发酵过程中产生大量水,是微生物分解有机物的必然结果,并非异常现象。 其来源主要有四个:微生物氧化分解有机物直接生成"代谢水";原料细胞结构被破坏后释放出"结构水";发酵升温使水分蒸发、遇冷又凝结成水回落;物料腐熟后持水能力下降,原有水分更容易渗出。一般而言,通风翻抛到位的发酵系统,蒸发散失的水量大于生成量,成品含水率最终降至 30% 以下;但若物料过湿、通风不良,生成的水无法及时排出,就会形成积水和渗滤液,反过来抑制发酵。
发酵产生的水主要从哪来?
一、代谢水:微生物"呼吸"产生的水(主要来源)
好氧发酵的本质,是微生物将有机物氧化分解为二氧化碳和水,并释放热量。其反应式为:
有机物 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 热量
以葡萄糖为例:C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O。每分解 1 千克葡萄糖类的有机物,约生成 0.6 千克水。发酵物料中可降解有机物含量越高、分解越彻底,代谢水产生量越大。发酵升温期与高温期微生物代谢最旺盛,也是代谢水产生的高峰期。
二、结构水:细胞破裂释放的水
新鲜粪便、餐厨垃圾、秸秆等原料中,大量水分以"结合水"形式储存在细胞和组织结构内部。发酵过程中,微生物分泌的酶逐步分解细胞壁和组织结构,细胞破裂,原本被锁住的水分被释放为可流动的"自由水"。这是发酵前期物料明显变湿、开始渗水的主要原因。
三、冷凝水:蒸汽遇冷回落
发酵高温期堆体温度达 55℃~65℃,内部水分大量蒸发为水蒸气。水蒸气上升遇到温度较低的物料上层、发酵罐内壁或车间顶部,重新凝结成水滴落回物料。在密闭发酵设备和冬季低温环境下,冷凝现象尤为明显,常表现为罐壁"淌水"、物料表层过湿。
四、持水能力下降:水更容易渗出
随着发酵推进,物料结构逐渐崩解、体积缩小,孔隙结构改变,整体持水能力下降。同样含水率下,腐熟后期的物料比新鲜物料更容易析出水分,渗滤液往往在发酵中后期集中出现。
发酵产水的四种来源对比
来源产生机理出现阶段主要影响代谢水微生物氧化分解有机物(有机物+氧气→二氧化碳+水+热量)全程,升温期与高温期最旺盛物料含水率持续上升,是产水主因结构水细胞壁、组织结构被酶解破裂,结合水变自由水发酵前期为主物料变湿、开始渗水冷凝水高温蒸汽遇冷(罐壁、上层物料)凝结回落高温期、冬季、密闭设备表层局部过湿、罐壁淌水持水下降析水物料结构崩解,保水能力下降发酵中后期渗滤液集中产生
发酵产生的水都去哪了?
正常运行的发酵系统,生成的水有三个去向:一是随通风和翻抛蒸发散失,这是大头,也是翻抛机、强制通风系统的重要作用之一;二是形成渗滤液,从发酵槽底部排出,需收集处理;三是留在物料中,随成品含水率一同达标(NY/T 525-2021 要求成品水分≤30%)。
需要强调的是:产生水不等于发酵失败。判断系统是否正常,看的是水分的"进出平衡"——生成量与蒸发、排出量基本匹配,发酵就能顺利进行;平衡被打破,才会出现问题。
发酵出水过多会带来哪些问题?
第一,堆体缺氧。 水分过多会堵塞物料孔隙,氧气进不去,好氧发酵转为厌氧发酵,升温困难、周期延长。
第二,产生臭气。 厌氧环境下硫化氢、氨气等臭气物质大量生成,氨气逸散还造成氮素损失,降低成品养分。
第三,渗滤液环保压力。 渗滤液 COD、氨氮浓度高,直接排放会污染环境,发酵场地必须配套收集与处理设施。
第四,成品不达标。 水分排不出去,成品含水率超过 30%,易结块、霉变,影响销售与存储。