【文章內(nèi)容簡介】 缺的壓力，還可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)，降低生物質(zhì)的消耗[14]，對促進(jìn)生物質(zhì)良性循環(huán)、建立生態(tài)農(nóng)業(yè)以及維護(hù)生態(tài)平衡都有著積極的作用。將農(nóng)作物秸稈科學(xué)有效的處理，不僅能使資源合理利用，還有利于環(huán)境的保護(hù)。近年來,由于農(nóng)作物秸稈導(dǎo)致的環(huán)境污染事件時有發(fā)生，每到夏收、秋收季節(jié),秸稈常常被拋入河道、池塘或直接就地焚燒,不僅浪費了大量的秸稈資源,還嚴(yán)重污染了大氣、水質(zhì)資源等[15],對農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民人居環(huán)境產(chǎn)生了極大的破壞,導(dǎo)致航空、公路、河道等交通安全隱患,造成人為的生態(tài)災(zāi)難。因此,在應(yīng)對農(nóng)作物秸稈過剩問題上，加大秸稈資源化利用的力度已勢在必行。據(jù)相關(guān)資料表明,每利用1萬噸秸稈替代煤炭,、二氧化硫排放量100噸、煙塵排放量100噸，可見環(huán)境效益十分顯著[16]。因此秸稈沼氣在促進(jìn)秸稈資源化利用、減輕秸稈過剩而導(dǎo)致的環(huán)境污染、交通隱患等方面的應(yīng)用前景十分廣闊，而研究及優(yōu)化秸稈產(chǎn)沼氣效率的工作勢在必行。 通過實驗記錄預(yù)處理過程中微生物生長量的變化、預(yù)處理前后玉米秸稈結(jié)構(gòu)變化、預(yù)處理前后玉米秸稈各組分含量變化，對甲烷含量進(jìn)行分析，從而得出堆漚預(yù)處理對玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響。2 實 驗玉米秸稈：取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗田，收獲后的玉米秸稈在自然條件下風(fēng)干，用剪刀剪至3~5cm備用。產(chǎn)甲烷接種物：取自本實驗室牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣結(jié)束后的厭氧活性污泥。試驗裝置為實驗室自制的容積為1L的批量式厭氧發(fā)酵裝置，裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 圖21 發(fā)酵裝置示意圖HP8453型（上海安捷倫科技有限公司生產(chǎn)）分光光度計；S3400N II型掃描電鏡（日本HITACHI生產(chǎn)）；安捷倫6820型氣象色譜儀（北京京科瑞達(dá)科技有限公司生產(chǎn)）；取備用玉米秸稈1500 g，置于自制秸稈類生物質(zhì)兼氧預(yù)處理反應(yīng)器中，按照固液質(zhì)量比1:5加入蒸餾水，混合均勻在反應(yīng)器中進(jìn)行好氧發(fā)酵。反應(yīng)器為圓柱體結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼材料制作，其高為40cm，內(nèi)徑為30cm，在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有溫度探測點，表面覆有保溫材料。每隔2d取樣測定不同預(yù)處理過程中物料中的微生物生長量、pH值以及COD值，對預(yù)處理前后玉米秸稈中木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的含量進(jìn)行測定，并用掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)變化，對比分析物料特性變化原因。 根據(jù)秸稈的固態(tài)物含量配制TS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的料液，接種不同的接種物，在厭氧發(fā)酵裝置中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣試驗。微生物生長量的測定：采用HP8453型（上海安捷倫科技有限公司生產(chǎn)）分光光度計在600nm處測定樣品的OD600值，作為微生物細(xì)胞濃度。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的測定：參考范式水洗法進(jìn)行測定。掃描電鏡分析：取少量預(yù)處理前后的玉米秸稈樣品，用S3400N II型掃描電鏡（日本HITACHI生產(chǎn)）進(jìn)行觀察，放大倍數(shù)為1500倍。產(chǎn)氣量測定：采用排水集氣法來計量日產(chǎn)氣量，試驗啟動后，每天的同一時間記錄排水量及排水量。氣體成分測定：采用安捷倫6820型氣象色譜儀（北京京科瑞達(dá)科技有限公司生產(chǎn)）對產(chǎn)沼氣試驗過程中的主要氣體成分進(jìn)行測定。圖22 預(yù)處理過程中物料中微生物生長量的變化圖預(yù)處理過程中物料中微生物生長量的變化如圖所示，大致呈現(xiàn)了先升高后降低的趨勢。在玉米秸稈復(fù)合菌預(yù)處理的過程中，物料中的OD值在發(fā)酵開始的前6d呈現(xiàn)快速增長的趨勢，這是由于反應(yīng)器為微生物提供了適宜的氧氣濃度、溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)等，適宜的生長環(huán)境促使微生物快速生長繁殖，；隨后出現(xiàn)減小的趨勢，這是由于大量微生物的生長活動，產(chǎn)生了大量的生物代謝熱，當(dāng)產(chǎn)熱量大于散熱量時，就會產(chǎn)生熱量積累，促使反應(yīng)器中物料溫度的升高，當(dāng)達(dá)到一定溫度時，高溫就會抑制真菌的生長，使真菌進(jìn)入休眠期，只有部分細(xì)菌、放線菌繼續(xù)生長繁殖，；隨著菌體數(shù)量的降低，生物代謝熱減少，導(dǎo)致整個反應(yīng)器溫度降低，降至一定溫度時，真菌開始復(fù)蘇，然后菌體數(shù)量再次進(jìn)入小幅增長期。預(yù)處理前后玉米秸稈掃描電鏡圖像如圖所示。預(yù)處理前的玉米秸稈表面平整致密有規(guī)則，邊緣部位有隆起，表面覆有一層光滑的蠟質(zhì)層，這種結(jié)構(gòu)致使微生物難以進(jìn)入木質(zhì)纖維素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而影響降解進(jìn)程。堆漚預(yù)處理后的秸稈結(jié)構(gòu)表面粗糙，并且部分結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大部分的脫落層，說明堆漚預(yù)處理能在一定程度上改變木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)表面的出現(xiàn)許多碎屑?xì)堅?，并出現(xiàn)少許縫隙和孔洞，說明堆漚預(yù)處理過程中可以破壞秸稈表面致密的蠟質(zhì)層，但其降解過程較慢。 圖23 堆漚預(yù)處理后玉米秸稈掃描電鏡圖像預(yù)處理前后木質(zhì)纖維素含量變化如圖所示，預(yù)處理前秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%，玉米秸稈經(jīng)堆漚預(yù)處理與復(fù)合菌預(yù)處理后，木質(zhì)纖維素各組分的含量都有一定程度的減少，堆漚預(yù)處理后秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%，堆漚預(yù)處理后秸稈中半纖維素、纖維素、%、%、%。圖24 預(yù)處理前后木質(zhì)纖維素含量變化圖預(yù)處理后玉米秸稈沼氣發(fā)酵過程中甲烷含量的變化如圖所示。在沼氣發(fā)酵過程中，呈現(xiàn)出先快速增加后趨于穩(wěn)定的趨勢。預(yù)處理后的玉米秸稈在沼氣發(fā)酵過程中水平，在前15d甲烷含量一直快速增長。堆漚預(yù)處理后的玉米秸稈在沼氣發(fā)酵過程中的甲烷含量最后維持在50%左右，但要高于未處理的玉米秸稈，說明玉米秸稈在預(yù)處理后的沼氣發(fā)酵過程中的甲烷含量更高，堆漚預(yù)處理對提高玉米秸稈沼氣發(fā)酵過程中的甲烷含量的效果較好。