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0前言
随着国家经济的快速发展,人对生活物质要求的提高。因水体的污染物有许多种,但最普遍、危害最大的要数有机物。水体中有机物主要包括天然水体中存在的腐植酸类有机物及工农业生产和人类生活活动排入的各种有机物,后者经过一定时间,通过化学、生化等作用,绝大部分最终形成腐植酸类有机物。所以近几年来,国内外水处理工作者在有机物去除问题上已做过大量研究工作,尽管目前还拿不出某一种在技术、经济上十分理想的处理工艺,但是,已经探索了许多去除水中有机物的材料和方法,有的已在工业上推广应用并正不断完善。本文主要结合国内外给水处理工程中去除水中有机物的试验和实践现状,评述各种去除水中有机物的方法,并对这一领域做一些展望。
1 混凝处理
水体中有机物按其存在的形态分为悬浮态、胶态和溶解态三种,我们通常称的水中有机物是这三者之和。混凝、澄清、过滤是常规给水处理系统中最前面的处理设备,我们通常称之为水的预处理。因此,水体中各种形态的有机物全部进入了预处理设备,可见在预处理阶段提高水中有机物去除率的重要意义。一般情况下,粒状滤料过滤设备对澄清出水中残留有机物去除作用甚微。国外曾试验过的生物过滤器,也仅能去除一小部分可生化的有机物。因此,在预处理阶段,有机物的去除主要依靠混凝澄清。在混凝澄清处理过程中COD的去除率约为20%~60%,去除率波动范围很大的主要原因是混凝、澄清对悬浮态及胶态有机物的去除率较高(最大可达80%~90%),而对溶解态有机物的去除率很低,不同水源中有机物形态分布有时相差很大。有机物减少,而分子态有机物增多,有机物溶解度下降,它们相对容易吸着到大量存在的Fe(OH)3或Al(OH)3等颗粒上共沉淀,导致有机物去除率有较明显的上升。
2 吸附处理
以活性炭(主要是粒状活性炭)为代表的吸附处理工艺是目前去除水中有机物的首选技术,因为其原料来源丰富,比表面积大,对农药及其他有机物的去除率较高,所以,被广泛应用。活性炭是非极性、弱极性的吸附材料,因此,它对水中绝大多数极性有机物特别是危害较大的卤代烃吸附效果较差。活性炭对水中有机物的去除率一般在20%~70%之间,这与水中有机物的种类、形态、分子尺寸有关,非极性、弱极性有机物,相对分子质量不太大、溶解度较小的有机物容易被吸附去除。Christine Watrta等人研究发现在分子氧存在条件下,可以提高活性炭对有机物的去除率,而且这对芳香族化合物明显有效,而对脂肪族化合物无明显作用,他们认为在分子氧存在条件下,某些有机物生成二聚、三聚物,从而增加了吸附容量。国内外研究者都进行过降低活性炭过滤器进水pH值的试验,试验证实降低进水pH值可有效提高有机物的去除率,并且能适当延长活性炭过滤器的运行周期,这与低pH条件下改变了水中有机物的形态有关,使有机物变得容易被吸附了。
3 氧化处理
在水处理中常用的氧化剂有:Cl2、O3、ClO2、H2O2、KMnO4等,由于它们的氧化能力不同,所以,氧化降解有机物的效率也不同,而且,对不同种类有机物表现出来的氧化作用有的相差很大。但这些氧化剂有一个共同的特点,就是它们都不能将水中有机物完全矿化,有时经氧化的水中COD值反而会上升,这说明了水中有部分有机物仅从大分子氧化成小分子而已。因此,常规的氧化处理很难达到满意的处理效果,另外,氧化过程需要大量能量,费用较高,很难有工业上的应用价值。当然氧化可改善混凝效果,而改善的混凝对有机物去除作用影响到什么程度,这方面的研究还有待进一步试验研究。光氧化法是近年研究较多的一种氧化去除有机物的新方法,光氧化法主要包括光化学氧化法和光催化氧化法。光化学氧化法是将O3、H2O2、O2等氧化剂的氧化作用和光(254~365nm的紫外光)化学辐射作用相结合,可产生氧化能力很强的自由基。光催化氧化法是在水中加入一定数量的半导体催化剂(如TiO2),它在紫外线辐射下也能产生强氧化能力的自由基。光氧化法的主要机理是:(1)在紫外线辐射下,有机物的键发生断裂而直接分解;(2)紫外线辐射下,水中氧化剂(催化剂存在下)生成强氧化能力自由基,提高了氧化剂对有机物的氧化能力;(3)在紫外线辐射下,使有机物外层电子处于激发态提高分子自由能,使其易于被氧化。
4膜处理
膜技术是当今水处理研究中最活跃的领域,其应用广泛。反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)不同程度上都能有效去除水中嗅、味、色、消毒副产物先质及其他有机物和微生物。MF、UF由于其孔径较大,所以,对相对分子质量较低(300~400以下)的有机物去除率很低,这直接影响了有机物的总去除率,因为,在天然水体中相当一部分有机物是低相对分子质量、可溶性有机物。UF作为水处理系统中的后处理设备已在工业上得到较多的应用,但要将它单独用作提高水中有机物去除率的设备,显然是不会得到满意的结果。RO、NF因其表皮层孔径很小(NF能去除相对分子质量200以上的物质,而RO则能去除相对分子质量低于200的有机物分子),因此,理论上它们对水中有机物的去除率非常高,但它们的致命弱点是要求对进水进行严格的各种预处理,否则膜易遭受污染和损伤,影响其正常工作,另外,膜的投资和运行费用较高,这些都限制了它们在水处理中更广泛的应用。相对而言,NF对进水的预处理要求比RO低些,且运行压力、成本也相对低些,因此,从去除有机物并兼顾脱盐的角度来看,NF技术更具有实用价值。在实际应用中,采用MF或UF作为NF的前处理可能是一个值得尝试的试验。
5离子交换处理
天然水中的有机物主要的是进入到水体的各种有机质经化学、生化降解形成的腐植酸类有机物,目前对它们的分子结构还不是很清楚,但已证实的是大部分腐植酸类物质上都带有―COOH和―OH等基团,因此,通常可将此类有机物看作是有机弱酸,理论上可推测水中这类有机物可通过离子交换去除。Paul. L.K. Fu等人的试验也已证实了阴离子交换树脂去除水中有机物的主要机理是离子交换作用,而吸附是次要作用,这一点也可以从大孔吸附树脂对水中有机物去除率并不高得以佐证。阴离子交换树脂用于截留水中有机物早有研究应用,如除盐系统中,弱碱阴树脂保护强碱阴树脂免遭有机物污染。离子交换除盐系统中常用的是苯乙烯系的离子交换树脂,由于其骨架材料是憎水性的,所以,其抗有机物污染能力较弱,近年来国内外均研制出了抗有机物污染能力强的丙烯酸系阴树脂,如Amberlite IRA―458,争光213、214阴树脂,由于其骨架材料是亲水性的丙烯酸类材料,所以,该类阴树脂吸着了有机物后易被洗脱下来,因而也就具有了较高的去除有机物能力。
关键词:粗饲料;加工;厌养贮藏
中图分类号:S816.5 文献标识码:A
文章编号:1674-0432(2010)-05-0115-1
一、粗饲料加工处理的意义
饲料是发展畜牧业的基础。没有足够的饲料,畜牧业将深受制约。目前,一些地方在发展畜牧业过程中出现了因生产迅速发展带来的饲料供应紧张,与此同时,却没有有效的开发利用机制,造成了大量饲料资源的浪费,大大制约了畜牧业发展。
二、粗饲料加工处理的方法
(一)物理处理方法
1.切短。长的秸秆家畜在咀嚼的时候会消耗很多不必要的能量,而且不容易消化,容易引起肠胃疾病。所以为了减少浪费,最大的让家畜吸收营养,可以与其它的饲料配合使用,并且把秸秆切短。一般为:牛3-4cm,马2-3cm,羊1.5-2.5cm。
2.粉碎。粉成草粉后的秸秆在与其它的饲料混合喂食的时候更容易被家畜采食,提高了饲料的利用率。但是因为家畜就是习惯吃粗粮的,所以不要粉的过细,这样会造成咀嚼的不完全,对于反刍的家畜来说滞留在胃的时间过短,会因为发酵不充分影响秸秆的吸收利用率。经过反复的实践证明,细度为0.7cm左右的成果比较好。
3.加工成颗粒饲料。将秸秆等粉碎加上适当的精料矿物质维生素等营养添加剂,制作成颗粒饲料,既保证了营养的丰富又易于运输。
4.热加工。其中包括蒸煮和膨化等。蒸煮可以软化饲料,提高采食量和吸收率。膨化可以破坏纤维结构,提高吸收率。
5.盐化。把粉碎的秸秆用1%的是食盐水搅拌后,丢放覆膜发酵,12-24小时之后会自然软化,可提高采食率。
(二)化学处理方法
1.氨化处理。经过氨化处理的秸秆,蛋白含量可增加一倍以上。既增加营养价值,又可改变秸秆组织结构提高消化率和采食率。氨化操作方法是选择高燥、不易被人畜侵踏的地方挖一土池,经济条件好的也可选用砖池,池容积视贮料多少自定,池内壁铺衬无毒塑料薄膜,然后将切短的秸秆按要求放入池内。
2.碱化处理。弱碱性的石灰水经过充分熟化和沉淀后用石灰乳处理秸秆,这样可以提高营养成分和消化率。100kg秸秆,需要3kg生石灰和200-250kg的水。将石灰乳喷在已经粉碎的秸秆上,堆放在地面上。经过1-2天后直接喂食就可以了。因为生石灰随处都有,成本低,方法简单,易操作,而且效果明显。
3.氨,碱复合处理。以上的处理方法都有自己的缺点,为了让家畜更好地吸收营养,更好的消化,可以将两种处理方法结合统一。取其优点弃其缺点。就是将秸秆饲料先进行氨化处理,然后再进行碱化处理。经过试验得知,稻草简单氨化处理的消化率是55%,而复合处理之后则可以达到71.2%。经过这种复合的处理,能够充分发挥秸秆饲料的经济效益和生产潜力。
4.酸处理。使用硫酸、盐酸、磷酸和甲酸处理秸秆饲料,其原理和碱化处理相同。但酸处理成本太高,在生产上很少应用。
(三)生物学处理
1.青贮。青贮,是各类微生物兴衰变化的结果。参与作用的微生物很多,以乳酸菌为主,利用乳酸菌发酵产生酸性条件,抑制或杀死各种有害微生物,从而起到保存青绿饲料和青绿秸秆的方法。
2.秸秆的厌氧贮藏。主要对象是干的秸秆等粗饲料。主要使用青贮发酵优势菌和EM菌等作为发酵剂。这样可以提高秸秆的适口性和使用率,但是这种方法不能改变营养不足的问题。
3.微生物处理。主要是通过有益微生物的发酵作用,降解饲料中的木质纤维,改善饲料的适口性,以此来提高饲料的消化率。
(四)复合处理
现在比较多的是将化学处理和机械加工结合在一起。这样既能增加营养,又可以提高营养价值,利于运输贮存和使用。也有利于实施工厂流水线化的处理;又能更加有效的利用秸秆饲料,因为这样也是需要较高的费用,所以也是有利于把家畜这一区域的经济做活,提高农村经济的发展速度。
三、饲料安全
饲料安全主要是指在加工过程中使用的添加剂及其在对秸秆等粗饲料的处理过程中,不产生危害动物健康及畜产品品质的毒素等。另外,生物学处理技术也有不应忽视的问题,主要是发酵用微生物菌种。如EM菌是80种以上的菌组成的混合菌,尽管有些研究认为该类微生物可提高秸秆的营养价值及动物生产性能。但人们忽视的问题是,这些微生物中是否存在危害人类和动物健康的微生物尚不明确。
参考文献
[1]王玉芳,孙守兵,胡怀兵,等.秸秆饲料加工调制技术[J].饲料与添加剂,2006,(5).
秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,是地球上最大的可再生资源,在转化为动物饲料方面具有很大的潜力[1]。但是,在实际生产中由于秸秆的适口性差、消化利用率低,限制了其对动物的营养价值,从而使大量的秸秆被焚烧或腐烂掉,这不仅造成了巨大的资源浪费,而且还造成环境污染。本研究将秸秆的爆破预处理和微生物发酵相结合,研制出高效的生物秸秆(biologicalcornstalk,BCS),处理后的生物秸秆体积缩小,硬度降低,具有较高的酶活,便于贮存及规模化生产。但是生物秸秆仍具有较高的纤维含量,国内外也很少有生物秸秆用于单胃动物的研究。生物秸秆表观代谢能的测定是其在动物生产中应用的基础。套算法和强饲法是评定家禽代谢能和养分代谢率的常用方法[2],但是对于纤维含量较高的生物秸秆代谢能的评定有待进一步研究。套算法是单个原料代谢能评定的经典方法,尤其对于粗纤维含量高、适口性较差的饲料,应用套算法可以提高动物的采食量,减少动物应激,但许多研究表明,套算法中待测原料替代的比例对代谢能的测定结果有较大的影响[3-4]。强饲法具有简单、快捷及重复性好的特点,本试验中经过处理的生物秸秆在物理性质及营养成分方面与处理前有较大的差异,秸秆的容重增加,容易饲喂到规定的量并进行强饲。因此,本研究分别采用强饲法和套算法并结合差量法对生物秸秆的代谢能进行测定,最后通过生物秸秆代替不同比例的玉米后对肉鸡养分代谢率的影响对生物秸秆代谢能值进行进一步评定,为高纤维饲料原料代谢能的测定及生物秸秆饲料配方的设计提供参考。
1材料和方法
1.1生物秸秆的制备生物秸秆由秸秆经爆破预处理和微生物发酵而成。玉米秸秆经粉碎机粉碎后(过5mm筛),在LB系列数控立式连续汽爆机(鹤壁正道生物能源公司生产)中于2.5MPa下维压200s,进行爆破预处理,处理后的样品自然晾晒干燥。爆破秸秆微生物发酵培养基由爆破玉米秸秆83.5%、玉米5.0%、麸皮2.5%、豆粕5.0%、复合营养物质4.0%组成,固液比1∶1.5。其中复合营养物质的配比为:尿素25%、葡萄糖25%、磷酸二氢钾12.5%、硫酸镁12.5%、硫酸锰10%、硫酸锌10%、氯化钴5%。以上培养基用Ca(OH)2调整培养的pH为6.5后,121℃高压15min,按4%的比例接种实验室分离鉴定的米曲霉菌种,30℃培养6d后,自然晾至风干。生物秸秆的营养组成见表1。生物秸秆中的滤纸酶、羧甲基纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶活性分别达到335.10、1138.92、32.57和201.99U/g[5]。
1.2试验设计与方法
1.2.1生物秸秆肉鸡代谢能的测定选用24只爱拔益加(AA)商品肉鸡[平均体重(3.12±0.24)kg],随机分为3个处理,每个处理8只鸡,进行单笼编号饲养。处理1饲喂基础饲粮,处理2饲喂以30%的生物秸秆代替基础饲粮中能量饲料和蛋白质饲料的饲粮。基础饲粮参照NRC(1994)配制,基础饲粮组成及营养水平见表2。试验预试期5d,正试期3d,采用全收粪法,每天收集粪便2次,去除羽毛、皮屑等杂物。处理3采用强饲法进行测定,进入正试期前先饥饿2d,使之排空消化道内容物,中间自由饮水。清理周围的羽毛,并分别于鸡部系集粪袋收集排泄物。每只鸡强饲50g。强饲结束后,每12h准确收集粪尿样品1次,共收集48h内的排泄物。收集后立即加入10%硫酸固氮,在60~65℃烘干称重,记录每只试验鸡的风干排泄物重,粉碎过40目筛备用。生物秸秆的表观代谢能(MJ/kg)=(饲粮的代谢能值-玉米的代谢能值×基础饲粮中玉米的含量-豆粕的代谢能值×基础饲粮中豆粕的含量-鱼粉的代谢能值×基础饲粮中鱼粉的含量)/基础饲粮中生物秸秆的含量。
1.2.2不同比例生物秸秆代替玉米后肉鸡养分代谢率的测定采用单因子试验设计,选择42日龄健康的AA肉鸡150只,按体重分为5个处理,每个处理5个重复,每个重复6只鸡。对照组:饲喂基础饲粮;试验1组:生物秸秆代替基础饲粮中4%的玉米(代谢能按照差量法计算结果12.46MJ/kg计);试验2组:生物秸秆代替基础饲粮中8%的玉米(代谢能按照差量法计算结果12.46MJ/kg计);试验3组:生物秸秆代替基础饲粮中12%的玉米(代谢能按照差量法计算结果12.46MJ/kg计);试验4组:生物秸秆代替基础饲粮中8%的玉米(代谢能按照强饲法计算结果5.30MJ/kg计,加入豆油,使代谢能水平与对照组相同)。肉鸡饲粮组成及营养水平见表3。试验预试期5d,正试期3d,采用全收粪法,每天收集排泄物2次,去除羽毛、皮屑等杂物。所有排泄物收集混合均匀后立即加入10%硫酸固氮,按比例称取一定量的排泄物在60~65℃烘干称重,粉碎过40目筛备用。
1.3测定方法饲料和粪样中的粗蛋白质、钙、磷含量分别采用凯氏定氮法、高锰酸钾(KMnO4)法和钼蓝比色法[6]进行测定。纤维成分的测定采用VanSoest等[7]介绍的方法进行。饲料和排泄物总能的测定:饲料原料和排泄物中的能量测定采用德国IKA公司生产的全自动氧弹测热计(IKA-C2000)进行。氨基酸含量分析[8]:样品先用6mol/L盐酸水解24h(110℃),转移定容后用0.45μm滤膜过滤,在日立L-8800型氨基酸自动分析仪上测定含量。
1.4统计分析试验数据均以“平均值±标准差”表示,结果用SAS统计软件中ANOVA过程进行方差分析,并进行Duncan氏法多重比较,P<0.05为差异显著。
2结果
2.1不同方法测定生物秸秆肉鸡表观代谢能值的比较套算法和强饲法测定出的生物秸秆肉鸡表观能量代谢率和表观代谢能见表4。可知,肉鸡对基础饲粮、试验饲粮的表观能量代谢率均显著高于套算法和强饲法测定出的生物秸秆的表观能量代谢率(P<0.05),用套算法和强饲法测定出的生物秸秆的表观代谢能无显著差异(P>0.05),2种方法测出的生物秸秆肉鸡表观代谢能明显低于玉米的表观代谢能。另外,为了给下一步的生物秸秆代替玉米的试验提供更合理的参考,本试验在套算法的基础饲粮中添加了8%的生物秸秆,根据基础饲粮的肉鸡表观代谢能,利用差量法推算出生物秸秆的表观代谢能为12.46MJ/kg,仅次于玉米的肉鸡表观代谢能。
2.2生物秸秆代替玉米对肉鸡饲粮养分代谢率的影响由表5可知,生物秸秆代替饲粮中4%和8%玉米对肉鸡饲粮中干物质、有机物质、能量、粗蛋白质和粗脂肪的代谢率无显著影响(P>0.05),且显著提高了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的代谢率(P<0.05)。但当生物秸秆代替饲粮中12%的玉米时,能量的代谢率显著低于对照组(P<0.05)。试验2组和试验4组在肉鸡各项养分代谢率方面均无显著差异(P>0.05)。
3讨论
3.1不同方法测定生物秸秆对肉鸡表观代谢能值的比较套算法可以避免饲喂适口性差的单一饲料时,动物的采食量较低、采食量不稳定的弊端,而且可使试验鸡处于自然生产状态,提高动物的采食量,增加试验结果的准确性。但套算法是以假定饲料间的组合效应为零为前提[9],未考虑饲料之间的相互影响作用。Sibbald等[10]在家禽饲料代谢能影响因素方面进行的研究表明,饲料间的组合效应及待测饲料所占比例是导致待测饲料表观代谢能值变异的主要原因。聂大娃等[3]研究了套算法测定玉米代谢能的玉米适宜替代比例,结果表明,随着玉米替代比例的增加,试验饲粮的表观代谢能值呈增加的趋势,替代比例高于40%测得的玉米的表观代谢能比较稳定,替代比例大于70%以后,饲料营养不平衡,显著影响试验鸡生产性能。张子仪等[11]用6周龄来航鸡作为试验动物,按套算法研究了5种单一原料的表观代谢能,结果显示能量饲料的表观代谢能值随待测饲料在试验饲粮中比例的增加而递减,而粗饲料则刚好相反。本试验结果表明,用套算法测定出的生物秸秆表观代谢能值显著低于差量法推算出的生物秸秆表观代谢能值,这主要与套算法未考虑生物秸秆中含有的酶类等促生长物质以及营养物质的相互作用有关,另外,运用套算法测定高纤维类物质的合理替代比例也有待进一步研究。强饲法是测定鸡饲料表观代谢能的常用方法,具有简单、快速、喂量准确、结果重演性好的优点。但强饲量影响代谢能测定的准确性,强饲量过低,会因为内源能所占相对比重较大,使表观代谢能测定值降低,而强饲量过高又会导致家禽产生严重应激,消化机能紊乱,饲料消化率下降[10]。本试验中玉米秸秆经爆破和微生物发酵处理后物理性质和营养价值有较大的改变,生物秸秆手感柔软易碎,在强饲时也很容易饲喂到规定量,因此,可尝试用强饲法测定生物秸秆的代谢能,本试验中用强饲法测定出的生物秸秆表观代谢能值显著低于差量法推算出的生物秸秆表观代谢能值,可能与生物秸秆中粗纤维含量较高、营养的不平衡对试验动物内源能值的影响较大有关。本试验采用差量法计算生物秸秆的表观代谢能的目的是使其更接近于实际饲养情况,差量法测定饲料代谢能的前提是假设基础饲粮中各种饲料原料的代谢能值不变。因此,如果待测原料与基础饲粮中其他原料存在互作效应,则通过计算后这部分的互作效应将被全部转移到待测饲料中。赵江涛等[12]的研究表明,在特定条件下,用差量法测定豆粕的代谢能更真实地反映实际生产条件下的生理值。本试验中差量法计算出的表观代谢能显著高于其他2种方法,主要与生物秸秆对饲料中其他营养物质的协同促进作用有关,会在计算时将这一部分作用累加到生物秸秆中。基础饲粮中生物秸秆的比例和后续的代替玉米试验的比例一致,更能准确地反映生物秸秆的表观代谢能。
3.2不同比例生物秸秆代替玉米的饲粮对肉鸡养分代谢率影响的比较养分代谢率是衡量饲料营养价值的重要指标。生物秸秆代替饲粮中4%和8%的玉米对肉鸡饲粮中干物质、有机物质、能量、粗蛋白质和粗脂肪的代谢率无显著影响,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的代谢率显著提高。因为鸡不能分泌水解纤维的酶,因此,中性洗涤纤维的消化一定是鸡肠道微生物作用的结果,上述结果可能主要与生物秸秆中含有较高的酶活及米曲霉促进酶的分泌有关。许多的研究表明,外源酶的添加能够增加动物对饲料的消化率[13-15]。但本试验表明,当生物秸秆替代饲粮中12%的玉米时,能量的代谢率显著低于对照组。能量代谢率的降低与12%的生物秸秆组饲粮中纤维水平的增加直接相关,许多研究均表明饲粮高纤维水平会对动物生产产生一定的负面作用[16]。本试验表明,饲粮中添加4%~8%生物秸秆在提高肉鸡养分代谢率方面与玉米相当,为生物秸秆在动物生产中的应用及节粮型畜牧业的发展奠定了基础。试验2组和试验4组在肉鸡各项养分代谢率方面均无显著差异,说明本试验在综合代谢试验的基础上,把生物秸秆的表观代谢能定为12.46MJ/kg是合理的,而用套算法(4.38MJ/kg)和强饲法(5.30MJ/kg)计算出的生物秸秆表观代谢能值,都低估了生物秸秆的营养价值,与生产实际有一定的差距,需要引起重视。
关键词:秸秆生物反应堆技术;辣椒;应用
秸秆生物反应堆技术是利用微生物分解作物秸秆过程中释放作物生长所需要的热量、二氧化碳、无机和有机养分并改善根际环境的生态农业创新技术。此项技术在温室黄瓜、番茄、草莓、茄子等作物上均有应用,并取得较好收益。但在温室辣椒上应用尚无成功的经验数据。笔者通过棚室内辣椒作物试验田与对照田各项试验指标对比,证明秸秆反应堆技术在温室辣椒上的应用是可行并且可以推广的。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验地选在锦州市北镇市青堆子镇东砖村,土壤属于黑黏土。
供试菌种:宏阳固体生物降解菌种。
供试作物:沈椒四号辣椒。
1.2 试验方法
采用分区对比法,在无支柱高效节能日光温室中进行应用秸秆生物反应堆技术和不应用秸秆生物反应堆技术对比,面积各650 m2。
秸秆生物反应堆使用方法:行下挖内置式反应沟槽,宽50 cm,高30 cm,放入厚25 cm玉米秆踏实,撒上一层菌种,再铺满玉米秆撒菌种并踏实。覆土20 cm,覆膜准备定植。用固体菌种8 kg,玉米秸秆3 200 kg,2010年10月15日开始启用秸秆生物反应堆。
2010年9月15日育苗,10月20日定植。定植前667 m2施腐熟农家肥4 000 kg。秸秆生物反应堆技术处理的于2011年1月18日开始采摘,对照是1月26日开始采摘。
2 结果与分析
2.1 不同处理温室温度比较
通过表1可以看出,秸秆生物反应堆技术处理的棚内10 cm平均地温16.58 ℃,对照平均地温为15.08 ℃,比对照高1.5 ℃,为作物生长提供了有利条件。
2.2 不同处理投入成本比较
在相同管理条件下,秸秆生物反应堆技术处理比对照节省用药3 kg,节约成本约300元,有效地控制了病害的发生,且节约了成本。见表2。
2.3 不同处理辣椒品质比较
通过表3可以看出,秸秆生物反应堆技术处理的辣椒单果质量比对照大10 g,畸形果率大大降低,有效提高了产品品质。
2.4 不同处理产量、产值比较
通过表4可以看出,秸秆生物反应堆技术处理的采摘时间比对照提前8 d;产量比对照高1 610 kg,增产37.5%;产值比对照高10 226元;纯收入比对照高9 980元,增收137.9%,增产增效极为显著。
3 小结
3.1 秸秆分解时产生热量,使20 cm栽培层地温升高,为反季节栽培作物生长提供了有利条件。
3.2 秸秆生物反应堆所应用的菌种含有专门控制土传病害的高活性菌种,从而减少了病害的发生,尤其是土传病害,使得用药成本降低。
关键词:秸秆、菌剂、预处理、沼气、发酵
近年来随着能源事业的发展, 沼气作为一种重要的生物质能,是可再生能源的重要组成部分。在我国,沼气已成为农村能源的重要组成部分.是发展生态农业,改善农村卫生环境必不可少的部分。但随着农村劳动力的转移和城镇化的快速发展.搞养殖业的农户大量减少,作为沼气的发酵原料,粪便不足,已成为沼气事业发展的重大障碍,不少农户的沼气池因缺乏粪便等发酵原料而闲置,甚至成为废池。
我国每年产生农作物秸秆约7亿吨,玉米秸秆占的比例最大,而除了部分用于燃料、造纸、做饲料和秸秆还田外,其余大部分被农民在野外焚烧,这样即污染环境又造成能源浪费。利用玉米秸秆制取沼气,会很好的解决沼气原料短缺和环境污染问题。但是因为玉米秸秆含有大量难降解的纤维素、木质素等,导致沼气发酵启动慢,产气率低。如何加快玉米秸秆发酵速度,提高产气量和产气效率,是沼气生产中亟待解决的问题。将玉米秸秆预处理后再入池发酵,可提高产气率,缩短启动时间。本文进行了四种不同预处理方式,玉米秸秆发酵产沼气对比试验,寻求一种使玉米秸秆快速发酵产沼气的预处理方法。以便在农村沼气生产中推广应用,解决沼气生产中的问题。
1 试验方法和步骤
1.1材料和方法
(1)试验地点:吉林省农安县谷家村农户水压式沼气池,容积8m3。
(2)试验原料:玉米秸秆.含水率20%;牛粪尿;复合菌剂绿秸灵;纤维素酶A和纤维素酶B。
(3)实验设计:试验共设4个预处理,每个预处理重复三次,即每个预处理用3个沼气池。试验方式见表1。
1.2试验步骤
1.2.1玉米秸秆处理:
(1)秸秆粉碎
利用铡草(揉搓)机将秸秆铡碎揉搓.秸秆铡的越短越好。
(2)秸秆浸泡
按1:1的比例加水将铡碎的玉米秸秆润湿(加水量以料堆下部不出水为宜),边加水边翻秸秆。以保证润湿均匀,润湿完成后将秸秆放置一天,以利秸秆充分吸水。
(3)原料的拌制
预处理A:将润湿后的秸秆加入玉米秸秆质量1.25%的碳酸氢铵,碳酸氢铵可以用尿素替代,加入量为秸秆质量的1%。
预处理B:加入绿秸灵复合菌剂,加入量为秸秆质量的0.3%。
预处理C:加入纤维素酶A和纤维素酶B,加入量为秸秆质量的005%,
预处理D:将秸秆和牛粪尿边翻动边拌匀。同时加水。
加水量一般控制在秸秆重量的1.8~2倍,以保证秸秆含水率在65%~70%,即用手握秸秆刚好有水滴下即可。
(4)秸秆堆沤
堆沤时,堆成1.2―15米宽、1.5米高的长条垛,盖塑料薄膜,地面留缝、垛上扎通风孔;观察菌丝生长,当秸秆上普遍长有白色菌丝为沤好。一般气温在15℃左右时堆沤5~7天。气温在20℃以上时堆沤4―5天。
1.2.2原料入池
(1)投料 将预处理的原料和准备好的碳氨和接种物混合在一起投入池内,碳氨一般为发酵原料的2.5%.接种物可按料液总量的20%准备。
(2)加水封池原料和接种物入池后,要及时加水封池。现有水压式沼气池以料液量约占沼气池总容积的90%为宜,然后将池盖密封。
(3J放气试火沼气发酵启动初期,通常不能点燃。因此,当沼气压力表压力达到4kpa以上时,应进行放气试火。所产沼气可正常点燃使用时,沼气发酵启动阶段即告完成。
1.3产气量的测定
产气量用气体流量计测定,沼气中甲烷的含量采用sp-2100色谱仪测定。
2.试验结果与分析
2.1各处理的试火情况
封池3天后试火,只有D处理中的2个池能点燃;6天后又分别试火,D处理3个池全部能点燃,B处理和C处理有2个池能点燃,A处理不能点燃;在第15天,除A处理有1个池不能点燃外,其余全部能点燃。A处理与B处理和C处理相比,A处理中产气最快15天能点燃,B处理和C处理中产气最快6天能点燃,D处理中产气最快2天能点燃是因为牛粪发酵产气的结果。而A处理中产气最慢的需要20天.B处理中产气最慢的需要10天,C处理中产气最慢的也只需12天,所以经过复合菌剂绿结灵预处理的玉米秸秆(B处理)和纤维素A纤维素B预处理的玉米秸秆(C处理),入池后的启动时间比不加菌剂预处理的玉米秸秆(A处理)入池后的启动时间缩短约9天。
2.2产气情况比较
各处理试验池的记录从2008年6月1日开始.到7月10日止,共计40天,各处理试验池的累计平均产气量见表2。
(1)各处理的平均产气量比较
各处理产气量从能正常点燃开始记录,每个处理3个池的平均产气量分别为A处理24.5m。,B处理32.7m。.C处理33.26m3,D处理33.48m2,各处理按产气量高低顺序排列为:D处理>C处理>B处理>A处理.加菌剂的B处理和C处理与加牛粪的D处理平均产气量相差不大。比不加菌剂的A处理分别提高33.47%,35.76%.36.65%。
(2)产甲烷量比较
各处理产甲烷量是用平均产气量乘以各处理的甲烷平均含量得来的。从表2可以看出,各处理产甲烷量从大到小顺序为:D处理>C处理>B处理>A处理,其顺序与沼气平均产气量相同,D处理、C处理和B处理分别比A处理提高45.25%、42.89%和42.67%;两种菌剂(C处理和B处理)之间产甲烷量相差比较小,C处理比B处理仅高0.22%。
(3)各处理的甲烷含量比较
从表3可以看出,随着发酵时间的延长,甲烷含量逐渐增加,各处理从高到低排列顺序为:B处理>D处理>C处理>A处理。
3 讨论和结论
3.1讨论
(1)在同一处理中累积产气量相差较大,其原因是多方面的:一是各处理中试验池接种物的量有差别,二是农户家试验池产气多.压力大使用不及时有气体从出料口溢出。
(2)封池后,各处理间、同一处理间试火有早晚,是因为接种物的质量和数量有差别。
3.2结论
(1)通过试验结果说明,玉米秸秆可以替代畜禽粪便制取沼气,同时产生的沼渣、沼液也是很好的优质有机肥。不但回收了秸秆中的能源,而且还解决了农民焚烧玉米秸秆污染环境的问题。