玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响

玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响

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1、第30卷第18期农业工程学报Vol.30No.182014年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringSep.2014213玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响1,2,31,21※22任海伟,姚兴泉,李金平,李志忠,王鑫,111,3王春龙,张殿平,孙永明(1.兰州理工大学西部能源与环境研究中心,兰州730050;2.兰州理工大学生命科学与工程学院,兰州730050;3.中国科学院广州能源研究所,广州510640)摘要:农作物秸秆是沼气生产的主要原料,但因其季节性收获特点,必须妥善储存才能为沼气全年生产提供高

2、质量原料。该研究以玉米秸秆为原料,探索了储存方式(风干或青贮)对其厌氧消化产沼气性能的影响。首先研究比较风干秸秆和青贮秸秆的化学成分和结构特性,然后分别考查两种秸秆与牛粪在不同总固体混合比(totalsolidsmixingratios,TMR)条件下的产气特性。结果表明,玉米秸秆青贮后的纤维素等可消化纤维组分保存良好,风干秸秆的可溶性糖和水分损失殆尽。扫描电镜(scanningelectronmicroscope,SEM)和X-衍射(X-raydifferaction,XRD)结果显示,风干秸秆的木质纤维结构紧密,青贮秸秆表面则有很多裂缝和孔洞,木质纤维暴露,纤维素结晶度(0.42)低于风

3、干秸秆(0.46)。厌氧消化结果表明,无论风干或青贮秸秆,当牛粪与秸秆TMR值为7∶3时,累积产气量、TS/VS产气量和TS/VS产甲烷量均高于其他4种比例,且青贮秸秆的产气性能优于风干秸秆。除1∶1比例外,其余TMR条件下青贮秸秆的累积甲烷产量均高于风干秸秆,当TMR值为7∶3时青贮秸秆的累积甲烷产量最高(1816mL)。秸秆青贮的储存方式不仅能良好保存化学组分和水分,还有利于提高沼气产量和品质,是适用于秸秆跨季节储存和预处理的一种可行方式。关键词:秸秆;沼气;厌氧消化;风干;青贮;储存方式doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.18.027中图分类号:S216

4、.4文献标识码:A文章编号:1002-6819(2014)-18-0213-10任海伟,姚兴泉,李金平,等.玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响[J].农业工程学报,2014,30(18):213-222.RenHaiwei,YaoXingquan,LiJinping,etal.Effectofmaizestrawstoragepracticeonbiogasproductionperformanceduringanaerobicco-digestionwithcattlemanure[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgricultura

5、lEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(18):213-222.(inChinesewithEnglishabstract)技术不仅能解决秸秆跨季节储存问题,还能促进厌0引言[2]氧消化效率的提高,应用潜力巨大。随着化石能源的日益枯竭和新能源需求的不目前,国外学者对青贮作物用于沼气生产的研断增加,沼气等生物能源的开发利用方兴未艾,农[3-4]究较为集中。Herrmann等研究了青贮过程、青作物秸秆是主要生产原料之一,但秸秆收获具有明贮添加剂和青贮周期对玉米、高粱、黑麦草、小黑显的季节性与时效性,累计收获总量远超过即时转麦等作物的产甲烷性能影响,

6、认为青贮使甲烷产量化利用量,必须妥善储存才能为沼气全年可持续生[5]提高了11%以上。Pakarinen等发现大麻纤维和饲产提供高质量原料。传统的秸秆风干方式具有营养用玉米青贮后的甲烷产量明显提高,但蚕豆青贮后物质和水分损失大、效率低、有火灾危险等缺点,[6]的甲烷产量却有所下降。Neureiter等和Pakarinen[1][7]影响消化过程的用水成本及沼气生产效益。青贮等认为青贮降低了原料生产甲烷的能力。Mähnert等[8]研究了8种禾本科草的产甲烷性能,发现青贮收稿日期:2014-03-23修订日期:2014-09-18对能源草甲烷产量的影响不大。国内仅有少数学者基金项目:国家高技术

7、研究发展计划(863)项目(2013AA051601);[9]国家自然科学基金项目(51366009);甘肃省杰出青年科学基金项目从事这方面研究。Gao等研究了中国地区9种不(1210RJDA016);甘肃省自然科学基金项目(145RJZA064);中国科同品种玉米的产气性能,认为全株玉米青贮后的甲学院可再生能源重点实验室开放基金项目(y407k51001);兰州理工大[10]烷产量明显高于鲜玉米株。柳珊等认

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