农业设施种植废弃物厌氧集中处理适用性分析

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　　摘 要：现阶段农业设施种植废弃物厌氧发酵过程中的相关问题还没有得到完全的解决，例如原料转化效率低下、发酵周期较长、预处理的过程较为复杂以及进出料较难等，这些问题对于一些农业种植物的厌氧处理工作有着极大的阻碍作用，因此需要进行大量的实验总结，根据不同的原料内部的元素含量对照不同的工艺参数进行厌氧发酵处理，下面本文结合一些农作物原料来集中介绍农作物种植废弃物的厌氧集中处理流程，并对其适用性进行详细探究，以供参考。
　　关键词：农业设施种植;废弃物;厌氧集中处理;适用性
　　随着我国农业经济的不断发展，人们生活水平的不断提升，对于农作物的种植数量以及质量也有了新的要求，在大量种植的过程中，其产生的废弃物是必不可少，因此如何有效的处理这些种植废弃物成为农业发展的一大难题。目前我国处理种植废弃物的主要方法是沼气厌氧处理，这种处理方法还在发展之中，因此需要农业技术人员加强其技术研发的力度，进而实现农业种植废弃物的有效处理，进而保证种植物原料的循环利用，为生态环境的建设提供基础保障。
　　一、水稻秸秆的厌氧集中处理背景
　　在我国广西地区，主要的农作物生产以水稻为主，而厌氧发酵的处理方式对于水稻秸秆进行无害化处理和循环利用最有效的方式，由于秸秆原料的流动性较差，因此在高浓度发酵中容易产生结壳的现象，严重影响着料液的传质作用，影响产气率。因此在生产中主要是通过机械搅拌的方式对此问题进行解决，但是此方式存在能耗比较高以及设备维修困难等问题，严重影响处理的效率，因此在现代化技术的研发下，超声波的空化作用以及机械传质作用在生物工程中已经被广泛应用。低频的超声波可以产生规律性的空化泡，在以线性的方式在媒介中进行循环震荡，促进反应底物进入酶生物催化剂的活性部位及产物进入介质中的传质作用，还可以减少次生代谢产物积累对微生物代谢的抑制作用，促进代谢产物的合成，从而增强微生物的活性、加速细胞的生长和生物反应速率。另外其所形成的空化泡在破裂时产生的额强烈冲击可以提高固体中可溶物体的溶出速率，产生像“沸腾”一样的搅拌作用，所以在水稻秸秆厌氧发酵过程中具有良好的应用前景。
　　二、材料与方法
　　水稻秸秆是从广西地区引用，沼气发酵菌种采用地区植物园沼气池，主要以羊粪和树叶为主要原料，产气状况较好，同时细菌生长的培养基是采用的巯基乙酸酯培养基。实验装置是采用的恒温厌氧发酵装置，如图一：
　　其中1代表取样口，2代表恒温出水口，3是水浴夹层，4是厌氧发酵罐，5是超声波发生器，6是恒温水进口，7是沼气集气罐，8是水封。此装置中，厌氧罐的容积是5.2升，并且采用夹层有机玻璃，通过恒温进水口保持一定的温度，西部采用的超声波清洗机功率为180瓦，频率为40千赫，并且其工作时间0到99分钟可以调节，将其作为装置中的超声波发生器;集气罐主要是采用水封的形式，通过测量来气体的高度进而计算出产生气体的体积。
　　实验方法：主要采取指标的选择和控制以及检测的方法，发酵温度经过实际试验得出37℃对于发酵产酸的效果最佳，超声波的处理声强每平方厘米要大于1.0W，并且根据实际试验得出在每平方厘米1.2W以下为最佳。具体的设计：利用巯基乙酸酯培养基接种质量分数为1%的沼液，恒温37℃培养，调整超声波处理声强为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0到1.2W每平方厘米，频率调节到40千赫，每间隔50分钟进行超声处理10分钟，在24小时之后以没有接种的菌体液体培养基进行对照，在波长600纳米处测定其吸光度的数值，如果出现吸光度的数值超过检测范围，则需要用未接种菌体液体培养基进行稀释后再次测量，再次过程中通过数据来分析声强对于厌氧微生物生长的实际影响，并且找出适合其生长的声波强度，进而改变超声波的处理时间，利用单次超声处理，分析24小时之后在波长600纳米处的吸光度数值，进而分析声强对厌氧微生物生长的实际影响。
　　然后称量10g的稻草粉，将其加入容量400mL的蒸馏水中，利用500mL的蒸馏烧杯，在上述实验获得声强数值中再次分别在0、5、10、15、20、25、30分钟的间隔用超声处理，并且需要定量的利用滤纸进行抽滤，并且将其使用蒸馏水清洗到没有颜色，然后将滤纸与稻草粉一同在105℃的温度下烘干称其重量，进而得到稻草粉的重量，分析出超声处理时间对稻草溶出率的影响。
　　最后以稻草粉为基本碳源，尿素为氮源，将其比例调整为碳氮比25比1，然后利用新鲜的沼液进行接种，将最终发酵液中的稻草粉质量分数控制在6%，接种量为10%，采用正交实验法演技超声处理声强和单次超声处理时间的间隔对50D产气量以及甲烷平均含量的影响，进而将这些测量结果进行有效组合。然后采用优化工艺参数的组合的方式进行秸秆发酵，以不加超声波处理为对比参照，每天需要测定产生的气量以及甲烷含量，进而对比分析出超声强度间歇性处理对秸秆厌氧发酵的影响。
　　三、结果分析
　　首先分析超声处理声强以及单次超声处理时间对厌氧微生物生长发育的相关影响，根据实验具体数据分析可知，随着声强的增加，培养液的吸光度数值在增加，然后在0.4W每平方厘米的时候增加较为明显，0.8W每平方厘米时会接近最大值，因此可以表明在该声强强度范围内超声波对厌氧生物的生长发育起着促进作用。
　　其次超声处理时间对水稻秸秆溶出率的影响。通过计算结果得知，随着超声波的处理时间增加，稻草可溶物的溶出率从3.4%逐渐升高到16.9%，说明超声波可以加速稻草粉的溶出效率，当超声处理时间达到15分钟之后，其溶出的速率明显减小，这说明可能与前期稻草粉可溶物大量溶出有关。
　　四、结语
　　经过上述实验的过程与分析，对于农业种植产生的废弃物厌氧处理方法应当根据农作物的实际情况而定，根据不同废弃物的特点选择不同的厌氧处理方式，进而保证其能够有效的被循环利用。
　　参考文献：
　　[1]万合锋，黄振兴，武玉祥，杨广明，聂飞.农业废弃物调查并结合蓝莓种植浅析其利用价值[J].环境科学导刊，2019，38（02）：70-74.
　　[2]陳羚，邹永杰，董保成.农业设施种植废弃物厌氧集中处理适用性研究[J].中国沼气，2018，36（06）：32-35.
　　[3]蒋远理.浅谈城市固体废弃物综合利用基地周边种植设计——以上海老港基地为例[J].上海农业科技，2018（06）：93-95.
　　[4]何宗均，梁海恬，李峰.天津地区蔬菜种植废弃物产生情况初步调查[J].中国农学通报，2017，33（21）：33-37.
　　[5]何宗均，梁海恬，李峰.蔬菜废弃物资源化产品在新建设施黄瓜种植中的应用[J].山西农业科学，2017，45（04）：584-586.
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