不同接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響

不同接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響

趙崧岐，宋洪川*，高旭紅，官會林

(云南師范大學太陽能研究所，云南昆明 650092)

摘要[目的]探討不同接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響。[方法]從低次煙葉厭氧消化的日產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)氣量等方面，研究了4種接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響。[結(jié)果]不同接種物對低次煙葉厭氧消化的啟動時間以及產(chǎn)氣量的變化規(guī)律無顯著影響。相對于其他接種物，A接種物(豬糞+人糞+沼氣池底泥+玉米芯，經(jīng)過一年培養(yǎng))對低次煙葉厭氧消化的累積產(chǎn)氣量分別提高了49.0%、139.0%、85.8%、55.7%。[結(jié)論]該研究為低次煙葉厭氧消化接種物的選擇提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞厭氧消化；低次煙葉；接種物；沼氣

中圖分類號S216.4

作者簡介趙崧岐(1986-)，男，黑龍江哈爾濱人，碩士，從事低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的研究。*

收稿日期2015-06-11

Effects of Different Inoculums on Methane Production of Substandard Tobacco Leaves Through Anaerobic Digestion

ZHAO Song-qi, SONG Hong-chuan*, GAO Xu-hong et al(Solar Energy Research Institute, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650092)

Abstract[Objective] The study aimed to discuss the effects of various inoculums on methane production of substandard tobacco leaves through anaerobic digestion. [Method] From aspects of both daily and accumulated production of methane, the influences of four inoculums on methane production of substandard tobacco leaves through anaerobic digestion. [Result] Various inoculums had no obvious effects on the starting time of anaerobic digestion and changing trends of methane production for substandard tobacco leaves. By comparison with inoculums B, C and D, the accumulated production of methane produced by anaerobic digestion based on inoculum A (the mixture of pig manure, human feces, biogas digester sediment and corn cob cultured for one year) was very high, increasing by 49.0%, 139.0%, 85.8% and 55.7% respectively. [Conclusion] The research could provide theoretical references for the choice of inoculum used for anaerobic digestion of substandard tobacco leaves.

Key words Anaerobic digestion; Substandard tobacco leaves; Inoculum; Methane

作為煙草大省，云南每年30%～35%的烤煙無法進行卷煙加工，這些低等或等外級煙葉未能得到合理利用[1]。這些低次煙葉中所蘊含的能源與資源未得到有效的利用，長時間的堆漚丟棄給環(huán)境造成了極大的破壞。而對低次煙葉厭氧消化進而產(chǎn)生沼氣，是對低次煙葉的有效處理途徑之一。在低次煙葉厭氧消化的初期，需要加入足量且優(yōu)質(zhì)的厭氧消化接種物來保證低次煙葉厭氧消化的穩(wěn)定運行。一方面，由于目前普遍應用的傳統(tǒng)厭氧消化菌群中極少有能夠適應底物為低次煙葉的菌群；另一方面，國內(nèi)外對于接種物的研發(fā)還都處于試驗階段，雖然各種接種物的馴化工藝已經(jīng)有了長足的進步，但是尚未見大規(guī)模應用的報道。筆者研究了不同接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計為研究不同接種物對低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響，試驗設(shè)置了5組處理(A.豬糞+人糞+沼氣池底泥+玉米芯；B.豬糞+人糞+沼氣池底泥+鮮豬糞；C.牛糞經(jīng)過富集+甜高粱桿；D.牛糞經(jīng)過富集+玉米芯；E.池塘底泥+玉米芯)，各處理重復3次。各處理的接種物均經(jīng)過一年的培養(yǎng)，接種物用量為150 g；發(fā)酵料液體積為500 ml,pH約為7，發(fā)酵濃度約為6%；低次煙葉均未經(jīng)過預處理，用量為22 g；試驗采用室溫發(fā)酵，平均氣溫為22 ℃。

1.2測試項目與方法總固體(TS)含量和揮發(fā)性固體(VS)含量參照文獻[2]中的相關(guān)方法測定；pH采用PHS-25酸度計測定；產(chǎn)氣量利用排水集氣法收集沼氣，根據(jù)水的體積測量沼氣的產(chǎn)量；采樣方法采用分層多點采集。

2結(jié)果與分析

2.1不同接種物對低次煙葉厭氧消化日產(chǎn)氣量的影響由圖1可知，不同接種物低次煙葉厭氧消化的日產(chǎn)氣量變化規(guī)律是一致的，均在大致相同的時間達到相應的產(chǎn)氣高峰。在前9 d，不同接種物都有一個較大的產(chǎn)氣高峰，之后在第10天相繼降至低谷；在第22天左右又迎來了一個產(chǎn)氣小高峰，并在第27天又降至低谷；在第33天迎來了最后的產(chǎn)氣高峰。其中，第1個產(chǎn)氣高峰結(jié)束后，由于低次煙葉本身的毒性加之有機酸的積累，抑制了厭氧消化菌群的生長，導致產(chǎn)氣量下降，甚至停止產(chǎn)氣。在經(jīng)過系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)，產(chǎn)甲烷菌將有機酸進行分解后，使得pH恢復到可以產(chǎn)甲烷的階段。但是，由于前期有機酸積累較多，系統(tǒng)只是恢復了部分功能，產(chǎn)氣量又在第27天出現(xiàn)低谷；然后在第33天系統(tǒng)通過自身調(diào)節(jié)使得pH恢復正常，進入整個厭氧消化過程的最后階段，但此時可消化的低次煙葉原料也已經(jīng)快要枯竭；經(jīng)過了大致10 d的時間，相繼結(jié)束產(chǎn)氣。但是由于厭氧消化菌群的不同，造成了日產(chǎn)氣量峰值的不同。其中，相對其他接種物，A接種物對低次煙葉有較好的適應性，雖然不能持續(xù)產(chǎn)氣，但各個產(chǎn)氣高峰均較其他接種物有明顯的優(yōu)勢。另外，系統(tǒng)剛啟動時，產(chǎn)氣最快的是E接種物。

2.2不同接種物對低次煙葉厭氧消化累積產(chǎn)氣量的影響由圖2可知，不同接種物低次煙葉厭氧消化的累積產(chǎn)氣量變化規(guī)律也是一致的，并且符合丁琨等[3]關(guān)于烤煙秸稈厭氧發(fā)酵動力學研究的結(jié)論。這說明每一個沼氣發(fā)酵過程均是正常發(fā)酵，符合低次煙葉厭氧消化的規(guī)律。A接種物在累積產(chǎn)氣方面較其他接種物均有較大的優(yōu)勢。試驗結(jié)束時，A、B、C、D、E接種物的累計產(chǎn)氣量分別達3 110、2 086、1 301、1 674、1 998 ml。這說明在整個厭氧消化過程中，不同接種物對于低次煙葉的消化過程中消耗單位原料所產(chǎn)生的沼氣是不同的，說明B、C、D、E 4種接種物中其他不能產(chǎn)生甲烷的菌種對原料進行了消耗。

2.3不同接種物對低次煙葉厭氧消化單位原料產(chǎn)氣量的影響A、B、C、D、E接種物對低次煙葉厭氧消化單位原料的產(chǎn)氣量分別為141.4、94.8、59.1、76.1、90.8 ml/g?？梢?，A接種物對于低次煙葉厭氧消化有較好的適應性，在單位產(chǎn)氣量上達到了可以應用的141.4 ml/g。在點火過程中，在各個產(chǎn)氣階段產(chǎn)生的沼氣均呈現(xiàn)黃色火焰，說明沼氣中甲烷含量相對較高，可以作為生產(chǎn)及生活用能。

3結(jié)論

A接種物相對于其他4種接種物，無論是對低次煙葉厭氧消化的日產(chǎn)氣量還是累積產(chǎn)氣量，都有著相當程度的促進作用。相對于B、C、D、E 4種接種物，A接種物對低次煙葉厭氧消化的累積產(chǎn)氣量分別提高了49.0%、139.0%、85.8%、55.7%。但不同接種物對低次煙葉厭氧消化的啟動時間以及持續(xù)周期并沒有顯著的影響。

參考文獻

[1] 彭靖里,馬敏象,吳紹情,等.論煙草廢棄物的綜合利用技術(shù)及其發(fā)展前景[J].中國資源綜合利用,2001(8):18-20.

[2] 蘇有勇.沼氣發(fā)酵檢測技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2011.

[3] 丁琨,田光亮,蘇有勇，等.烤煙秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的動力學研究[J].農(nóng)機化研究,2013(2):217-220.