题试图来解决
秸秆发酵问题
20世纪90年代随搅拌着深入研究，出现了一批新型户用池，如塞流式、
自动沼气池等，但新型池仍然无法改变秸秆降解率问题１．５秸秆厌氧发酵的研究进展以及存在的问题
近几年国内研究秸秆厌氧发酵主要集中在厌氧发酵各影响因素上，取得了不少成果，具体研究情况如下：
１．５．１ 秸秆厌氧发酵的研究进展
农作物秸秆的高浓度厌氧发酵过程受到影响的因素比较复杂，控制因素很多，条件要求比较苛刻。有的因素是从微观上影响消化过程，或者说从机理上影响消化过程，有些是从宏观上影响消化过程，还有的是单独影响消化过程，或是几个因素之间相互藕合对消化过程产生影响。影响厌氧消化过程的因素主要有：
(1) 发酵温度
温度是影响沼气发酵的重要生态因子。自20世纪30年代以来，众多学者对厌氧微生物和产气条件之间的关系进行了系统研究，发现在厌氧发酵过程中，温度对其影响尤为重要。厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。因此要严格控制料液的消化温度，允许温度变动范围为(士1.5-2)℃，当有3℃的变化时，就会抑制消化速率，有士5℃的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧消化。
很多学者和专家就温度对厌氧消化的影响做了研究：庞云芝等的实验得出中温消化产气量高于常温，发酵时间减少了８－１６ｄ，把中温消化和化学处理相结合可以提高厌氧消化效率和产气量[62]。王丽丽在２０～３０℃的条件下，以牛粪为发酵原料，研究结果显示：不同温度下最优的原料浓度和接种物也不同，发酵效果不与温度成正比，２５℃下的发酵效果低于２０℃的发酵效果，温度为３０℃时发酵效果最好[63]。李连华研究了高温、中温和环境温度三个温度下的发酵效果，结果表明温度越高发酵的产气量越高[64]。高志坚等以玉米秸秆为发酵原料，对比中温和常温条件的产气效果，以日产气量、累积产气量、ＴＳ和ＶＳ消化率为评价指标。结果表明中温下的累积产气量提高了６３％，ＴＳ和ＶＳ消化率分别提高了３３％和４９％，产气速率也有不同程度的提高[65-66]。西南师范学院生物系沼气科研组研究发现在１５℃～４０℃的范围内，沼气的日产气量或总产气量都随温度的升高而增加，在３０℃以上沼
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气产气量可以大幅度增加，但到４０℃以后，沼气产气量又开始下降[67]。刘荣厚等人研究发酵初、中期温度的不同变化，发现当发酵进行到后期时，高温温度组日产气量高于室温和中温温度组[68~69]。
(2) 发酵原料
发酵原料不同，反应基质中的C/N就不同。C/N比对消化过程有较大影响。碳氮比过高，细菌的营养物质中氮量不足，发酵液的缓冲能力较低，pH值稳定性差，易下降；若碳氮比太低，则氮量太高，pH值可能会上升到8.0以上，脂肪酸和氨盐累积，对甲烷菌产生毒害作用。试验表明，碳氮比为(20～30):1时，消化效果较好。农作物秸秆本身的碳氮比较高单独进行消化时效果不好，宜在消化时投加低碳氮比的原料，如牲畜粪便等。
刘丹等在中温条件下控制不同发酵原料进行厌氧发酵，进行了两组发酵分别为牛粪和鸡粪、牛粪和猪粪，研究结果显示，牛粪与猪粪加入量相同时，容积产气率最高[70]。张翠丽以猪粪、牛粪为单一原料发酵和投加麦秆发酵进行对比研究，发现猪粪与麦秆混合发酵的累积产气量比猪粪作为单一发酵原料高２．４倍，而牛粪与麦杆混合发酵的累积产气量与单一牛粪无显著差异。刘德江分别取相同量的奶牛粪、猪粪和羊粪来进行单一原料厌氧发酵试验，发现羊粪和奶牛粪作为发酵原料产气时间较长，而以猪粪作为单一原料进行发酵时产期效果不好，产生的气体中的Ｈ２Ｓ含量较高[71]。张涵等研究了向牛粪中加入沼液和不加沼液的发酵情况，结果显示不加沼液直接加水的处理的产气效果较好，总产气量较高[72]。魏世清等以水葫芦和猪粪混合作为发酵原料的研究中，产期效果最好的是水葫芦和猪粪的比例为２∶１[73]。卢旭珍在３０℃恒温情况下研究以奶牛粪、黄瓜叶茎和番茄叶茎作为发酵原料进行发酵，结果显示以番茄叶茎和奶牛粪便混合作为原料时，产气效果最好[74]。胡晓明等以香根草为发酵原料，在２８℃下进行发酵的结果显示：每克香根草可以产生４７１ｍＬ的气体，并且发酵前后香根草的成分没有明显变化[75]。
(3) 接种物
在秸秆发酵运行之初，需加入足量的优质厌氧菌作为接种物来保证秸秆发酵的稳定运行。潘云霞等研究了不同接种物浓度对牛粪厌氧发酵产气量和产气速率的影响，结果表明，接种物浓度与物料浓度相同时，反应器启动速度、产气量和平均产气速率都有不同程度的提高[76]。叶子良等研究了以沼液为接种物对猪粪厌氧发酵的影响，结果显示，经过人为驯化的菌种，使发酵运行稳定，不同程度的提高了产气量和原料利用率[77]。刘荣厚等用甘蓝菜作为发酵原料，研究表明接种物浓度对发酵液和沼气的各项指标均有很大影响[78]。张翔等以牛粪作为发酵原料，研究混合接种物和单一接种物接种时对厌氧发酵的影响。结果证实，相同的发酵条件下，混合接种物的发酵体系的产气量和有机质降解率都高于单一接种物的发酵体系[79]。Ｓｃｈｅｉｄａｔ等人在３７℃下研究厌氧发酵时，人为的向发酵罐中加入水解酶、糖化酶和脂肪酶，发现发酵过程中的产生了很多小分子物质，提高了发酵的产气效果[80]。
(4) 发酵PH值
pH是厌氧消化体系的一个重要控制指标，消化体系中的产甲烷菌对pH的变化非常敏
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感。pH在6.8-7.4时产甲烷菌的活性最高，当pH达到6.4以下或7.6以上都对产气有抑制作用，pH值在5.5以下，产甲烷菌的活性受到抑制。如果在一段时间内pH很低，将会导致甲烷菌的大量死亡，即使pH恢复到正常范围，厌氧消化的处理能力也不易恢复，而经碱性抑制后只要恢复中性，甲烷菌很快即可恢复活力。
(5) 农作物秸秆粒径
秸秆厌氧发酵产气量与秸秆的粒径有很大的关系。在利用秸秆作为厌氧发酵的原料时,粉碎一般都是必需的手段，而合理的粉碎粒度既可以提高产气效果，还能节省粉碎能耗。目前针对秸秆粒径对厌氧发酵产气量影响己进行了一部分研究。
高士忠研究不同粒径对玉米秸秆厌氧发酵影响的实验研究发现秸秆厌氧发酵产气量与秸秆的粒径有很大的关系，在100～200，20～30，0.6～0.8 mm三中粒径的玉米秸秆发酵时，粉碎粒度为20～30 mm时产气效果最好。罗志华研究粒径对玉米秸秆厌氧发酵的影响，发现秸秆厌氧发酵产气量与秸秆的粒径有很大的关系，得出在10-20cm、2-3cm和20-30目三个粒径中，2-3cm为秸秆发酵的最佳粒径，其日产气量和累计产气量均最高。
(6) 农作物秸秆的预处理
农作物秸秆的有机成分以纤维素、半纤维素为主，其次是木质素、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等，其化学结构非常复杂，导致秸秆消化率低，木质化程度越高，消化率越低。要彻底降解纤维素，必须解决木质素的降解问题，木质素的降解是木质纤维素生物转化的首要步骤。通过研究开发适宜的预处理技术就是其中一种重要的降解木质素方法。通过预处理技术，使木质纤维素首先降解。因此对于以秸秆为原料的沼气生产系统，其关键技术在于如何提高秸秆中纤维素的降解率，从而提高其产气速率。秸秆的预处理技术成为人们关注的热点。
孙辰等采用ＮａＯＨ溶液对稻草进行了化学预处理，发现处理后的稻草发酵时最大日产气量、总产气量、COD去除率都有不同程度的提高，说明采用ＮａＯＨ 化学预处理可以提高稻草的厌氧发酵产沼气效率[81]。覃文能等用猪粪、沼液对玉米秸秆、稻草秸进行预处理，在研究不同秸秆厌氧发酵产沼气效果时，发现采用沼液预处理后的稻草和玉米秸秆发酵的产气比用猪粪预处理的好，反应后期产气情况主要取决于原料的连续补充[82]。李世密等以秸秆为主要原料，采用好氧预处理方法进行厌氧干发酵工艺的试验研究。在预处理时，加入好氧降解菌种可使木质纤维素降解率提高到 ５０％[83]。何荣玉研究发现菌剂预处理秸秆后ＴＯＣ降解率也有所提高[84]。南艳艳等用氨水预处理秸秆的研究得出了农作物秸秆厌氧发酵产甲烷的适宜条件[85]。张雪松等用稀硫酸预处理稻草秸秆，然后进行厌氧发酵。研究得出了预处理效果最好的条件[86]。杨玉楠等采用白腐菌对农业固体废物秸秆进行预处理，使秸秆的结构受到破坏，木质素含量降低，因此厌氧发酵周期得到大大缩短，提高了秸秆的甲烷转化效率。但白腐菌难以在后续的批处理过程中保持优势[87]。陈洪章等在对玉米秆进行氨化汽爆处理的研究中发现，经过氨化汽爆处理的玉米秸秆的半纤维素得到很大程度的降解。氨化汽爆处理后秸秆的组成成分发生了变化，但氨化汽爆处理对设备要求较高，耗能高，不适合用于大批量秸秆的厌氧发酵[88]。
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(7) 其它研究情况
李杰等加入不同载体研究牛粪厌氧发酵时，发现添加载体可以为微生物提供附着物，微生物大量繁殖，增大了微生物与发酵液的接触面积，有利于其降解利用有机质，防止有效微生物随废液排出，有利于提高产气量［８９］。吴志清研究了不同温度和浓度条件下的牛粪发酵情况，结果证实，温度和原料浓度对其发酵过程影响很大［９０］。
农作物秸秆厌氧消化除了受以上各因素影响，还受有毒物质、投料率、发酵时间和发酵过程中搅拌等因素的影响。我国厌氧消化处理农作物的起步并不晚，农村的沼气发酵就是典型代表，但产气量较小，随着厌氧消化技术的发展，产气量已经得到较大提高，但我国大型厌氧发酵罐的产业化应用水平仍远远低于发达国家。因此如何针对影响农作物秸秆厌氧发酵各因素来改善发酵底物的性质、确定最优工艺条件和适当的工艺流程、推进厌氧发酵技术的，将为农作物秸秆厌氧消化技术的应用提供更为广阔的市场，为农村厌氧发酵技术提供更多的技术支撑。
１．５．２ 秸秆厌氧发酵存在的问题
(1) 厌氧发酵产气率低，原料利用率低的问题
虽然中国利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气已有很长的历史，但存在产气率低，原料利用率低的问题。其原因是秸秆的复杂结构导致其消化率较低。秸秆原料主要化学成分由纤维素、半纤维素和木质素组成，三者相互交织而组成植物细胞壁，任何一种成分的降解必然受到其他成分的制约，因此木质素的降解是生物转化木质纤维素原料的首要步骤。在利用秸秆作为厌氧发酵的原料时，粉碎一般都是必需的预处理手段，而合理的粉碎粒度既可以提高产气效果，还能节省粉碎能耗。目前针对秸秆粒径对厌氧发酵产气量影响的研究还很少，且无定量分析。
(2) 预处理技术要求高，经济不合理，不适合广大农村
秸秆的主要成分是纤维素类物质，它包括纤维素、半纤维素和木质素等。半纤维素和木质素结成的网络结构，纤维素镶嵌其中。秸秆中的木质纤维素很难被酸和酶降解，由于木质素与半纤维素的这种天然屏障，致使秸秆中的纤维素类物质不能被释放出来，而微生物和霉不能与纤维素分子接触。正是由于秸秆组分的这种特殊结构，导致了秸秆的难降解性。因此，欲彻底降解纤维素，提高秸秆的降解率，必须先解决木质素的降解问题。通过研究开发适宜的预处理技术是提高木质素降解率的一种不错的方法。通过预处理技术，使木质纤维素首先进行部分降解，降解成简单成分，从而有利于后续的厌氧消化过程，达到了一定的处理效果。通常采用的预处理方法有白腐菌预处理、稀碱预处理、NaOH预处理和堆肥预处理。但前三种技术要求高，经济耗费大，堆肥预处理虽方便处理，但缺乏系统研究，没有合理的技术指导、原料配比情况和明确的条件。
(3) 厌氧消化时间长、易出现漂浮分层、池内结壳和难以出料
由于农作物秸秆本身的碳氮比较高、速效养分含量较低、纤维木质素含量较高且表面有一层难降解的蜡质，不利于微生物菌群的附着，导致其降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层现象，最终导致池内结壳和难以出料。因此，单一以秸秆作为沼气的发酵原
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料一直不被农民接受。以畜禽粪便和农作物秸秆混合作为发酵原料，可以有效地弥补以单一农作物秸秆作为发酵原料的弊端，同时还可以解决农村发酵原料短缺的问题，但目前有关粪便与秸秆配比发酵的系统研究还较为缺乏。
(4) 工程运转状况差
厌氧发酵在我国南方地区推广面积很大，但现有的大型沼气工程运转状况并不尽如人意，绝大多数未能发挥其应有的经济效益和环境效益，少数工程从建成之日起就未能正常运转；北方则因低温等因素限制了发酵工程的推广和使用[91]。
１．６ 研究的目的与意义
伴随着日益严重的农作物秸秆污染问题，厌氧发酵技术的研究和应用越来越受到重视。综合前人研究概况可知，目前国内外对秸秆厌氧发酵的研究中，集中研究了单个因素变化对厌氧发酵的影响，比如温度、粒径、接种物、发酵原料等单因素对发酵产气效率的影响，而厌氧发酵是由多个因素一起综合作用的结果，查阅国内外的相关文献，对综合考虑各个因素的影响的研究，目前的报道相对较少。而且之前的研究主要是在实验室范围进行，没有考虑到农村实际操作条件，研究结果的实用性较差。
因此本文主要针对影响厌氧发酵的诸多因素进行考察，研究各因素相互作用时对厌氧发酵效率的影响，总结厌氧发酵适宜的工艺参数，结合农村实际中存在的问题，通过研究农村实际可以操作的各影响因素对厌氧发酵的影响，为厌氧发酵技术提供确实可行的理论依据，并对厌氧发酵条件进行优选。同时对秸秆进行了堆沤预处理，进一步提高厌氧发酵的产气效果。从而为农村沼气技术的全面推广提供参考。为实现厌氧发酵的可控化、可量化提供科学依据，同时也为解决农业废弃物不合理利用而造成的环境污染问题和农业面源污染的源头治理对策提供理论依据和技术支撑。
１．７ 研究的内容
根据目前秸秆厌氧发酵取得的进展和北方厌氧发酵实际存在的问题，采用自制的发酵装置，以玉米秸秆和猪粪为发酵原料，对其厌氧发酵条件进行了系统的研究，并研究堆沤预处理来提高厌氧发酵产气效果，具体研究内容如下：
1、玉米秸秆与猪粪厌氧发酵单因素重复考察
（1）不同温度对玉米秸秆与猪粪厌氧发酵的影响；
（2）玉米秸秆和猪粪不同质量比对厌氧发酵的影响；
（3）玉米秸秆不同粒径对厌氧发酵的影响；
（4）不同投料率对厌氧发酵的影响
2、厌氧发酵各影响因素多水平显著性考察；
在前几部分的研究中对影响厌氧发酵的各因素进行了单因素考查研究，从而能得出各单因素对厌氧发酵的影响情况，但是在实际中，厌氧发酵受众多因素交互作用，所以要设计新的实验来找出各影响因素之间最优的参数组合水平。所以本研究又选择在温度、玉米
厌氧发酵过程三阶段理论： 欧阳家百（2021.03.07） 一、有机物水解和发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂 肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等 二、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH 三、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为 CH4，对CH3脱羧产生CH4。 厌氧消化原理：有机物厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段。而对于不溶性有机物（有机垃圾），一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解 阶段”，水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌； 在水解酶作用下，转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。 产酸阶段起作用 细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发 性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳；产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、 甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H2、CO2和乙酸是主要基质。 名词： VFA: Volatileacid 挥发酸
COD: Chemical oxygen demand 化学需氧量 BOD: Biochemical oxygen demand 生物需氧量 TOD: Total oxygen demand 总需氧量 TOC: Table of content 总有机碳 TS: Total solid 总固体 SS: Suspend solid 悬浮固体 VS: Volatile solid 挥发固体 HRT: 水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量 SRT: 污泥停留时间：单位生物量在处理系统中的平均停留时间 SVT: 污泥体积系数：单位体积水样在静置30min后，污泥体积数 MRT: 微生物滞留时间 PFR:塞流式反应器（Plug flow reactor）高浓度悬浮固体发酵原料一段进 入，从另一段排除。 USR:生流式固体反应器（Upflow solid reactor）原料从底部进入消化器， 上清从消化器上部溢出 UASB:生流式厌氧污泥床（Upflow anaerobic sludge bed）自下而上流动污 水通过膨胀的颗粒状污泥床消化分解，消化器分为污泥床、污泥层和三相分离器。 UBF：污泥床过滤器。将UASB和厌氧过滤器结合为一体的厌氧
概念：畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，是粮食、农作物、秸秆和牧草等形态生物质的转化形式，主要包括畜禽排出的粪便、尿及其与杂草和冲洗废污水的混合物。 工作程序：大部分以粪便为原料的发电设施的基本工作程序是这样的：将粪便放在厌氧发酵池中, 培养细菌,再靠这些细菌把粪便中的碳水化合物转化为以甲烷和一氧化碳为主要成分的沼气最后把沼气导入发电设备中燃烧发电。 这个过程通常需要20~30 天,经过处理的粪便残渣基本没有臭味,能作为有机肥料使用, 这种生物能发电的方法不但能帮你减少用电成本,而且能彻底利用可能引发温室效应的甲烷气体, 另外, 它还能根除未经处理的粪便中滋生的大量病菌和令人讨厌的臭味。 禽畜粪便厌氧处理得到的沼气比酒糟液、城市垃圾和污水发酵处理产生的沼气浓度更高，更适合发电，环保节能。 我国畜禽粪便沼气发电技术现状： 沼气发电行业在我国起步于20 世纪80 年代初期，有30 年的历史，在这期间，我国有大量的技术人员对沼气发电技术进行研究及沼气发电设备的开发。1998 年全国沼气发电量为1055160 kWh。在此期间，先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。2003年我国已有100多个沼气发电项目，装机容量达3936 kW。 电费补贴： 生物质发电项目上网电价实行政府定价,电价标准由各省(自治区、直辖市)2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加每干瓦时0.25元补贴电价组成。 效率： 发电机余热利用效率低：据有关资料表明，效率较高的沼气发电机，只能把沼气总含能量的30% 左右转化为电能，并可把总含能量的40%左右以余热的形式回收，其余的能量以各种形式被损失掉。 而沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%~75%之间，而如使用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。 每立方米的沼气一般情况下可以发1.8度左右，还可以享受到国家在处理粪便中的项目支持（其数额相当于总投资料的50% ）。 在常见的能源中，生物能发电的价格波动最小。 利用畜禽粪便沼气发电效益分析： 以下效益分析按1 000头母猪的养殖场建造500 m3沼气池计算。 经济效益分析 畜禽粪便经过厌氧发酵处理，每年可产生20 000 m3沼气，每立方米沼气热值利用率相当于2 kg标煤，按每吨标煤600元计算，年能源经济效益达2.2万元。沼渣、沼液是优质的有机肥料，对提高作物产量和抗病能力有一定的作用。沼液每天产量为200 kg，年产量为
玉米秸秆型发酵床养猪垫料 发酵效果的研究 刘 彦1,2*，魏时来1** (1. 甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州 730000；2. 武威市凉州区畜牧兽医局， 甘肃 武威 733006) 猪和玉米分别是武威市凉州区畜牧业和种植业的重点产业。随着养猪业规模化进程的加快，对周围环境的污染日益加剧。同时，随着玉米种植面积的迅速扩大，玉米秸秆产量的剧增，大部分玉米秸秆被废弃或焚烧，而造成的生物质资源浪费以及环境污染日益严重。因此，利用玉米秸秆作为发酵床的有机垫料，将秸秆循环利用引入养猪生产中，发展生态养猪业，最大限度的提高资源利用率，实现经济、生态和社会效益的统一，是凉州区亟待解决的关键问题。而如何找出符合凉州区实际情况的秸秆替代锯末和稻壳成为发酵床养猪面临的一个重要问题，本试验针对上述问题着重进行研究。 1 试验材料与方法 1.1 试验设计 本试验于2014年1月4日在武威市凉州区黄羊镇土塔村星火种猪场进行，猪舍共分隔为8个试验单元，各单元规格长×宽×高分别为4.1 m×3.5 m×0.9 m，待发酵床正常启动后进猪饲养，各单元10头，供试仔猪经过严格挑选，保持各栏中仔猪的均衡，入舍前统一驱虫，同时不定期对猪舍周围进行消毒，预防疫情。各单元垫料配比情况详见表1。1.2 试验材料 根据垫料选择的原则，选择风干玉米秸秆、玉米芯和锯末为试验原料，以干燥，不发霉为宜。玉米秸秆和玉米芯购自周边农户，锯末购自周边木材厂，均为原木锯末，各种原料 的特性详见表2(均为在干物质基础上的实测值)。 1.3 样品采集 本试验主要通过对不同比例秸秆垫料的成分进行分析，筛 选出最适秸秆添加比例。试验按照菌剂和秸秆的不同共分为8个组，各组加水混匀调制含水率在50 ％左右，各组参数特征详见表4。堆制过程分别按菌剂的详细说明严格执行。在试验的第0、7、14、21、28、60及120天，在垫料的中部多点取样，混匀，放入冰盒中保存，带回实验室及时处理化验分析。1.4 检测指标及方法 (1) 物理性状：主要从颜色、气味、含水状况来判断垫料的物理性状。 (2) pH ：取10 g 垫料样至250 mL 离心管，用去离子水按1︰10(W/V)的比例稀释，于振荡器上震荡30 min，测定pH 值。 (3) 总氮：风干样，凯氏定氮法。 (4) 铵态氮：取5 g 垫料用2 mol/L 的KCl 按1︰5(W/V)的比例充分混匀，摇床浸提30 min，4 000 rpm 离心后，取上清液靛酚蓝比色法测定氨氮。取样及显色剂用量如下：取5 μL 浸提液，加入2 mL 显色剂A(苯酚+硝普钠)、2 mL 显色剂B(碱性次氯酸钠)，边加边混匀。用去离子水稀释，使吸光度在0～1之间，混匀，37 ℃水浴30 min，冷却后于625 nm、1 cm 比色皿比色。 (5) 硝态氮：取风干样品按照肥料中硝态氮含量的测定紫外分光光度法(NY/T1116-2006)进行测定。 (6) 脲酶：脲酶采用比色法：取5.00 g 样品于100 mL 容量瓶中，加入2 mL 甲苯，15 min 后，加入10 mL 10 ％尿素溶液和20 mL pH 6.7的柠檬酸-磷酸缓冲溶液，仔细混合后，于38 ℃培养3 h，同时另设空白试验。培养结束后，用热至38 ℃蒸馏水稀释至刻度(甲苯应悬浮于刻度线以上)，充分摇匀后，通风橱过滤。取1 mL 滤液于50 mL 容量瓶中，用水稀释至10 mL，然后加入4 mL 苯酚钠溶液，并立即加入3 mL 次氯酸钠溶液，摇匀，20 min 后，定容，于578 nm *作者简介：刘彦(1986- )，男，助理畜牧兽医师，硕士在读， 主要从事畜牧技术研究及推广。Email：liuyan116@https://www.doczj.com/doc/1d3824424.html,。 **通信作者：魏时来(1961- )，男，教授、硕士生导师、动物科 学技术学院副院长、中国动物营养学会理事、中国畜牧兽医学会理事，主要研究方向为动物营养与饲料利用。 摘 要：近年来随着发酵床养猪的进一步发展，锯末和稻壳的价格随之水涨船高，直接造成养猪户经济效益的减少，而凉州区作为农业大区每年有大量的秸秆资源得不到很好的利用。本文通过设计8个试验单元，其中100 ％锯末组为对照组，其他7种垫料配方使用玉米秸秆或玉米芯取代部分锯末作为发酵床垫料为试验组。试验结果表明：7种试验配方均能达到全锯末发酵床的养殖效果，均能应用于发酵床养猪。 关键词：玉米秸秆型发酵床；垫料；发酵效果；凉州区 中图分类号：S816.7 文献标识码：A 文章编号：1001-0769(2014)12-0058-04
农 业 机 械 学 报 收稿日期：2014-10-16 修回日期：2014-10-31 ※基金项目：农业部农村能源科技专项资助项目（2013-30）和国家水电水利规划设计总院科研专项资助项目（ KY-J2013-122） 作者简介：邓媛方，讲师， 主要从事生物质能源研究，E-mail: dengyf@https://www.doczj.com/doc/1d3824424.html, 通讯作者：邱 凌，教授，博士生导师,主要从事生物能源与循环农业研究，E-mail: ql2871@https://www.doczj.com/doc/1d3824424.html, 酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响 邓媛方1 邱凌2 黄辉1 戴本林1,3 王一线4 徐继明1,3 （1.淮阴师范学院江苏省生物质能与酶技术重点实验室, 淮安 223300; 2.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100 3.淮阴师范学院江苏省区域现代农业与环境保护协同创新中心,淮安 223300 4.淮安市农委, 淮安 223001） 摘 要：为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性，利用实验室自制小型厌氧发酵装置，中温(30±1)℃条件下，分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明：料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升，稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14555、15103、17130ml ；甲烷含量显著增长，平均甲烷体积分数分别为48.2%，45.4%和47.8%，较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%；原料利用率较大提高，化学需氧量COD 日均降解量分别为522.23、542.50、668.72g·COD/d ，TS 产气率分别达172.84、183.12、205.54ml/gTS ；其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下，大大缩短厌氧发酵时间（DT 90：17d ）。发酵过程pH 值、VFA 变化情况均在正常范围。 关键词：酶法预处理 秸秆 沼气 厌氧发酵 中图分类号： X712 文献标识码：A 文章编号： 引 言 秸秆作为重要的可再生资源，主要由木质素、纤维素及半纤维素构成。木质素属高分子芳香类聚合物，难以水解，而纤维素被木质素和半纤维素以共价键形式包裹其中，导致其难以降解[1-2]。因此将秸秆类原料直接用于厌氧发酵，水解酸化阶段往往是其限速步骤，延长发酵周期，难以应用推广。为提高秸秆类原料的甲烷转化率，需对其进行必要的预处理，目的在于破坏木质素结构。Zhu 等[3]采用化学预处理手段对玉米、谷壳原料进行氢氧化钠溶液浸泡，有效提高挥发性固体VS 产气率。孙辰等[4] 采用NaOH 对芦笋秸秆进行碱性化学预处理，大大提高发酵周期，甲烷体积分数最高达70%。闫志英等采用复合菌剂对玉米秸秆进行干式厌氧发酵，其沼气产量及甲烷含量明显高于未加菌剂预处理过的秸秆[5]。刘荣厚等采用氨-生物联合预处理法探讨菌种添加量对小麦秸秆厌氧发酵产气性能的影响，大大缩短厌氧发酵周期同时提高产气量[6]。本文采用生物预处理手段，选择产纤维素酶能力最强的微生物里氏木霉（Trichoderma reesei ）为秸秆预处理菌株，其安全无毒，不会对人和环境产生影响[7] ，用其产生的富含纤维素酶培养物分别预处理稻秸、麦秆及稻麦混合原料，探索预处理后秸秆产气规律和特性，以期为秸秆沼气工程研究提供理论和 实践参考。 1 材料与方法 1.1 材料与处理 1.1.1预处理酶液培养 配置0.5%的玉米浆3ml 装入试管，121℃灭菌20min ，接入里氏木霉孢子（Trichoderma reesei ）200μl ，在30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ）。将试管种子接入浓度为0.5%的100ml 玉米浆摇瓶培养液中，30℃恒温条件下摇床培养（200rpm ，24h ），进行酶液种子扩大培养。 稻秸、麦秆取自淮阴区郊区农田，自然风干，粉碎机粉碎，过筛（8目）。分别称取质量分数3%的稻秸（A ）、麦秆（B ）及稻麦混合物（质量比1：1，C ）的原料于500ml 锥形瓶中，配置成100ml 培养液，每瓶添加必须营养元素（质量分数计）：玉米浆0.2%、硫酸铵0.3%、磷酸二氢钾0.2%、氯化钴20mg/L 、硫酸镁0.3g/L 、硫酸亚铁5ml/L 、硫 酸锰1.6mg/L 、硫酸锌1.4mg/L [8]， 121℃灭菌20min 。另添加质量分数为0.01%的葡萄糖和0.03%的尿素（115℃灭菌15min ），置于摇床进行纤维素酶扩大培养（30℃，200rpm ，120h ），取样测其纤维素滤纸酶活（FPA ），见表1。 网络出版时间：2015-03-24 09:31 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/1d3824424.html,/kcms/detail/11.1964.S.20150324.0931.007.html
混合生物质原料恒温厌氧发酵 【特色及优势】 本研究方向以太阳能利用技术、生物质能利用技术为基础，主要研究内容包括（1）太阳能能量储存材料及系统；（2）研究温度对户用厌氧发酵沼气池产气的影响；（3）恒温厌氧发酵生产过程的相关基础问题、接种物浓度、发酵池料液酸碱度等。恒温厌氧发酵装置更好地实现了太阳能和生物质能的优势互补，有效地解决了冬季户用沼气池无法正常连续高效使用的瓶颈问题，达到了良好的经济效益和环境效益。 沼气池是解决农村能源问题、帮助农民脱贫致富的有效措施，同时能消除粪便的污染，减少薪柴的燃烧，从而极大地改善农村生态环境。此技术的应用对城市垃圾的减量化排放、资源化利用同样有很好的借鉴作用，对探索城乡垃圾处理办法具有积极的意义。先后承担了三项国家自然科学基金项目和多项甘肃省自然科学基金项目。 【实验地点和面积】 中心实验大楼地下室，实验室使用面积63m2,皋兰实验基地近400m2。 【学术队伍】
【代表性科研成果】 （1）代表性项目 （2007AA05Z261）； [1]国家科技部863计划项目“太阳热能与生物质能互补的高效规模供热关键技术” [2]国家科技部星火计划重点项目“农村太阳能恒温沼气-风电集成技术开发与示范” （2010GA860004）； [3]国家科技部科技支撑计划项目“混合原料高产生物燃气技术集成与示范”（2011BAD15B03）； [4]甘肃省重大科技专项“太阳能恒温沼气池建造技术研发与示范”（092NKDA035）； [5]甘肃省科技支撑计划“高效三级恒温沼气生产系统及其性能研究”（0804NKCA054）； [6]甘肃省星火计划“太阳能与农村废弃物互补的高效规模沼气供能系统”（0805XCXD143）； [7]甘肃省自然科学基金项目“生活垃圾高温厌氧干发酵关键参数优化研究”（0809RJZA022）； [8]甘肃省教育厅项目“太阳能加热的沼气生产系统的性能研究”（0803-06）； [9]“陇原青年创新人才扶持计划”项目“高效电热沼气联供系统的研发与示范”； [10]甘肃省建设科技攻关项目“与农村建筑一体化的模块化太阳能恒温沼气生产系统的研发与示范”（2）代表性论文 [1] Bai Jian-hua，LI Jin-ping, LI Zhen, Zhang Jing-wen. Methane capacity and CO2 reduction potential of thermostatic anaerobic fermentation. 9th International conference on sustainable energy technologies, Shanghai, China. 2010, 90 [2] 李金平, 王磊磊, 王立璞, 王林军, 齐学义. 传统采暖房内热环境的三维数值模拟[J]. 兰州 理工大学学报. 2008，34(1)：45-49 [3]李金平,王建森,张生军,王林军,王磊磊,王立璞.太阳能和生物质能互补的供暖系统研究[J].石 油石化节能,2008,19(5):1-5. [4]李金平，岳华，柏建华，马涛，王建森，王林军.三级恒温沼气热电联供系统性能分析[J].中国 沼气2009,27(6):l7-21 [5]李金平, 柏建华, 李珍. 不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究. 中国沼气,2010,(6). [6]李金平,等. 太阳能与生物质能互补的采暖系统研究. 中国工程热物理学会工程热力学与能源 利用学术会议, 浙江绍兴, 2007,187-194 [7]王立璞, 李金平,等. 地板辐射采暖与散热器采暖热环境比较.中国工程热物理学会工程热力学 与能源利用学术会议, 浙江绍兴, 2007, 183-186 [8]王磊磊, 李金平,等. 太阳能和生物质能互补的散热器采暖系统.中国工程热物理学会工程热力 学与能源利用学术会议, 浙江绍兴, 2007, 195-201. [9]王林军，李金平，王建森，袁吉，常素玲，武磊.沼气水合物形成条件的模拟计算[J].中国沼气， 2008,26(5):14-17 [10]张景文，李金平，高为浪，王震，伍双成，李桂花.基于nRF401的温度数据采集系统[J].西华 大学学报，2010,29(4):8-11 [11]李金平，马涛，王建森，王春龙，王林军.表面活性剂对水合物生长过程的定量影响[J].工程 热物理学报，2010,31(5):793-796 [12]张庆芳,杨国栋,孔秀琴，等. 改性花生壳吸附水中Cr6+的研究[J]. 化学与生物工程，2008， 25(2): 29-31. [13]张庆芳,孔秀琴,贾小宁.改性玉米芯吸附剂脱除废水中酸性大红的研究[J].染整技 术.2009,31(8):23-25. [14]张庆芳,朱永斌,李金平,贾小宁,赵祥.次氯酸钠处理水煤气废水中的氧化还原电位变化研究 [J].四川环境,2009,28(4):13-15. [15] 张庆芳,朱宇斌,李金平,贾小宁,孔秀琴. 改性花生壳和改性玉米芯吸附重金属的对比实验研
环化系环测1001 李园方 厌氧发酵 1前言 餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要来源。餐厨垃圾以蛋白质、淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分, 是能源和肥料潜在的资源。餐厨垃圾含水率高达75% ~ 90%, 渗沥液易通过渗透作用污染地下水, 产生出大肠杆菌等病原微生物, 直接危害人体健康[ 1] 。另外, 餐厨垃圾处理过程中也会产生大量的高浓度有机废水, 如果处理不当, 将造成巨大的环境污染和资源浪费。宁波市于2009 年6月建成了一座餐厨垃圾废水厌氧 发酵工程, 经过2个月的调试运转, 于2009年8月开始正式运行。现将该工程情况介绍如下。 2废水概况 餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1602废水概况餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1603工艺流程根据工艺流程, 餐厨垃圾废水制沼气及发电主 要为以下三个步骤。 3-1厌氧发酵调试阶段 活性污泥的培养及驯化对反应器的正常运行至关重要。本项目的
接种污泥取自宁波骆驼沼气站(该沼气站以猪粪为原料)。 ( 1)污泥驯化初期(时间10天)。投入一定量的接种污泥, 再加入稀释后的废水( CODCr < 10 g L- 1 )一起投入改进型升流式厌氧污泥床反应器( UASB )中, 调节pH 至中性, 使污泥恢复活性。 ( 2)污泥驯化中期(时间30天)。投入一定量的接种污泥, 餐厨垃圾废水稀释为50% ( CODC r 40~ 80 g L- 1 ) , 出水水质良好。污泥性质基本稳定,上清液澄清透明。这表明, 活性污泥开始驯化, 适应餐厨垃圾废水。 ( 3)污泥驯化后期(时间20天)。餐厨垃圾废水提高到进料COD 浓度80~ 120 g L- 1, 保持一个 水力停留期。随着餐厨垃圾废水投加量的增加, 出水COD有所提高, 但仍能保持较高的COD 去除率。较长时间稳定的去除率表明, 污泥已基本适应餐厨垃圾废水的特性, 活性污泥驯化完成。 3-2厌氧发酵阶段 该工程采用2000m3 的改进型升流式厌氧污泥床反应器进行厌 氧发酵制沼气, 发酵装置外观见图1。该反应器处理效率高, 耐负荷能力强, 出水水质相对较好, 沼泥生成量小, 具有防堵防爆的特点, 其 结构、运行操作维护管理相对简单, 造价也相对较低。具有良好的沉淀性能和聚凝性能的污泥在下部形成污泥层, 运行一段时间后, 出水悬浮物增加, 需要按时排泥。 该工程设计为连续投料的工业化生产工艺路线。厌氧发酵启动后,
温度对厌氧发酵工艺的影响参数 温度不仅影响着厌氧发酵的产气速度，也影响着产气量，在一定温度范围内，产气速度和产气量与温度呈现正相关，随着温度的升高，发酵周期、产气时间和发酵启动时间在缩短。 一般来说，甲烷菌有3个适宜生长的温度范围，分为：低温(10℃~30℃)、中温(30℃~40℃)和高温(50℃~60℃)，所以对应着3种优势微生物种群：嗜冷微生物、嗜温微生物和嗜热微生物。相应的厌氧处理工艺分别为：低温厌氧发酵、中温厌氧发酵和高温厌氧发酵。 1、温度对厌氧消化期的影响 厌氧消化的发酵周期（发酵周期意味着在相同时间内消化处理废弃物的量，直接反映了厌氧消化效率。一般在实际生产中，以产气量达到总气量的90%以上即可认为发酵基本完成，为一个发酵周期。）、产气时间和发酵启动时间和温度有很大关系。随着温度的升高，发酵周期、产气时间和发酵启动时间都在缩短。因此，在实际生产中可以提高发酵的环境温度，加快厌氧消化的启动，同时也可以缩短水力滞留期，处理更多的料液，提高产气量。 2、温度对厌氧发酵产气量和产气速度的影响 由表4和表5可见，温度不仅影响着产气速度，也影响着产气量，在一定温度范围，产气速度和产气量与温度呈正相关。但是，发酵原料总的产气量却不受温度的影响，所以，在厌氧发酵中要尽可能的提高发酵环境的温度，提高产气速度和产气量，从而利用更多的废物料，变废为宝。
3、温度对厌氧发酵产甲烷含量的影响 由表6可知，在不同温度条件下，厌氧发酵沼气特性是不同的，在它们都进入发酵启动时间时，以高温条件下，甲烷气体含量最高。因为存在底物的驯化适应阶段，该试验只能在一定程度上说明温度条件与产气性的关系，无法定量地说明它们之间的关系。 4、温度突变对厌氧发酵的影响 发酵温度的突变会对厌氧发酵产生影响。当温度在±3℃的变化时，消化速度受到抑制；当温度在±5℃的急剧变化时，产气量就会迅速降低，甚至会停止产气。一旦温度条件得到恢复，厌氧发酵也会恢复工作。有研究表明：温度突降后，产气量几乎降为0，总挥发性脂肪酸(VFA)和乙酸、丙酸含量快速积累，pH也随之下降。但系统较高的缓冲能力使得pH在正常范围内波动，并不影响反应器的运行。所有这些参数在温度恢复后经过一段时间均能恢复至温度变化前的状态。 基于温度对厌氧发酵的重要作用，所以，在实际的生产中，尽可能地在优势微生物种群活动范围内提高厌氧发酵的环境温度，同时应注意温度的变化。 （1）尽可能以高温厌氧发酵系统来处理环境污水，虽然存在温度较难控制和系统的不稳定等不利因素，但较之中温和低温发酵，仍然具有很多优势，如能加速菌群的繁殖，促进复杂有机原料的水解反应，较高的甲烷生产率。 （2）加强保温技术的研究、保温材料的研制和推广工作。
畜禽粪污资源化处理的三种模式中国是世界第一养殖大国。全国的1亿多个畜禽养殖场每年产生畜禽粪污约38亿吨，是既重要又大量的污染源，但如果能将其进行合理有效的处理和开发利用，实现畜禽粪污资源化，打造资源综合利用全产业链，便可实现畜禽粪污的变废为宝。目前国内外规模化畜禽养殖粪便污水处理的单项技术较多，这里介绍“三分离一净化”、好氧堆肥、沼气工程三种处理模式。 一、“三分离一净化”处理模式 “三分离”即“雨污分离、干湿分离、固液分离”，“一净化”即“污水生物净化、达标排放”。这种模式是控制粪污总量，实现粪污“减量化”最有效、最经济的方法，适用于中小规模养殖户。 雨污分离系统： 1、雨污分离 将雨水和养殖场所排污水分开收集的措施。雨水可采用沟渠输送，污水采用管道输送，养殖场的污水收集到厌氧发酵系统的进料池中进行后续的厌氧发酵再处理。 2、雨污分离系统建设方案 建设雨污分离设施的内容包括需要建设雨水收集明渠和铺设畜禽粪污水的收集管道，保证雨水与粪污水的完全分离。首先，在畜禽养殖厂房的屋檐雨水侧，修建或完善雨水明渠，尺寸据实际情况而定，一般为×。其次，在厂房的污水直接排放口或收集池排放口，铺设污水输送管道，将污水输送至厌氧发酵系统的调浆池或进料池中。 干湿分离系统： 1、干湿分离 即将畜禽粪便先收集到储粪池中，再用水冲洗猪舍，冲洗水收集到粪水池中，再进行厌氧发酵，使猪粪与污水分开收集。收集起来的畜禽粪便，经过后续的固液分离可再次降低其含水率，便于再利用。 2干湿分离系统建设方案 建干粪收集池，基本尺寸为3m×4m×1m，可根据养殖场规模适当调整，购置粪污运输推车； 建粪水收集池，基本尺寸为4m×10m×1m，可根据养殖场规模适当调整；完善粪污收集系统与厌氧发酵系统的衔接。 固液分离系统： 1、固液分离 对干清粪过程所收集的畜禽粪便再次脱水，获得含水率更低的粪渣（含水率一般可达65%以下），便于再利用；分离出来的粪水排往沼气池的进料池，进行发酵处理。 2固液分离系统建设方案 建固液分离间，4m×8m×3m，钢架厂房结构，四周建1m高围墙，半开放式，并购置固液分离
玉米秸秆做饲料的十种加工方法 玉米是供作饲料为主的粮、经、饲兼用作物，玉米秸秆也是工、农业生产的重要生产资源。作为一种资源，玉米秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分，可用作畜牧业饲料的原料。 长期以来，玉米秸秆就是牲畜的主要粗饲料的原料之一。有关化验结果表明，玉米 秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%?4%的蛋白质和0. 5%—1%的脂肪，既可青贮，也可直接饲喂。就食草动物而言，2 kg 的玉米秸秆增重净能相当于1kg 的玉米籽粒，特别是经青贮、黄贮、氨化及糖化等处理后，可提高利用率，效益将争更可观。据研究分析，玉米秸秆中所含的消化能为2 235. 8kJ/kg,且营养丰富，总能量与牧草相当。对玉米秸秆进行精细加工处理，制作成高营养牲畜饲料，不仅有利于发展畜牧业，而且通过秸秆过腹还田，更具有良好的生态效益和经济效益。 玉米秸秆饲料加工技术是采用机械工程、生物和化学等技术手段，完成从玉米秸秆的收获、饲料加工、贮藏、运输、饲喂等过程的技术。近年来，随着我国畜牧业的快速发展，秸秆饲料加工新技术也层出不穷。玉米秸秆除了作为饲料直接饲喂外，现在有物理、化学、生物等方面的多种加工技术在实际中得以推广应用，实现了集中规模化加工，开拓了饲料利用的新途径。 1 、玉米秸秆青贮加工技术： 属于生物处理技术，是玉米秸秆饲料利用的主要方式。该项技术是将腊熟期玉米通过青贮收获机械一次性完成秸秆切碎、收集或人工收获后将青玉米秸秆铡碎至1—2cm 长，使其含水量为67%—75%，装贮于窖、缸、塔、池及塑料袋中压实密封贮藏，人为造就一个厌氧的环境，自然利用乳酸菌厌氧发酵，产生乳酸，使大部分微生物停止繁殖，而乳酸菌由于乳酸的不断积累，最后被自身产生的乳酸所控制而停止生长，以保持青秸秆的营养，并使得青贮饲料带有轻微的果香味，牲畜比较爱吃。 2、玉米秸秆微贮加工技术： 这也是生物处理方法，把玉米秸秆切短，长度以养牛5-8cm、养羊3—5cm为宜，而养 猪需粉碎，这样易于压实和提高微贮窖的利用率及保证贮料的制作质量。容器可选用类似青贮或氨化的水泥窖或土窖，底部和周围铺一层塑料薄膜，小批量制作可用缸或塑料袋、大桶等。秸秆含水量控制在60%—70%，在秸秆中加入微生物活性菌种，使玉米秸秆发酵后变成带有酸、香、酒味家畜喜食的饲料。微贮就是利用微生物将玉米秸秆中的纤维素、半纤维素降解并转化为菌体蛋白的方法，也是今后粗纤维利用的趋势。 3、玉米秸秆黄贮加工技术： 这是利用微生物处理玉米干秸秆的方法。将玉米秸铡碎至2?4cm,装入缸中，加适量 温水闷2 天即可。干秸秆牲畜不爱吃，利用率不高，经黄贮后，酸、甜、酥、软，牲畜爱吃，利用率可提高到80％-95％。 4、玉米秸秆氨化加工技术：
MBR工艺组合 膜生物反应器是一种由膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺。膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。 1、MBR工艺在国内的研究现状 80年代以来，膜生物反应器愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前该技术己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3/d至13000m3/d不等。 我国对MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面： 1.探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺; 2.影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性; 3.扩大MBR的应用范围，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与难降解工业废水(石化、印染废水等)，但以生活污水的处理为主。
2、MBR工艺的特点 与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点： 1.高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3.由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。 4.利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。 5.由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。 6.反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。 7.系统实现PLC控制,操作管理方便。 3、MBR工艺的组成 通常提到的膜- 生物反应器实际上是三类反应器的总称： 1.曝气膜- 生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; 2.萃取膜- 生物反应器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ); 3.固液分离型膜- 生物反应器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 简称MBR )。 曝气膜 曝气膜--生物反应器(AMBR)采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。
1.4 实验研究目的，技术路线 我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。 根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面: （1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。 （2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。 1.5 论文章节安排 本论文共包括六章内容。 第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。 第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。 第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。 第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。 第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
秸秆发酵简介 秸秆发酵简介 玉米秸秆利用 一、玉米秸秆简介 主要由植物细胞壁组成，基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包围。纤维素是一种直链多糖，多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维；半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；木质素是以 苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。其中, 木质素是一种燃料，半纤维素可水解为五碳糖，而纤维素水解为六碳糖比较困难。 二、玉米秸秆常见预处理方法有 因玉米秸秆结构复杂，不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，同时纤维素具有高度有序晶体结构。要经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构，降低聚合度。预处理方法有物理法、化学法、物理化
学法和微生物法等。 1、挤压膨化法（物理处理法） 是将原料粉碎后调节至一定水分 ,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动，同时被剪切、挤压，并且在摩擦热的作用下温度可接近 140 C，在从挤压机中喷出，物料的压力突然降低、体积迅速膨胀，纤维素晶体结构被破坏，从而为纤维素的酶解处理创造条件。该方法生产过程连续，不需要消耗蒸汽，而且具有灭菌效果。 2、湿氧化法（化学处理法）
是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。湿氧化法对玉米秸秆处理效果很好，纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀，形成了碱化纤维素，但能保持原来骨架，加入Na2C03后起缓和作用，能防止纤维素被破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中而 与纤维素分离。这样得到的纤维素纯度较高，且副产物很少。 匈牙利Eniko等人釆用湿氧化法在195°C, 15min, 1200千帕02, Na2C032g/L条件下,対60g/L玉米秸秆进行预处理。其中60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出来，纤 维素酶解转化率(ECC)达85%左右。 3、酸处理法(化学处理法) 该方法可追溯到1980年。该法是釆用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理，其中以硫酸研究和应用的最多。处理后，半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的结晶结构被破坏，原料疏松,可发酵性强。但水解前必须将pH值调整到中性, 还应该注意反应器的耐酸性。 4、蒸汽爆破法(物理化学处理法) 是用蒸汽将原料加热至180?200°C,维持5~30min,也可加 热到245°C,维持0. 5~2. Omino高温高压造成木质素的软化，在迅速使原料减压，造成纤维素晶体和纤维束的爆裂，使木质素和 纤维素分离。该法成本较高，间歇蒸汽汽爆器对玉米秸秆进行爆 破处理，经这种爆破器爆破的玉米秸秆，纤维素水解转化率(ECC) 可达70%以上。 5、生物方法 具有节约化工原料、能源和减轻环境污染等方面的优点。有许多微生物能产生木质素分解酶，如白腐菌，其分解木质素的能
沼气发酵工艺流程 从全社会能源消费与供给的发展趋势，随着工业化发展进程使得矿物质能源日趋枯竭，尽管这是未来将会发生的事，当然也是历史发展的必然结果，将会引起全社会的关注。世界各国都在寻求可再生的替代能源，虽然探矿开采不会立即结束，但是可再生能源的试生产也要立即开始，甚至早已经开始了。沼气工程作为即可处理废弃的有机物又可从中回收能源，这是采用现代化技术开发生物质能源利用的重要组成部分，也是沼气工程产业将会乘胜发展的必然。 我国的沼气产业已从单纯的能源利用发展成为废弃物处理和生物质多层次综合利用，并与养殖、种植业广泛结合，在农村生产和生活中发挥了重要作用 沼气发酵技术确切的应该称为厌氧发酵技术，是指从发酵原料到产出沼气的整个过程，所采用的技术和方法。沼气发酵技术主要包括原料的预处理，接种物的选取和富集，发酵器（在厌氧发酵过程中的发酵器也称反应器，是沼气发酵罐、沼气池、厌氧发酵装置的统称）结构的设计，工程起动和日常运行管理等一系列技术措施。其流程图如下所示： 进料池 青贮 秸秆 粉碎预处理 沼液沼渣（再利用） 1.秸秆预处理： 1.1.预处理： 农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成，其产气特点是分解速度较慢，产气周期较长。使用这种原料在入池前需进行预处理，以提高产气效果。 常用的预处理方法有物理、化学与生物方法等。物理方法主要有切碎、粉碎、汽爆等。生物法的研究主要集中在菌种的筛选和发酵条件优化方面。目前研究最多的微生物是白腐真菌。生物方法具有环境友好、处理效率高等优点，但需要无菌操作条件和专门的培养设施，目前有关研究较多，实际应用很少。化学法主要利用酸和碱等化学物质对秸秆进行预处理，通过化学作用破坏秸秆的内部结构，从而提高秸秆的厌氧消化性能。化学法具有处理方法简单、时间短、效果好等优点，但化学处理剂有可能产生二次污染。 1.2.青贮：青贮池设计以为矩形，若有多个青贮池可并联或串联使用。 粉碎的秸秆贮入青贮池后应轧实，减少内部氧气存有量，避免原料浪费。 秸秆含水量控制在65%左右，密度以大于500㎏/m3为宜。
~ 氨氮对厌氧发酵的影响 厌氧发酵是处理有机废弃物并实现其资源化利用的有效手段，然而厌氧发酵作为生物处理技术一种，必然存在着生化抑制反应。存在的生化抑制反应主要有：pH抑制、氢抑制、挥发性有机酸（VFA）和氨氮的抑制等。高浓度的氨氮就是有机废弃物厌氧生物处理中常遇到的一个难题。 本文阅读大量文献，集中研究氨氮在厌氧发酵过程中的产生机理、抑制浓度等规律，以期待解决或者避免氨氮在产甲烷发酵过程中的抑制反应情况，为今后的厌氧发酵提供理论和技术支持。 1氨氮的产生机理 在有机垃圾厌氧消化的过程中，氮的平衡是非常重要的因素，尽管进入消化系统中的硝酸盐能被还原成氮气，但其仍将存在于系统中。由于厌氧微生物细胞的增殖很少，只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的有机氮在厌氧发酵 降解过程中形成水解产物-氨氮，主要以铵离子NH 4+-N和游离氨NH 3 形式存在。 因此消化液中氨氮的浓度都高于进料的氨氮浓度，系统中的总氮是守恒的。 氨态氮主要是通过氨基酸的降解产生，其分解主要通过偶联进行氧化还原脱氮反应，这需要两种氨基酸同时参与，其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮，同时产生的质子使另外一个氨基酸的两个分子还原，两个过程同时伴随着氨基酸的去除。如丙氨酸和甘氨酸的降解： CH 3CHNH 2 COOH（丙氨酸）＋2H 2 O→CH 3 COOH＋CO 2 ＋NH 3 ＋4H+ CH 2NH 2 COOH（甘氨酸）＋4H+→2CH 3 COOH＋2NH 3 ] 两个反应合并即为： CH 3CHNH 2 COOH＋2CH 2 NH 2 COOH＋2H 2 O→3CH 3 COOH＋CO 2 ＋3NH 3 由于氨基酸的降解的能够产生NH 3 ，因此在这一过程会影响到溶液的pH值。 NH 3的存在对厌氧过程非常重要，一方面，NH 3 是微生物的营养物质，细菌利用氨
玉米秸秆储存方法 收藏人：july118 2015-02-05 | 阅：1 转：59 | 来源 | 分享 腾讯空间 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 搜狐微博 推荐给朋友 举报 牧草饲料 就目前，玉米秸秆饲养肉牛比较好的饲料，山东中华牧业万头肉牛羊驴养殖畜牧专家就玉米秸 秆青储技术给与详细介绍： 一、玉米秸秆青储技术 用青贮方法将秋收后尚保持青绿或部分青绿的玉米秸秆较长期保存下来，可以很好地保存其养分，而且质地变软，具有香味，能增进牛、食欲，解决冬春季节饲草的不足。同时，制作青贮料比堆垛同量干草要节省一半占地面积，还有利于防火、防雨、防霉烂及消灭秸秆上的农作 物害虫等。 制作青贮料的技术关键是为乳酸菌的繁衍提供必要条件： 一是在调制过程中，原料要尽量铡短，装窖时踩紧压实，以尽量排除窖内的空气。二是原料中的含水量在75％左右(即用手刚能拧出水而不能下滴时)，最适于乳酸菌的繁殖。青贮时应根据玉米秸的青绿程度决定是否需要洒水。三是原料要含有一定量的糖分，一般玉米秸秆的含糖量 符合要求。 青贮玉米秸秆方法甚多，这里仅介绍最基本的一般青贮法，便于广大农村普及推广。 1．挖窖选择土质坚实，地势高燥，背风向阳，雨水不易冲淹的地方建造青贮窖。窖形一般有圆形与长方形之分，窖壁平直光滑，不透水，不透气。窖的宽度一般应小于深度，较好的比例是1：
1．5-2，利于原料本身重量将其压实，并能降低损耗量。窖的大小应根据青贮数量及养畜头数来决定，圆形的一般直径在1．7-3米之间，深度以3- 4米为宜，底部要呈锅底形。规模养畜宜采用长方形窖，宽度在1．7-3米之间，深度以2．3-3．3米为宜，长度随青贮数量而定。长方形窖的边角应呈圆形，以利原料的下降和压实。为减少青贮料的损失，窖底和四周应铺一层塑 料薄膜。 2．计量青贮窖容量的计算，应根据原料的含水量与切碎程度，先掌握体积(立方米)青贮料的重量(如玉米秸在含水量少的情况下，切得细碎的每立方米重量为430-500公斤；切得较粗的为380-450公斤)，然后乘以窖的容积(圆形窖是3．14x半径2x窖深；长方形窖是窖长X窖宽X 窖深，均为米)，即得出窖内青贮料的重量(公斤)。 3．制作青贮原料最好当天割当天贮。装窖前检查窖底与壁是否铺好“垫底”，窖边是否铺好芦席(防原料受污染与泥土进入窖内)，而后开机铡草(切碎长度不应超过3．3厘米)，边铡碎边装，尽量避免切碎的原料在窖外暴晒过久。装入窖内的原料要随时摊开。如原料过干，应均匀洒些水。每装30厘米左右就需压实一次。窖的四周更应特别注意压紧，用石杵夯实或靠拖拉机镇压更好。逐层装满，高出地面0．5-1米呈圆顶形时封窖。封窖时，先用塑料薄膜围盖一层，加一层软干草，再加土夯实，并将表面拍光滑。封好后，应在距离窖口四周1米处挖一条排水沟，并经常检查窖顶部有无下陷现象。如发现下陷，应重新修复，防止空气与雨水进入。 4．鉴定在一般生产条件下，闻、看青贮料的气味、颜色与质地，就能评定其品质的好坏。正常的青贮料有芳香气味，酸味浓，没有霉味。颜色以越近似于原料本色越好。质地松软且略带湿润，茎叶多保持原料状态，清晰可见。若酸味较淡或带有酪酸味、臭味，色泽呈褐色或黑色，质地粘成一团或干燥而粗硬的就属于劣质青贮料了。质量过差、粘结发臭、发霉变黑的青贮料 不能喂畜。 5．利用青贮秸秆一般经过个把月便能完成发酵过程，可以开窖使用了。圆形窖揭盖后逐层往下取用，不能从中间挖窝，取料后及时盖好。长方形窖，应从一头开挖，垂直往下逐段取用，取后即盖妥。喂量控制在每头牛每天7-10公斤，1-2．5公斤，奶牛可多达15-20公斤。青贮秸秆有轻泻作用，不宜单独喂，孕畜要慎喂、少喂。过酸时可用3％-5％的石灰乳中和。 二、青贮饲料制作成败的关键 1.原料要有一定的含水量。一般制作青贮的原料水分含量应保持在65%-70%,低于或高于这个含水量，均不易青贮。水分高了要加糠吸水，水分低了要加水。