廢棄花卉秸稈厭氧消化生產沼氣的研究進展

李秋敏　楊洋　廖承菌　褚素珍

摘要 ? ?本文針對廢棄花卉秸稈厭氧消化生產沼氣的研究及應用情況以及應用過程中存在的問題及對策等方面進行了闡述，以探討廢棄花卉秸稈厭氧消化生產沼氣的可行性和工程應用前景。廢棄花卉秸稈作為優質的沼氣發酵原料，具有較大的開發利用價值，其沼氣化利用在未來將是一個重要利用方式。

關鍵詞 ? ?廢棄花卉秸稈;厭氧消化;沼氣

中圖分類號 ? ?S216.4 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）13-0160-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Research ?Advances ?on ?Biogas ?Productionby ?Anaerobic ?Digestion ?of ?Discarded ?Flower ?Straw

LI Qiu-min ? ?YANG Yang ? ?LIAO Cheng-jun ? ?CHU Su-zhen

（Yunnan Agricultural Vocational and Technical College，Kunming Yunnan 650220）

Abstract ? ?This paper expounded the research and application of biogas production by anaerobic digestion of discarded flower straw，the problems and countermeasures in the application process，to explore the feasibility and engineering application prospects of anaerobic digestion of discarded flower straw for biogas production.As a high-quality biogas fermentation raw material，flower straw has great development and utilization value，and its biogas utilization will be an important utilization method in the future.

Key words ? ?discarded flower straw;anaerobic digestion;biogas

花卉行業是一個新興產業，花卉在很多工業中都有應用，如香水、化妝品、食品、酒類和紡織工業等[1]。隨著生活水平的提高，花卉的需求量也逐漸增加，在大力開拓花卉種植面積、促進花卉產業繁榮發展的同時，清潔有效地進行花卉廢棄秸稈的處理已成為了花卉種植和銷售市場所面臨的關鍵問題。目前廢棄花卉秸稈的利用主要是粉碎、覆蓋還田或簡單堆漚后還田[2]，大量的秸稈直接堆漚使用或還田存在污染環境、利用率低、肥效差等問題，而將農業廢棄物通過厭氧消化進行沼氣化利用除了可用作生活生產用能以及農副產品加工外，發酵殘留物還可作為優質有機肥、土壤改良劑、生物農藥和栽培料等[3]。故對于廢棄花卉秸稈，可采用厭氧消化技術生產沼氣。

本文針對利用厭氧消化生產沼氣進行廢棄花卉秸稈處理和利用的研究現狀進行闡述，并針對該利用方式存在的問題提出對策，旨在為研究廢棄花卉秸稈資源化利用提供一定的參考，并積極促進該技術在廢棄花卉秸稈處置中的實際工程應用。

1 ? ?廢棄花卉秸稈資源化利用現狀

廢棄花卉秸稈是指在花卉生產種植和采摘過程中產生的大量花、莖、葉等廢棄物。廢棄花卉秸稈還田是秸稈傳統的利用方式，也是目前主要的處理方式，即機械化粉碎還田和覆蓋、堆漚還田，可增加土壤有機質、培肥地力、提高作物產量，但是大量秸稈直接堆漚或還田導致肥效較差、利用率低，而且還會污染環境。此外，隨著科技不斷進步，秸稈飼料、能源化利用、基料化利用、秸稈建材等方式逐漸發展起來，極大提高了廢棄秸稈的使用價值和利用率。廢棄秸稈能源化利用包括直接用作生活燃料、厭氧發酵產沼氣、秸稈氣化、秸稈發電和秸稈乙醇等方式[4]。目前廢棄花卉秸稈的能源化利用主要為直接生活燃料，其他利用方式較少，而且由于花卉多為草本或莖桿較小的灌木，秸稈直接燃燒作為生活燃料存在熱效率低、污染環境等問題，不是能源化的優質利用方式。部分花卉秸稈除經過加工成禽畜飼料外，還可直接用于奶牛、奶山羊等禽畜的飼養，以替代青綠飼料。基料化利用主要是指以秸稈為基料的食用菌生產，此外還可用于秸稈育苗、花木基質、草坪基料、溫室大棚育苗等，但是目前廢棄花卉秸稈基料化使用較少。

2 ? ?廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣的研究

2.1 ? ?可行性

目前，對于以秸稈為原料的厭氧發酵產沼氣研究，國內外已相對成熟，主要包括水稻秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈、棉花秸稈、高粱秸稈等常見農業廢棄物，主要針對秸稈原料預處理方法以及產氣特性方面。對于花卉秸稈厭氧發酵產沼氣的研究相對較少，但試驗結果均顯示廢棄花卉秸稈可作為厭氧發酵產沼氣的原料且具有良好的產氣效果。如楊 ?紅等[5]以非洲菊為發酵原料，在恒溫30 ℃下進行批量式沼氣發酵試驗，結果顯示在發酵過程中易出現酸化，酸化期達15 d，調節pH值能縮短酸化時間且TS產氣潛力更高，為468 mL/g;以康乃馨秸稈為原料，在恒溫30 ℃下采用批量式工藝進行厭氧發酵產沼氣試驗，原料TS產氣潛力為266 mL/g[6];以玫瑰秸稈為原料，在恒溫30 ℃下采用批量式工藝進行厭氧發酵產沼氣試驗，發酵歷時44 d，發酵體系發生酸化后能很快自動調節恢復產氣，秸稈發酵總固體量為20%時，規律相同，原料TS產氣潛力為305 mL/g[2]。李夢潔[7]以玫瑰秸稈為原料對其厭氧發酵產氣特性進行了研究，結果顯示，最適合玫瑰秸稈厭氧發酵的接種量為40%;20%沼液預處理原料時玫瑰秸稈的產氣效果較好;單一補料、分批發酵的半連續發酵方式可以獲得穩定的產氣效果。吉喜燕[8]等以勿忘我花桿為原料，在恒溫30 ℃下進行批量式沼氣發酵試驗，發酵歷時36 d，第15天出現酸化，但能很快恢復，TS產氣潛力為359 mL/g。

2.2 ? ?發酵影響因素

2.2.1 ? ?預處理。秸稈原料主要由纖維素、半纖維素和木質素3個部分組成，木質素的存在使纖維素酶難以直接作用于易被微生物利用的纖維素和半纖維素，阻礙了厭氧發酵的水解過程，造成秸稈類原料進行發酵的過程中存在啟動速度慢、降解率低、進料困難等問題，嚴重影響和制約了厭氧發酵技術的發展。為避免此類現象發生、提高厭氧發酵的效率，可通過預處理方式增加原料的降解效率，縮短發酵所需的時間，提高原料的產氣效率[7]。秸稈預處理的方式主要有物理、化學、生物等方式。

目前，針對花卉秸稈預處理方面的研究較少，李夢潔[7]以玫瑰秸稈為原料研究了沼液預處理對其厭氧發酵產氣特性的影響，結果顯示，當原料TS含量為20%的沼液預處理時，總產沼氣量最大。印度學者M.B.Kulkarni和P.M.Ghanega-onkar通過使用不同的技術，如新型堿性預處理、沼氣池的太陽能加熱和食物垃圾的共同消化等方式，可以增加花卉廢物產生的沼氣量。試驗結果顯示，與傳統的氫氧化鈉預處理相比，使用碳酸鈉和碳酸氫鈉對花卉廢物進行新的堿性預處理使沼氣產量提高了106%，化學預處理成本節省高達96%[9]。

2.2.2 ? ?起始pH值、溫度、接種物與接種物量、氧化樂果農藥。厭氧消化產沼氣過程受到多種因素的影響，不同發酵條件下產氣效果差異較大，選擇適宜的發酵條件對于高效產氣至關重要。趙霞[10]以玫瑰秸稈為原料分別研究了起始pH值、溫度、接種物與接種物量、氧化樂果農藥等因素對厭氧發酵產氣效果的影響，結果顯示，起始pH值為7.0時最有利于沼氣發酵;35 ℃的發酵溫度能最好地提高廢棄玫瑰秸稈厭氧消化產氣效果;相同質量的豬糞作為接種物效果普遍優于雞糞，而且豬糞和秸稈質量比為3.0∶1.0時有利于提高產氣量;氧化樂果農藥可在厭氧發酵過程中降解，但是高濃度的氧化樂果會抑制產氣。

印度學者Puja Singh等[11]建立了利用氣相色譜儀測定花渣生產沼氣質量的試驗裝置。結果表明，該工藝可有效降低花卉廢棄物的污染潛力，比較了冬季（12月至翌年2月）和夏季（3—5月）花渣沼氣濃度分別為43%～50%甲烷（CH4）和44%～50%二氧化碳（CO2）、50%～54%甲烷（CH4）和40%～43%二氧化碳（CO2）。

張莉娟等[12]以新鮮薇甘菊為原料在中溫30 ℃和常溫下進行厭氧發酵產沼氣，中溫30 ℃和常溫試驗組的沼氣發酵歷時32 d，中溫30 ℃和常溫凈產氣量分別為3 725、2 765 mL。從試驗結果計算得出，中溫30 ℃下薇甘菊的TS產氣潛力為511 mL/g，VS產氣潛力為627 mL/g。由此可見，中溫較常溫條件產氣較好。

2.2.3 ? ?發酵濃度。印度學者J Ranjitha等[13]以豬糞為接種劑，采用1 L容量的厭氧消化器對香蕉、花椰菜、馬鈴薯、紅薯等蔬菜及花卉廢棄物（玫瑰、桑邦吉、古莫哈、金盞花、金蓮花、絲合歡）進行厭氧消化。按原料與接種物1∶1的比例實時操作，發酵濃度分別為5%、7%和10%，結果表明，發酵濃度為7%的產氣效果最好，鮮花是生產沼氣的良好原料[13]。

3 ? ?廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣的利用現狀

廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣的利用主要有戶用沼氣池和沼氣工程2個方面。在戶用沼氣池利用方面，部分廢棄花卉秸稈會被農戶作為發酵原料投入戶用沼氣池產沼氣，但此部分所占比例較小，而且隨著農村沼氣工程的轉型升級，此利用方式的比例將會更小。廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣的利用將主要集中在大中型沼氣工程方面，目前國內單純的廢棄花卉秸稈沼氣工程實例還未見報道，但是秸稈沼氣工程已非常成熟，例如湖北省首個大型沼氣工程于2011年建成，以農作物秸稈作沼氣發酵原料，日處理作物秸稈2.28 t，日產沼氣800 m3，對650家農戶實現集中供氣[14]。云南省首座大中型秸稈沼氣集中供氣工程于2012年建設完工，建設地點為保山市隆陽區金雞鄉東方村，日處理秸稈1.5 t，年產沼氣21.9萬m3，以集中供氣方式供應周邊360戶農戶使用[15]。隨著花卉行業的不斷發展，廢棄花卉秸稈沼氣工程利用將是一個很重要的發展方向。

4 ? ?廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣利用存在的問題及對策

4.1 ? ?試驗研究基本成熟但不全面系統

根據國內外廢棄花卉秸稈厭氧消化產沼氣的研究顯示，廢棄花卉秸稈具有較好的產氣潛力，是較好的發酵原料，而且對其發酵過程中的影響因素也進行了研究，獲得了廢棄花卉秸稈產沼氣的較佳工藝條件，但是由于不同地區花卉種植品種不同，產氣情況和發酵特性存在差異。目前研究較多的花卉品種是玫瑰，其余花卉品種發酵產沼氣研究較少，而且雖然針對影響發酵的大部分因素都進行了研究，但是沒有比較系統的試驗論證，不同的研究采用的試驗裝置、工藝類型不同，試驗結果差異較大。因此，雖然厭氧消化產沼氣的工藝目前在國內外已經發展成熟，但是對于廢棄花卉秸稈而言，還需要進一步系統地針對大宗品種、發酵條件、工藝類型等方面進行研究及試驗，以確保其工程化利用的穩定性。

4.2 ? ?秸稈還田的利用方式轉變難度大

在花卉種植和生產過程中會產生大量廢棄秸稈，大量廢棄秸稈除了占用土地外，腐爛變質以后還會污染環境。秸稈還田可以減少秸稈的存量，同時增加土壤養分和減少化肥使用，但是粉碎秸稈需要機械設備和燃料的投入，而且不正確的還田方式不僅不能增加土壤養分，還會增加肥料施用量和病蟲害發生次數。目前，由于很多花卉種植區域缺乏相關的秸稈飼料化、基料化、汽化、炭化、固化成型、產沼氣等方面的配套設備和企業，秸稈還田仍是花卉種植企業和農戶處理利用廢棄花卉秸稈的主要方式。因此，針對目前廢棄花卉秸稈的主要處理現狀，在秸稈還田方面需科學計算秸稈還田量以及進行合理的技術操作，并配套相應的植保技術，保證不影響作物生長和污染環境，同時應結合市場發展情況，積極發展秸稈飼料化、基料化、汽化、炭化、固化成型、產沼氣等利用方式，提高廢棄花卉秸稈的利用率和價值。

4.3 ? ?沼氣化利用需配套沼氣工程

廢棄花卉秸稈是較好的沼氣發酵原料，但是目前廢棄花卉秸稈在沼氣化利用方面較少，這與花卉種植地區沼氣工程的配套情況有很大的關系。戶用沼氣池的廢棄花卉秸稈利用由于用量少、農戶缺乏預處理經驗、運輸存儲不方便等原因而使用率較低。廢棄花卉秸稈大中型沼氣規模化利用需要興建配套的大中型沼氣工程，而目前很多花卉種植和生產地區缺乏配套的大中型沼氣工程用以消耗廢棄花卉秸稈，而這與花卉生產企業的管理方向及政府的扶持推廣力度有一定的關系。因此，應加大廢棄花卉秸稈大中型沼氣工程的推廣和應用，結合當地經濟發展模式，引導當地群眾利用廢棄花卉秸稈生產沼氣，同時利用沼液、沼渣進行花卉種植，變廢為寶，充分發揮廢棄花卉秸稈的利用價值。

5 ? ?結語

隨著化石能源的短缺和農業環境的日益惡化，生物質資源的開發利用逐漸受到關注。廢棄花卉秸稈作為優質的沼氣發酵原料，具有較好的開發利用潛力，很多學者對于廢棄花卉秸稈厭氧發酵產沼氣也進行了大量研究，雖然目前國內還沒有關于廢棄花卉秸稈大中型沼氣工程的報道，但是隨著我國各項促進生物質能產業化政策的實施以及開發利用生物質能力度的不斷加大，廢棄花卉秸稈大規模沼氣化利用將指日可待。

6 ? ?參考文獻

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[15] 候斌，何曉紅.云南省首座大中型秸稈沼氣集中供氣工程[J].云南農業，2015（3）：8.