水稻与棉花秸秆不同预处理厌氧发酵产沼气

第６卷第７期环境工程学报Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．７２０１２年７月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｌ．２０１２水稻与棉花秸秆不同预处理厌氧发酵产沼气樊婷婷１，２刘思颖１，２赵雪锋２王金华１张婷１（１湖北工业大学生物工程学院发酵工程教育部重点实验室，武汉４３００６８；２北京国环清华环境工程设计研究院有限公司华东分院，无锡２１４２００）摘要以猪粪为接种物，以棉花秸秆和水稻秸秆为发酵原料，分别对秸秆进行稀碱法预处理和稀碱法与超声波联合预处理，在发酵温度为（３７±１）℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。结果表明，以联合预处理的秸秆为发酵原料，厌氧发酵的各项指标均比以稀碱预处理秸秆发酵的效果好，其中累积产气量和沼气中甲烷含量分别提高３５２３％和２４％，发酵后ＴＳ、ＶＳ含量相对减少２６％～１０９４％，发酵液代谢产物中的有机酸丙酮酸、乙酸和柠檬酸含量相对减少２３９％～２５９％、２０２４％～２４５３％和４１０８％～４５９１％。关键词秸秆预处理厌氧发酵沼气中图分类号Ｘ７１２文献标识码Ａ文章编号１６７３９１０８（２０１２）０７２４６１０４ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆｓｔｒａｗｓａｎｄｃｏｔｔｏｎｉｎａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｏｐｒｏｄｕｃｅｂｉｏｇａｓＦａｎＴｉｎｇｔｉｎｇ１，２ＬｉｕＳｉｙｉｎｇ１，２ＺｈａｏＸｕｅｆｅｎｇ２ＷａｎｇＪｉｎｈｕａ１ＺｈａｎｇＴｉｎｇ１（１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｅｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６８，Ｃｈｉｎａ；２ＥａｓｔＣｈｉｎａＢｒａｎｃｈｏｆＢｅｉｊｉｎｇＧｕｏｈｕａｎＴｓｉｎｇｈｕａＥｎｖｒｉｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｘｉ２１４２００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｐｉｇｍａｎｕｒｅａｓｉｎｏｃｕｌｕｍ，ｃｏｔｔｏｎｓｔａｌｋｓａｎｄｒｉｃｅｓｔｒａｗａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｄｉｌｕｔｅａｌｋａｌｉｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｄｉｌｕｔｅａｌｋａｌｉｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｗｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｔｔｈｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ（３７±１）℃ｔｏｐｒｏｄｕｃｅｂｉｏｇａｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｗａｓｃｏｍｂｉｎｅｄｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｄｉｌｕｔｅａｌｋａｌｉｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｗｉｎａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄ３５．２３％ａｎｄ２４％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｆｔｅｒｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄＴＳ，ＶＳｃｏｎｔｅｎｔｒｅｄｕｃｅｄ２６％～１０９４％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｉｎｔｈｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｐｙｒｕｖｉｃａｃｉｄ，ａｃｅｔｉｃａｃｉｄａｎｄｃｉｔｒｉｃａｃｉｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｄ２３９％～２５９％，２０２４％～２４５３％ａｎｄ４１０８％～４５９１％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｔａｌｋ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｂｉｏｇａｓ基金项目：武汉市科学技术局攻关项目（２０１０２０２１２０２９）；湖北省教育厅重点项目（Ｄ２００８１４０１）收稿日期：２０１０－０９－３０；修订日期：２０１１－０１－１４作者简介：樊婷婷（１９８６～），女，硕士研究生，主要从事生物质能与发酵工程的研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｆｔｔｃｏｏｌ＠１２６．ｃｏｍ通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｊｉｎｈｗａｎｇ９９＠１２６．ｃｏｍ农作物秸秆因其复杂的晶体结构，不能直接被厌氧菌群利用来生产沼气［１］。因此，以秸秆作为厌氧发酵产沼气的原料时，一般都要进行预处理，使复杂的晶体结构得到破坏，让易于被厌氧菌群利用的纤维素和半纤维素暴露出来［２］。已有的预处稀碱法［３，４］由于碱的用量少，不仅可以减少预处理废液对环境造成的污染，而且其成本低，不足沼气增产效益的２０％，已成为近年来研究的热点［５］。本文选取稀碱法和稀碱超声波联合预处理法［