不同接種物對低次煙葉厭氧消化產沼氣的影響

不同接種物對低次煙葉厭氧消化產沼氣的影響

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沼氣的影響。[方法]從低次煙葉厭氧消化的日產氣量和累積產氣量等方面，研究了4種接種物對低次煙葉厭氧消化產沼氣的影響。[結果]不同接種物對低次煙葉厭氧消化的啟動時間以及產氣量的變化規律無顯著影響。相對于其他接種物，A接種物(豬糞+人糞+沼氣池底泥+玉米芯，經過一年培養)對低次煙葉厭氧消化的累積產氣量分別提高了49.0%、139.0%、85.8%、55.7%。[結論]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。

關鍵詞厭氧消化；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境造成了極大的破壞。而對低次煙葉厭氧消化進而產生沼氣，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，需要加入足量且優質的厭氧消化接種物來保證低次煙葉厭氧消化的穩定運行。一方面，由于目前普遍應用的傳統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，國內外對于接種物的研發還都處于試驗階段，雖然各種接種物的馴化工藝已經有了長足的進步，但是尚未見大規模應用的報道。筆者研究了不同接種物對低次煙葉厭氧消化產沼氣的影響。

1材料與方法

1.1試驗設計為研究不同接種物對低次煙葉厭氧消化產沼氣的影響，試驗設置了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.牛糞經過富集+甜高粱桿；D.牛糞經過富集+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過一年的培養，接種物用量為150 g；發酵料液體積為500 ml,pH約為7，發酵濃度約為6%；低次煙葉均未經過預處理，用量為22 g；試驗采用室溫發酵，平均氣溫為22 ℃。

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

2結果與分析

2.1不同接種物對低次煙葉厭氧消化日產氣量的影響由圖1可知，不同接種物低次煙葉厭氧消化的日產氣量變化規律是一致的，均在大致相同的時間達到相應的產氣高峰。在前9 d，不同接種物都有一個較大的產氣高峰，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天迎來了最后的產氣高峰。其中，第1個產氣高峰結束后，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，導致產氣量下降，甚至停止產氣。在經過系統自身的調節，產甲烷菌將有機酸進行分解后，使得pH恢復到可以產甲烷的階段。但是，由于前期有機酸積累較多，系統只是恢復了部分功能，產氣量又在第27天出現低谷；然后在第33天系統通過自身調節使得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快要枯竭；經過了大致10 d的時間，相繼結束產氣。但是由于厭氧消化菌群的不同，造成了日產氣量峰值的不同。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，雖然不能持續產氣，但各個產氣高峰均較其他接種物有明顯的優勢。另外，系統剛啟動時，產氣最快的是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氣量變化規律也是一致的，并且符合丁琨等[3]關于烤煙秸稈厭氧發酵動力學研究的結論。這說明每一個沼氣發酵過程均是正常發酵，符合低次煙葉厭氧消化的規律。A接種物在累積產氣方面較其他接種物均有較大的優勢。試驗結束時，A、B、C、D、E接種物的累計產氣量分別達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氣量分別為141.4、94.8、59.1、76.1、90.8 ml/g。可見，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，在各個產氣階段產生的沼氣均呈現黃色火焰，說明沼氣中甲烷含量相對較高，可以作為生產及生活用能。

3結論

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氣量還是累積產氣量，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及其發展前景[J].中國資源綜合利用,2001(8):18-20.

[2] 蘇有勇.沼氣發酵檢測技術[M].北京:冶金工業出版社，2011.

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