藍(lán)藻與稻草混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究

摘要 [目的]探討藍(lán)藻與稻草混合厭氧干發(fā)酵的可行性及產(chǎn)氣特性。[方法]采用批量發(fā)酵的方式，比較藍(lán)藻、稻草以及藍(lán)藻與稻草混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣的能力。[結(jié)果]接種物與物料TS（干物質(zhì)）1∶ 1時，在恒定溫度為35 ℃的發(fā)酵環(huán)境中停留60 d，單獨藍(lán)藻厭氧發(fā)酵TS產(chǎn)氣率為267 ml/g，單獨稻草厭氧發(fā)酵TS產(chǎn)氣率為320 ml/g，而藍(lán)藻與稻草TS 1∶ 1混合發(fā)酵物料TS產(chǎn)氣率為362 ml/g，比單獨藍(lán)藻、稻草厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率都高。[結(jié)論]藍(lán)藻與稻草混合發(fā)酵有利于厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的進(jìn)行，可以有效提高發(fā)酵物料的利用率。

關(guān)鍵詞 藍(lán)藻；稻草；混合厭氧發(fā)酵；沼氣

中圖分類號 S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05558-02

Abstract [Objective] The research aimed to study the feasibility and gas production characteristics of the codigestion of blue algae and straw.[Method] Codigestion and separate digestion of blue algae and straw by the batch experiment of dry fermentation was conducted. And the biogas production capacities of each digestion group were compared.[Result] The results showed that temperature for the batch dry fermentation experiment was 35 ℃， and the retention time was 60 days. With TS ratio of inoculum and feedstock of 1∶ 1， the biogas production rate of blue algae was 267 ml/g TS（dry matter）， and straw was 320 ml/g TS（dry matter）. But the biogas production rate of codigestion （with TS ratio of blue algae and straw of 1∶ 1） was 362 ml/g which was higher than pure algae and straw fermentation. [Conclusion] This research indicated that codigestion of blue algae and straw could improve the utilization rate of substrate.

Key words Blue algae； Straw； Codigestion； Biogas

近年來，隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染成為人們最為關(guān)心的話題。因湖泊水體富營養(yǎng)化而導(dǎo)致的藍(lán)藻問題和因秸稈焚燒導(dǎo)致空氣污染的問題常見諸報端，其中以江蘇地區(qū)最為嚴(yán)重。太湖藍(lán)藻年年爆發(fā)，其中2007年的藍(lán)藻大爆發(fā)嚴(yán)重影響了太湖周邊市民的生活用水，給周邊群眾生活與健康帶來了非常不利的影響[1]。同時，每年秸稈大量被焚燒，2012年因秸稈焚燒導(dǎo)致江蘇各地空氣質(zhì)量下降，可見度降低，嚴(yán)重影響了市民的正常生活和出行的交通安全[2]。

由此可見，藍(lán)藻和秸稈的資源化利用是亟待解決的關(guān)鍵問題。目前國內(nèi)針對藍(lán)藻和稻草利用的研究很多，其中都有利用藍(lán)藻、稻草進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣這一利用途徑[3-10]。但是利用兩者混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵的研究較少，為此，筆者重點研究藍(lán)藻和稻草混合厭氧發(fā)酵的可行性及產(chǎn)氣特性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

發(fā)酵原料：藍(lán)藻取自江蘇太湖藍(lán)藻打撈堆放點，稻草為溧陽某農(nóng)田曬干的干稻草。接種物：取該研究課題組實驗室在35 ℃條件下馴化富集3個月的厭氧污泥。原料和接種物的主要成分見表1。

空白對照組共產(chǎn)氣660 ml，由表3可以看出，試驗組A純藍(lán)藻TS產(chǎn)氣率為267 ml/g，試驗組B藍(lán)藻稻草混合物TS產(chǎn)氣率為362 ml/g，試驗組C純稻草TS產(chǎn)氣率為320 ml/g，

藍(lán)藻和稻草混合發(fā)酵物比藍(lán)藻和稻草分別厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣都高，TS產(chǎn)氣率比單獨發(fā)酵的簡單加和提高了23.3%。可以得出藍(lán)藻和稻草混合后更適宜厭氧發(fā)酵，兩種物質(zhì)相混合可以促進(jìn)厭氧發(fā)酵的進(jìn)程。

圖2為試驗組每日所產(chǎn)沼氣中甲烷含量的曲線，可以看出3個試驗組均正常產(chǎn)氣，發(fā)酵啟動迅速，在第4天后均可以點燃，并且甲烷含量均維持在50%以上，平均甲烷含量達(dá)到60%以上，保證了所產(chǎn)沼氣的品質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，藍(lán)藻和稻草秸稈均是能很好地發(fā)酵產(chǎn)沼氣的原料，且藍(lán)藻和稻草秸稈混合發(fā)酵更有利于增加沼氣產(chǎn)量，提高發(fā)酵效率。在發(fā)酵溫度為35 ℃、厭氧停留時間為60 d、發(fā)酵TS濃度為15%的條件下，純藍(lán)藻厭氧發(fā)酵TS產(chǎn)氣率為267 ml/g，純稻草厭氧發(fā)酵TS產(chǎn)氣率為320 ml/g，而藍(lán)藻與稻草按TS比1∶ 1混合后共發(fā)酵的物料TS產(chǎn)氣率可達(dá)362 ml/g，比單獨的藍(lán)藻、稻草厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量提高23.3%。該研究為工程應(yīng)用提供了理論數(shù)據(jù)參考。在工程實際應(yīng)用中，可根據(jù)物料的具體性質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化藍(lán)藻和稻草的物料配比，提高產(chǎn)氣率。

參考文獻(xiàn)

[1]秦伯強，王小冬，湯祥明，等.太湖富營養(yǎng)化與藍(lán)藻水華引起的飲用水危機——原因與對策[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2007，22（9）：896-906.

[2] 畢于運，王亞靜，高春雨.我國秸稈焚燒的現(xiàn)狀危害與禁燒管理對策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（27）：13181-13184.

[3] 董詩旭，董錦艷，宋洪川，等.滇池藍(lán)藻發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究[J].再生能源，2006（2）：16-18.

[4] 徐銳，高天榮，EVEN PAY，等.藍(lán)藻沼氣發(fā)酵產(chǎn)甲烷潛力測定[J].云南師范大學(xué)學(xué)報，2007，27（5）：35-39.

[5]王震宇，韓士群，嚴(yán)少華，等.藍(lán)藻厭氧發(fā)酵過程中若干指標(biāo)的變化[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，24（5）：701-705.

[6] 翟志軍，馬歡，李軍，等.巢湖藍(lán)藻產(chǎn)沼氣的試驗研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（12）：5084-5087.

[7] 胡萍，嚴(yán)群，宋任濤，等.藍(lán)藻與污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的初步研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（3）：559-563.

[8] 鄒星星，鄭正，陳廣銀，等.稻草中溫厭氧消化產(chǎn)氣初步研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（5）：275-278.

[9] 劉思穎，樊婷婷，陳雄.稻草秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝條件的優(yōu)化[J].化學(xué)與生物工程，2010，27（12）：83-85.

[10] 劉秀娟，李暉，薛金紅.稻草秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（2）：927-929.

[11] HONG W Y，DAVID E.Anaerobic codigestion of algal sludge and wastepaper to produce methane[J].Bioresource Technology，2007，98：130-134.

[12] 方文杰，劉廣青，康佳麗，等.堆漚處理對稻草厭氧消化產(chǎn)氣的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2007，23（4）：63-66.

[13] 韓士群，嚴(yán)少華，王震宇，等.太湖藍(lán)藻無害化處理資源化利用[J].自然資源學(xué)報，2008，23（6）：942-949.

[14] ALBERTO VERGARAFERNANDEZA，GISELA VARGAS，NELSON ALARCON，et al.Evaluation of marine algae as a source of biogas in a twostage anaerobic reactor system[J].Biomass and Bioerergy，2008，32：338-344.

[15] 中國科學(xué)院成都生物研究所.沼氣發(fā)酵常規(guī)分析法[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1981：1-90.