洋桔梗秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)

李秋敏 楊洋 廖承菌 褚素貞

摘要?為探索洋桔梗秸稈的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的可行性及其產(chǎn)沼氣特性，以洋桔梗秸稈為原料，在30 ℃下進(jìn)行了批量式恒溫沼氣發(fā)酵試驗(yàn)。結(jié)果表明，洋桔梗秸稈沼氣發(fā)酵時間為22 d，原料產(chǎn)氣率為70.79 mL/g，原料TS產(chǎn)氣率為361.56 mL/g ，產(chǎn)氣潛力與多種花卉秸稈相當(dāng)，高于大部分植物性原料。

關(guān)鍵詞?洋桔梗秸稈，沼氣發(fā)酵，產(chǎn)氣潛力

中圖分類號?S216.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）06-0188-03

Abstract?In order to explore the feasibility of biogas production from anaerobic fermentation of Eustoma grandifloru straw and its biogas production characteristics， the batch type constant temperature biogas fermentation experiment was carried out with E. grandifloru straw as raw material at 30 ?℃. The results indicated that biogas fermentation time of E.grandifloru straw was 22 d， the biogas yield of raw material was 70.79 mL/g， and the TS biogas yield of raw material was 361.56 mL/g， the gas production potential was comparable to a variety of flower straws and higher than that of most plant materials.

Key words?Eustoma grandifloru straw，Biogas fermentation，Gas production potential

洋桔梗（Eustoma grandifloru），別名草原龍膽，隸屬桔梗科草原龍膽屬，為一、二年生草本[1]，原產(chǎn)于北美洲，是目前國際上十分流行的盆花和切花種類之一[2]。云南作為世界最宜生產(chǎn)花卉的四大區(qū)域之一，2015年云南花卉種植面積7.51萬hm2，其中鮮切花以玫瑰、洋桔梗、康乃馨和百合為主，鮮切花總面積1.24萬hm2，產(chǎn)量86.9億支，占全國70%以上的市場份額。鮮切花中，洋桔梗是近年來發(fā)展較快的品類，種植面積已超過400 hm2，超過非洲菊，成為云南大宗切花品種[3]。在開拓花卉種植面積、促進(jìn)花卉產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展的同時，如何有效地對花卉廢棄秸稈進(jìn)行處理，也成為花卉種植和銷售市場所面臨的關(guān)鍵問題。目前，廢棄花卉秸稈的利用主要是直接填埋或簡單堆漚后做肥料，大量秸稈直接堆漚存在污染環(huán)境、利用率低、肥效差等問題[4]。因此，選擇一種合理、環(huán)保、高效的處理方式是處理廢棄花卉秸稈的關(guān)鍵。筆者以洋桔梗秸稈為原料，探究其厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的可能性及產(chǎn)氣潛力，旨在為廢棄花卉秸稈的資源化利用提供新途徑。

1?材料與方法

1.1?材料

1.1.1?試驗(yàn)原料。試驗(yàn)所用洋桔梗秸稈采用云南省通海縣河西鎮(zhèn)花卉種植農(nóng)戶修剪殘余物，經(jīng)測定所用洋桔梗秸稈的總固體（TS）含量為19.57%，揮發(fā)性固體（VS）含量為96.31%。

1.1.2?接種物。試驗(yàn)所用接種物取自云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地戶用沼氣池，為長期馴化的混合厭氧活性污泥，經(jīng)測定其總固體（TS）含量為12.50%，揮發(fā)性固體（VS）含量為66.16%，pH為7.5～8.0。

1.2?試驗(yàn)裝置?采用自制的容積500 mL的批量式裝置發(fā)酵，裝置圖如圖1所示。

1.3?方法

1.3.1?試驗(yàn)方法。

1.3.1.1?原料預(yù)處理。將洋桔梗秸稈切碎成約1 cm長，以便與接種物混合及利于發(fā)酵。

1.3.1.2?發(fā)酵液的配制。試驗(yàn)組：120 mL接種物，加入19 g洋桔梗秸稈，加水至400 mL，混勻，分別設(shè)置3個平行。對照組：120 mL接種物，加水至400 mL，混勻，分別設(shè)置3個平行。

1.3.1.3?發(fā)酵條件。在恒溫30 ℃下進(jìn)行全混合批量式發(fā)酵。

1.3.2?測定項(xiàng)目與方法。

1.3.2.1?pH。采用精密pH試紙測定接種物、料液發(fā)酵前后的pH。

1.3.2.2?產(chǎn)氣量。采用排水集氣法收集所產(chǎn)氣體，每天定時記錄產(chǎn)氣量，取3個平行的平均值。

1.3.2.3?甲烷含量。采用火焰顏色比色卡法[5]，即每天定時點(diǎn)燃?xì)怏w，觀察火焰顏色。

1.3.2.4?TS含量。TS含量是指將待測樣品在（105±5） ℃溫度下烘至恒重時稱量殘留物質(zhì)的含量[5]。啟動試驗(yàn)前測定原料洋桔梗秸稈、接種物的TS，發(fā)酵前后測定發(fā)酵料液的TS，以了解原料的降解情況。

1.3.2.5?VS含量。VS含量是指將測定總固體的恒重樣品置于（550±20） ℃條件下灼燒至恒重所揮發(fā)的物質(zhì)含量[5]。

2?結(jié)果與分析

2.1?發(fā)酵前后料液的變化

對發(fā)酵前后試驗(yàn)組和對照組料液的TS含量、VS含量及pH的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，對照組發(fā)酵料液發(fā)酵前后的TS含量及VS含量稍有降低，TS降解率和VS降解率分別為3.90%和3.62%，表明接種物中有少量有機(jī)物被沼氣發(fā)酵微生物降解，可能是由于接種物發(fā)酵溫度由原來的常溫提高到30 ℃，促進(jìn)了有機(jī)物的降解，但降解率較小，整個過程幾乎不產(chǎn)氣，試驗(yàn)組的TS降解率和VS降解率分別為33.12%和9.08%，均明顯高于對照組，表明洋桔梗秸稈已充分被發(fā)酵微生物降解產(chǎn)生沼氣。試驗(yàn)組發(fā)酵前后pH稍有降低，但變化幅度不大，仍在適宜pH范圍內(nèi)，在發(fā)酵過程中發(fā)酵開始第1天料液pH降至6.5，第2天降至6.0，此后隨著產(chǎn)生氣體中甲烷含量不斷提高，pH逐漸回升并保持在7.0左右，屬于正常發(fā)酵pH范圍，對照組pH在整個過程中也有所降低，但沒有發(fā)生波動。