玉米芯發酵產沼氣潛力的實驗研究

葉節連，蘇有勇，張京景，陳 飛

(昆明理工大學現代農業工程學院，云南 昆明 650224)

目前，我國玉米種植面積已占我國糧食種植面積的26%，約占世界玉米種植面積的18%；我國玉米產量占我國糧食產量的30%，約占世界玉米產量的20%[1]。在玉米的生產過程中，會產生大量的玉米芯，雖然有報道將玉米芯微波輻射水解制木糖、生物發酵制氫、水解液發酵制木糖醇[2]、玉米芯栽培平菇[3]，但玉米芯的利用率仍然較低。將玉米芯進行厭氧發酵產沼氣，為處理玉米芯提供了一條可行的途徑[4，5]。

我國農業當前正處在有效利用新能源時期，農業和農村經濟可持續發展越來越受到資源短缺和生態環境惡化的制約，沼氣作為再生清潔能源可以解決農村能源、環境、畜牧發展及農民增收的問題，在農業和農村經濟結構調整中占有舉足輕重的地位[6]。

作者在此以玉米芯為原料，用自制的小型水壓式厭氧發酵裝置研究玉米芯發酵產沼氣潛力，為玉米芯厭氧發酵產沼氣的工程化、產業化提供了理論依據[7]。

1 實驗

1.1 材料

玉米芯：新鮮玉米芯購于昆明市農貿市場，粉碎至粒徑1～2 cm，置于恒溫干燥箱中烘10 h。

接種物：取自本實驗室豬糞正常沼氣發酵后的活性污泥。

1.2 裝置

自制的1000 mL水壓式厭氧發酵裝置如圖1所示。

圖1 厭氧發酵實驗裝置

1.3 方法

1.3.1 發酵料液的配制

實驗組：240 mL接種物+16 g玉米芯+沼液=800 mL，設置3個平行。

對照組：240 mL接種物+沼液=800 mL，設置3個平行。

1.3.2 分析檢測

總固體含量(TS)：(105±5)℃的恒溫箱中烘至恒重，按常規分析法測定玉米芯、接種物、發酵前后料液的TS。

揮發性固體含量(VS)：(550±20)℃馬弗爐中灼燒至恒重，按常規分析法測定玉米芯、接種物、發酵前后料液的VS。

pH值：采用精密pH試紙測定接種物、發酵前后料液的pH值。

產氣量：采用水壓式法收集沼氣，從實驗啟動的第2 d起，每天定時記錄產氣量。根據沼氣燃燒時的火焰顏色，采用火焰顏色光譜法[8]確定氣體中甲烷的含量。

2 結果與討論

2.1 固含量及pH值變化

采用常規分析法測定玉米芯的TS為93.70%、VS為97.85%，接種物的TS為9.86%、VS為61.28%。

采用精密pH試紙測定接種物的pH值為7.5。

發酵前后料液的TS、VS和pH值變化見表1。

表1 發酵前后料液的TS、VS及pH值

由表1可以看出，玉米芯的TS降解率為40.90%、VS降解率為19.82%。

2.2 產氣量變化

以玉米芯為原料，在室溫(14～23℃)下厭氧發酵49 d，日產氣量的變化如圖2所示。

圖2 玉米芯發酵產沼氣曲線

由圖2可以看出，前20 d的日均產氣量基本保持在50 mL左右，且點不著火，說明這段時間產的沼氣主要以二氧化碳為主；21～40 d，沼氣產量達到高峰，產生的沼氣燃燒時呈淡藍色火焰。實驗還發現，沼氣產量受溫度的影響比較顯著，而室溫狀態(14～23℃)的溫度變化較大，當溫度低于17℃時，甲烷菌活性降低，導致沼氣產量降低。

計算實驗組和對照組的總產氣量分別為4105 mL、90 mL，玉米芯的凈產氣量為4015 mL。由此可計算得到玉米芯發酵產沼氣潛力為335 mL·(gTS)-1或342 mL·(gVS)-1。

3 結論

在室溫條件下，以玉米芯為原料進行厭氧發酵的產沼氣潛力為335 mL·(gTS)-1或342 mL·(gVS)-1。表明玉米芯是一種良好的發酵產沼氣原料，采用批量發酵的方式可實現連續產氣。為玉米芯發酵產沼氣的應用提供了理論依據。

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[8] 江蘊華，余曉華.利用火焰顏色判斷沼氣中甲烷含量[J].中國沼氣，1984，2(3)：28.