儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)芒草能源作物產(chǎn)甲烷潛力的影響

袁玲莉，王林軍，劉剛金，李 超，劉研萍

(1.北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京 100029；2.碧普華瑞環(huán)境技術(shù)(北京)有限公司，北京 100021；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041)

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儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)芒草能源作物產(chǎn)甲烷潛力的影響

袁玲莉1，王林軍2,3，劉剛金2,3，李 超2,3，劉研萍1

(1.北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京 100029；2.碧普華瑞環(huán)境技術(shù)(北京)有限公司，北京 100021；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041)

芒草是一種極具開發(fā)價(jià)值的新型能源作物，芒草在用作厭氧發(fā)酵原料時(shí)，其存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)產(chǎn)甲烷潛力有一定的影響。文章將芒草收割后分別經(jīng)過(guò)0，5，15，30和45 d存儲(chǔ)，分析不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn)TS，VS，VFA，SCOD，pH值，纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，葉綠素均發(fā)生了變化，芒草的TS含量從存儲(chǔ)時(shí)間0 d的43.92%上升到45 d的91.52%，VS含量也從0 d的41.87%上升到45 d的86.27%。對(duì)經(jīng)過(guò)不同存儲(chǔ)時(shí)間處理的芒草進(jìn)行產(chǎn)甲烷潛力(BMP)測(cè)試，結(jié)果顯示存儲(chǔ)時(shí)間為0，5，15，30和45 d的芒草的產(chǎn)甲烷潛力分別為196.54，192.68，179.73，154.89和161.59 mL·g-1VS。存儲(chǔ)時(shí)間0～30 d的BMP呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)，存儲(chǔ)時(shí)間大于30 d的理化性質(zhì)和BMP趨于穩(wěn)定，總體上隨著芒草存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，芒草的理化性質(zhì)隨之改變，產(chǎn)甲烷潛力隨存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。

芒草；存儲(chǔ)時(shí)間；產(chǎn)甲烷潛力；芒草性質(zhì)

隨著石化能源日益枯竭，生物質(zhì)能源作為一種可再生能源越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。近年來(lái)，芒草作為新興生物質(zhì)原料，被全世界各研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究。相比于第一代生物質(zhì)能源，芒草具有生物質(zhì)產(chǎn)量高、資源利用率高、生產(chǎn)成本低、生態(tài)適應(yīng)性廣、不與糧爭(zhēng)地[1]等優(yōu)點(diǎn)，極具開發(fā)潛力。我國(guó)是芒草資源最豐富的國(guó)家之一，多種芒草品種廣泛分布于中國(guó)境內(nèi)，其中又以中國(guó)芒最具應(yīng)用潛力和開發(fā)價(jià)值[2]。中國(guó)芒(Miscanthussinensis)是禾本科黍亞科草本植物，東亞和東南亞到太平洋島嶼的熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)均有分布[3]，并引入歐美地區(qū)。中國(guó)芒生命力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)[4]；為多年生草本植物，一般壽命18～20年；植株高大可達(dá)數(shù)米，莖干粗壯；根系發(fā)達(dá)，抗性高，入土深度1米以上；產(chǎn)量可高達(dá)23～30 t·ha-1[5]。所以，中國(guó)芒作為一種高產(chǎn)且性能優(yōu)良的新型能源作物，具有巨大的能源開發(fā)價(jià)值[6]。

目前，以芒草作為原料的能源化途徑包括燃燒[7]、生物乙醇[8ˉ9]、生物甲烷[10]等，在這些能源化途徑中又以生產(chǎn)生物甲烷利用效率最高[11]。芒草厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生物甲烷主要是從發(fā)酵工藝和預(yù)處理效果評(píng)估上進(jìn)行研究。主要預(yù)處理方法有：酸堿預(yù)處理、氨處理[12]、熱處理[13]、爆破處理[14ˉ15]；與其他原料混合發(fā)酵[16]，如和雞糞[17]等高含氮的物料混合發(fā)酵工藝；以及在干發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中采用微曝氣[19]等多種不同的發(fā)酵工藝研究；芒草的收割時(shí)間對(duì)產(chǎn)甲烷的影響也有相關(guān)報(bào)道[19～20]。但很少關(guān)于芒草的存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)其產(chǎn)甲烷潛力影響的研究。存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)短涉及到芒草的存儲(chǔ)成本和甲烷產(chǎn)量，可評(píng)估和篩選用作厭氧發(fā)酵的芒草原料，增加原料來(lái)源。同時(shí)，也能幫助沼氣工廠設(shè)計(jì)原料的存儲(chǔ)時(shí)間及存儲(chǔ)量，方便安排沼氣生產(chǎn)，并保證一定的產(chǎn)氣效率，對(duì)芒草在沼氣工程中的應(yīng)用具有重要意義。

筆者研究了不同存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)芒草產(chǎn)甲烷潛力的影響，并通過(guò)感觀及理化分析手段研究存儲(chǔ)過(guò)程中芒草理化性質(zhì)的變化與不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草產(chǎn)甲烷潛力的關(guān)系，為后續(xù)工業(yè)應(yīng)用中大規(guī)模生產(chǎn)生物甲烷提供原料存儲(chǔ)時(shí)間的參考。

1 材料與方法

1.1 原料

中國(guó)芒取自中國(guó)湖南長(zhǎng)沙湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)芒草種植園，如圖1所示，于2014年10月20日收割。將芒草切碎至2～5 cm小段后混合均勻，平均分成5等份，1份置于4℃冰箱中，另外4份分別放入4個(gè)帶有塑料薄膜的箱子中分別存放5 d，15 d，30 d，45 d時(shí)間，以上樣品分別標(biāo)記為D0，D5，D15，D30和D45。詳細(xì)存放環(huán)境見表1。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定存儲(chǔ)時(shí)間后，將芒草存放入4℃冰箱中。將所有到達(dá)指定存儲(chǔ)時(shí)間的芒草粉碎后過(guò)20目篩，作試驗(yàn)原料備用。各原料C/N在59～70之間。

接種泥取自北京小紅門污水處理廠消化罐，TS為2.45%，VS為1.34%，pH值8.16，C/N為7.33。

圖1 中國(guó)芒

存放地點(diǎn)白天溫度夜間溫度濕度℃℃RH%室內(nèi)19～2315～1830～40

將接種泥在35℃環(huán)境下馴化3 d，馴化后備用。

1.2 產(chǎn)甲烷潛力(BMP)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用自動(dòng)甲烷潛力測(cè)試系統(tǒng)(AMPTSⅡ)進(jìn)行分析，該儀器是針對(duì)BMP測(cè)試開發(fā)的專用設(shè)備，解決了BMP測(cè)試設(shè)備的測(cè)量精度和自動(dòng)化問(wèn)題[21]。反應(yīng)體系在500 mL玻璃發(fā)酵瓶中進(jìn)行，共添加接種泥和芒草400 g，接種泥與芒草的添加量之比基于各個(gè)VS含量，接種泥(gVS)∶芒草(gVS)為2∶1。裝置安裝個(gè)完畢后，向每個(gè)發(fā)酵瓶中通入氮?dú)? min，以保證反應(yīng)的厭氧條件。試驗(yàn)在35℃條件下共運(yùn)行了45 d。試驗(yàn)重復(fù)3次，并設(shè)置空白對(duì)照試驗(yàn)。各試驗(yàn)組別的原料和接種泥添加量見表2。

表2 沼氣發(fā)酵原料和接種泥的添加量

注：試驗(yàn)組按不同存儲(chǔ)時(shí)間原料(D0,D5,D15,D30和D45)命名

1.3 修正Gompertz模型擬合

使用修正后的Gompertz模型[22]對(duì)不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的BMP數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。模型如下：

其中：P(t)為累計(jì)單位VS產(chǎn)甲烷量，mL·g-1VS；Pmax為最大BMP，mL·g-1VS；Rmax為最大產(chǎn)甲烷速率，mL·d-1g-1VS；λ 為產(chǎn)氣延遲時(shí)間，d；t為發(fā)酵天數(shù)，d。使用OriginPro8進(jìn)行擬合。

1.4 分析方法及儀器

芒草TS測(cè)定用烘箱在105℃條件下將芒草烘至恒重，VS測(cè)定在馬弗爐中600℃條件下焚燒芒草2.5h后稱重，VS含量基于濕重計(jì)算。各原料和接種泥的總氮和總碳使用有機(jī)元素分析儀(德國(guó)，VarioEL/microcubeelementalanalyzer)測(cè)定。芒草中的酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量根據(jù)VanSoest[23]中的方法使用ANKOM2000i纖維素分析系統(tǒng)和200F57濾袋技術(shù)測(cè)定。酸可溶性木質(zhì)素(ADL)通過(guò)重量法測(cè)定，將測(cè)定ADF后的濾袋浸泡在72%的硫酸中反應(yīng)3h，洗滌至中性，放入105℃烘箱中烘干稱量，最后在600℃馬弗爐焚燒2.5h后稱量測(cè)定。浸提法測(cè)定方法為：各取10g不同存儲(chǔ)天數(shù)的芒草樣品，加入100mL蒸餾水，4℃條件下浸泡10h后去渣，液體用于測(cè)定浸提液pH值、揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)和可溶性化學(xué)需氧量(SCOD)。VFA和乙醇使用氣相色譜法(日本，島津GC2014)測(cè)定，包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸和乙醇，以氮?dú)鉃檩d氣，F(xiàn)ID檢測(cè)器；SCOD使用COD測(cè)定儀(美國(guó)，哈希DRB200)測(cè)定。測(cè)定SCOD之前，浸提液需在10000rpm條件下離心10min取上清液通過(guò)0.45 ìm濾膜后測(cè)定。葉綠素測(cè)定，為稱取0.2g粉碎樣品用石英砂和碳酸鈣粉研磨，加95%乙醇10mL，研磨至組織變白，暗處?kù)o置3～5min，使用乙醇潤(rùn)濕的濾紙過(guò)濾并用乙醇洗滌，將洗滌液全部轉(zhuǎn)移到25mL棕色容量瓶中，用乙醇定容，以95%乙醇為空白，在波長(zhǎng)665nm，649nm下測(cè)定吸光度，通過(guò)Ca=13.95A665-6.8A649，和Cb=24.96A649-7.32A665公式分別計(jì)算出葉綠素a和葉綠素b濃度，加和為總?cè)~綠素濃度，并回算出原料干物質(zhì)中的葉綠素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 芒草性質(zhì)隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化

不同存儲(chǔ)時(shí)間后，芒草的理化指標(biāo)變化情況和感官性狀情況分別如表3和表4所示。隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，芒草的TS和VS含量從D0的43.92%和41.87%上升到D45的91.52%和86.27%，D30和D45相近。隨著存儲(chǔ)試驗(yàn)的進(jìn)行，芒草中的水分在存儲(chǔ)過(guò)程中損失明顯，D15的水分損失率就達(dá)到了77.51%，D45水分損失率達(dá)到84.88%，水分損失導(dǎo)致TS和VS含量上升。而在感官性狀(見表4)中，也可以明顯觀察到水分的下降，D15基本干燥，而D30和D45為干草樣。

芒草浸提液的SCOD和VFA變化明顯，D15的SCOD和VFA濃度出現(xiàn)一個(gè)明顯地增加并達(dá)到峰值，SCOD從D0的786.60mg·L-1上升到D45的3619.71mg·L-1，VFA從217.59mg·L-1上升到726.23mg·L-1。通過(guò)觀察不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草感官性狀(見表4)發(fā)現(xiàn)，D15前后是個(gè)霉菌、白腐真菌等微生物生長(zhǎng)比較旺盛的時(shí)期，而多種微生物的作用會(huì)伴隨各種可生物利用有機(jī)物較快的降解[24]，生成可溶性的物質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)，使SCOD,VFA等成分出現(xiàn)大幅地增加。而浸提液的pH值變化隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，pH值從D0的8.73逐步降低到D45的7.62，且前5d的存儲(chǔ)對(duì)pH值的變化影響較大，D30以后趨于穩(wěn)定。

不同存儲(chǔ)時(shí)間下(D0～D45)，芒草木質(zhì)纖維素含量占干物質(zhì)比重略微上升，由于存儲(chǔ)過(guò)程中微生物優(yōu)先利用非木質(zhì)纖維素成分的易降解有機(jī)物，使這些易降解有機(jī)物不斷消耗，且其消耗比始終高于木質(zhì)纖維素消耗比，使干物質(zhì)中木質(zhì)纖維素含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而木質(zhì)素含量降低明顯，從初始的26.25%降低到14.99%；半纖維素?zé)o明顯的變化，為28.83%～30.15%；纖維素含量呈增加趨勢(shì)，從D0的24.55%增加到D45的37.40%。D0～D15隨存儲(chǔ)時(shí)間增加，芒草的腐爛程度嚴(yán)重，出現(xiàn)大量可見真菌[25]，多種真菌尤其是白腐真菌[26]是降解木質(zhì)素最有效的微生物，能將木質(zhì)素等徹底降解為CO2和H2O[27]，因而導(dǎo)致芒草在存儲(chǔ)過(guò)程木質(zhì)素的含量逐步降低。

表3 不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草性質(zhì)

表4 不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草感官性狀

通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)(見表4)，在整個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程中，葉色不斷變黃，到D15以后呈干黃狀。通過(guò)測(cè)定各個(gè)存儲(chǔ)天數(shù)芒草的葉綠素可知，隨存儲(chǔ)時(shí)間增加，原料干物質(zhì)中的葉綠素含量從D0的0.8194 mg·g-1逐漸降低到D45的0.2906 mg·g-1，D30和D45相近。這是由于在存儲(chǔ)過(guò)程中，葉綠素的降解導(dǎo)致，而葉綠素降解受到多種因素的影響：自身因素(自身代謝作用、多種葉綠素降解酶等)、環(huán)境因素(光照、氧氣、溫度、濕度等)[28]，葉綠素b轉(zhuǎn)化為葉綠素a，經(jīng)過(guò)多種酶的作用，最終降解為無(wú)色的單毗咯氧化降解產(chǎn)物[29]。而葉綠素含量極低，其含量和降解產(chǎn)物對(duì)厭氧發(fā)酵幾乎沒(méi)有影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明，芒草在相同的環(huán)境條件下進(jìn)行儲(chǔ)存，存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)短在一定程度上改變了芒草的理化性質(zhì)，從而使得不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的產(chǎn)甲烷效率可能受到影響。觀察到D15以內(nèi)的存儲(chǔ)時(shí)間各性質(zhì)變化比較明顯，而D30和D45性質(zhì)相似，可能由于極低的含水率使微生物活性大大降低，而對(duì)理化性質(zhì)影響甚微。

2.2 芒草BMP隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化

45 d的芒草產(chǎn)甲烷潛力(BMP)測(cè)試，發(fā)酵過(guò)程中不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的單位VS累積產(chǎn)甲烷量和日產(chǎn)甲烷量分別如圖2和圖3所示。圖2為不同存儲(chǔ)時(shí)間下的芒草經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵45 d的累積產(chǎn)甲烷量。A-D0和A-D5的曲線基本重合，這可能由于A-D0和A-D5的各原料性狀比較相似，使單位VS甲烷累積趨勢(shì)的重合度較高；經(jīng)過(guò)15 d，30 d和45 d存儲(chǔ)的芒草(A-D15，A-D30，A-D45)，產(chǎn)甲烷速率明顯下降，且累積產(chǎn)甲烷量也明顯下降，這可能由于隨著存儲(chǔ)時(shí)間增加，芒草中的有機(jī)質(zhì)不能得到很好的保存，使芒草中可被利用物質(zhì)在進(jìn)行產(chǎn)甲烷潛力測(cè)試前被損耗，使菌群可直接利用的有機(jī)物減少[30-31]。另外，甲烷發(fā)酵過(guò)程初期，發(fā)酵體系內(nèi)會(huì)急劇酸化，而較高的pH值可以對(duì)這種過(guò)度酸化起到緩沖作用[32]，有利于甲烷的發(fā)酵產(chǎn)生。由于不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草浸提液pH值隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降pH值也可能是導(dǎo)致芒草BMP值隨著芒草存儲(chǔ)時(shí)間的增加而降低的一個(gè)原因。A-D0，A-D5，A-D15，A-D30，A-D45的BMP分別為196.54 mL·g-1VS，192.68 mL·g-1VS，179.73 mL·g-1VS，154.89 mL·g-1VS，161.59 mL·g-1VS。BMP基本隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加而下降，其中A-D0和A-D5的BMP值相近；A-D15和A-D0相比，BMP已經(jīng)下降了8.55%，而A-D30和A-D45的BMP值比A-D0下降了17.78%～21.19%，下降幅度明顯；且A-D30以后BMP趨于穩(wěn)定，說(shuō)明芒草存儲(chǔ)30 d以后對(duì)BMP影響不明顯。

圖3為不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的甲烷日產(chǎn)量。試驗(yàn)在發(fā)酵時(shí)間0～2 d，即得到了最高甲烷日產(chǎn)量，這是因?yàn)樵囼?yàn)開始時(shí)可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物快速利用而在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到產(chǎn)氣高峰，其中A-D0和A-D5的日產(chǎn)甲烷量分別在2 d和1 d達(dá)到最高，分別為14.53 mL·g-1VS和18.37 mL·g-1VS，明顯高于其他存儲(chǔ)時(shí)間的最高甲烷日產(chǎn)量，而A-D30和A-D45在1 d的日產(chǎn)甲烷量峰值僅為9.80 mL·g-1VS和10.71 mL·g-1VS，可能由于相比較其他組，A-D0和A-D5原料中的可溶物能夠較快被甲烷菌利用，而A-D30和A-D45原料雖然具有較高的SCOD，但不能直接快速被甲烷菌利用，或被其他菌利用生成CO2等其他物質(zhì)，也可能存在一些抑制物。在發(fā)酵5 d前后，各組均達(dá)到第二個(gè)產(chǎn)氣高峰，日產(chǎn)甲烷量在12.19～12.94 mL·g-1VS之間；之后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，日甲烷產(chǎn)量逐漸降低，趨于穩(wěn)定。

圖2 累計(jì)產(chǎn)甲烷量

圖3 日產(chǎn)甲烷量

對(duì)比芒草不同存儲(chǔ)時(shí)間組A-D0～A-D30的BMP變化趨勢(shì)(見圖4)和A-D0～A-D45的BMP變化趨勢(shì)(見圖5)，可以看出A-D0～A-D30(見圖4)，BMP的下降趨勢(shì)明顯，且線性化程度好，R2為0.988，說(shuō)明存儲(chǔ)時(shí)間0～30 d的BMP變化基本呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。而加上A-D45(見圖5)則線性化程度明顯下降，主要是存儲(chǔ)時(shí)間組A-D30的BMP和A-D45相近，說(shuō)明存儲(chǔ)時(shí)間大于30 d后BMP趨于穩(wěn)定，這與理化性質(zhì)變化規(guī)律一致。

試驗(yàn)中，原料的BMP厭氧發(fā)酵時(shí)間為45 d，但是根據(jù)計(jì)算，不同存儲(chǔ)時(shí)間組的芒草達(dá)到本試驗(yàn)90%的BMP所需時(shí)間很短，分別為28，28，27，24，27 d。這意味著在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，僅需24～28 d，即可獲得絕大部分芒草的甲烷潛力，發(fā)酵周期較短，可以降低發(fā)酵運(yùn)行中的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，提高發(fā)酵罐的利用效率，提高沼氣廠的經(jīng)濟(jì)效益，是芒草在工業(yè)應(yīng)用上的一大優(yōu)勢(shì)。

圖4 存儲(chǔ)時(shí)間(0～30 d)和BMP變化趨勢(shì)

圖5 存儲(chǔ)時(shí)間(0～45 d)和BMP變化趨勢(shì)

對(duì)各存儲(chǔ)時(shí)間芒草的BMP使用修正Gompertz模型進(jìn)行擬合，各試驗(yàn)組擬合曲線如圖6所示，擬合得到的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)見表5。從表5可見，各試驗(yàn)組相關(guān)系數(shù)R均達(dá)到0.99以上，擬合度高，說(shuō)明修正Gompertz模型能夠較好地反應(yīng)不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草BMP的變化規(guī)律。擬合得到的最大產(chǎn)甲烷潛力Pmax和試驗(yàn)結(jié)果基本一致，隨著存儲(chǔ)時(shí)間增加(0 ～30 d)，Pmax呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，A-D0和A-D5相近，A-D30和A-D45相近，存儲(chǔ)30 d以后可認(rèn)為對(duì)BMP影響不大。最大日產(chǎn)甲烷量Rmax基本隨著存儲(chǔ)時(shí)間增加而下降。各試驗(yàn)組未出現(xiàn)延遲時(shí)間(λ)。

圖6 BMP的修正Gompertz模型擬合曲線

表5 不同存儲(chǔ)時(shí)間的BMP修正Gompertz模型動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.3 理化性質(zhì)與BMP相關(guān)性分析

試驗(yàn)表明，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，芒草的BMP基本呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；表3對(duì)不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的性質(zhì)分析表明，芒草的TS和VS等理化性質(zhì)隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)有不同的變化，所以存儲(chǔ)過(guò)程理化性質(zhì)改變可能是直接影響不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草的BMP變化的重要因素[33]。各存儲(chǔ)時(shí)間芒草性質(zhì)與BMP的相關(guān)性和顯著性分析情況見表6。

其中TS，VS，木質(zhì)纖維素是芒草的重要結(jié)構(gòu)組成部分，這些成分的變化對(duì)纖維素原料的BMP具有一定的影響。將各存儲(chǔ)時(shí)間芒草的TS，VS和木質(zhì)纖維素性質(zhì)與芒草BMP做線性回歸，得出的關(guān)系圖分別為圖7,圖8,圖9。TS,VS和木質(zhì)纖維素的相關(guān)性系數(shù)R(見表6)分別為：-0.8867，-0.8942，-0.7876，均呈現(xiàn)較好的相關(guān)關(guān)系。R值的比較可看出VS和TS在存儲(chǔ)過(guò)程中的變化對(duì)芒草BMP的影響較大，說(shuō)明TS和VS的提高直接影響了芒草BMP值，這與Long Lin[34]等的研究結(jié)果一致。而芒草BMP隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低這一結(jié)果還需要進(jìn)一步研究其他因素的影響。如環(huán)境因素：光照、溫度、濕度等；性質(zhì)因素：可溶性成分中的抑制物、具體可生化降解成分、厭氧過(guò)程中可生化降解部分的動(dòng)態(tài)變化等；生物因素：原料中自帶微生物種類、厭氧過(guò)程中微生物變化、厭氧酶活等。

表6 不同存儲(chǔ)時(shí)間芒草性質(zhì)與BMP的相關(guān)性與顯著性分析

注：**為P<0.01，*為0.01

圖7 TS與BMP相關(guān)性分析

圖8 VS與BMP相關(guān)性分析

圖9 木質(zhì)纖維素與BMP相關(guān)性分析

3 結(jié)論

(1) 存儲(chǔ)時(shí)間會(huì)影響芒草的感官性狀和理化性質(zhì)，存儲(chǔ)過(guò)程中水分流失明顯，木質(zhì)纖維素占干物質(zhì)含量略微上升，木質(zhì)素含量有所下降，可能由于真菌的分解作用影響。浸提液的SCOD和VFAs從D15開始有大幅提升，而pH值隨存儲(chǔ)時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)。葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，各理化性質(zhì)存儲(chǔ)大于D30基本趨于穩(wěn)定。

(2) BMP值基本隨著芒草存儲(chǔ)時(shí)間的增加而降低。存儲(chǔ)天數(shù)D0～D30和BMP的關(guān)系基本呈線性趨勢(shì)下降，線性程度高；而存儲(chǔ)天數(shù)大于D30的BMP趨于平穩(wěn)，可能由于D30和D45各方面性質(zhì)相近，BMP值也相似。不同存儲(chǔ)時(shí)間的芒草達(dá)到BMP 90%所需的時(shí)間均不到28天，小于總反應(yīng)時(shí)間的2/3，能大大提高工業(yè)化應(yīng)用效率。

(3) 不同存儲(chǔ)天數(shù)芒草的BMP受到多種性質(zhì)的影響，其中TS,VS和木質(zhì)纖維素含量的變化對(duì)BMP影響顯著。需要進(jìn)一步探究其他因素對(duì)BMP的影響。

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Effect of Storage Time on Biochemical Methane Potential of Miscanthussinensis/

YUAN Ling-li1,WANG Lin-jun2,3,LIU Gang-jin2,3,LI Chao2,3,LIU Yan-ping1/

(1.Department of Environmental Science and Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China; 2.Nova Skantek (Beijing) CO Ltd,Beijing 100012,China; 3.Key Laboratory of Rural Renewable Energy Exploitation and Utilization of Agriculture,Chengdu 610041,China)

Miscanthussinensisis one of the most valuable plants for biogas production.This study focused on the influences of different storage times (0,5,15,30 and 45 days) after harvest ofMiscanthussinensison potential methane productivity.The result showed that different storage time of 0,5,15,30 and 45 days obtained different potential methane productivity of 196.54,192.68,179.73,154.89 and 161.59 mL·g-1VS respectively,which was on a declining curve.The physiochemical parameters ofMiscanthussinensis,including TS,VS,VFA,SCOD,pH,cellulose content,hemicellulose content,lignin content and chlorophyll were analyzed.All these physicochemical properties had some changes along with the different storage time.The TS content was increased from 43.92% for 0 days of storage to 91.52% for 45 days of storage,and the VS content increased from 41.87% to 86.27%.The physicochemical properties and methane potential tended to be stable when the storage times were more than 30 days.

Miscanthussinensis; storage time; Biochemical Methane Potential(BMP); properties ofMiscanthus

2016-02-26

項(xiàng)目來(lái)源：農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(2015014)

袁玲莉(1991-)，女，在讀碩士，研究方向?yàn)楣腆w廢物資源化利用，E-mail：zghzyll@qq.com

劉研萍，E-mail：liushuihan@163.com

S216.4; S561

A

1000-1166(2016)03-0024-07