蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究

第24卷第4期农业工程学报Vol.24No.42008年4月TransactionsoftheCSAEApr.2008209蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究刘荣厚，王远远，孙辰，梅晓岩(上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心，上海200240)摘要：该文以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料，在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验，通过测定发酵过程中发酵液和沼气的各项指标，对蔬菜废弃物厌氧发酵的可行性及接种物浓度对发酵过程的影响进行了研究。结果表明，蔬菜废弃物用厌氧发酵工艺处理是可行的；在试验采用的20%，30%，50%三个水平的接种物浓度中，接种物浓度为30%的实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内，总产气量和沼气中最高甲烷含量分别为7790.81mL和42.814%，明显高于其他两组及空白组实验。该项研究对蔬菜废弃物的资源化利用提供了有益的参考。关键词：蔬菜废弃物；厌氧发酵；沼气中图分类号：Z705文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-4-0209-05刘荣厚，王远远，孙辰，等.蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究[J].农业工程学报，2008，24(4)：209－213.LiuRonghou,WangYuanyuan,SunChen,etal.Experimentalstudyonbiogasproductionfromvegetablewastebyanaerobicfermentation[J].TransactionsoftheCSAE,2008,24(4)：209－213.(inChinesewithEnglishabstract)0引言随着农业生产中蔬菜种植比例的加大，城镇居民生活水平的日益提高，净菜上市，超市买菜已经成为习惯，这就对蔬菜上市前的加工处理提出了更高要求，大量质量不佳的蔬菜和净菜加工处理时产生的叶、根、茎和果实等都会最终成为固体废弃物，造成了资源浪费和环境污染。例如，在云南省的滇池地区，每年蔬菜废物达到8879t，蔬菜废物、生活垃圾、养殖废物比例是10︰2︰1，蔬菜废物被农民直接丢弃进入河沟，成为滇池水体富营养化的重要污染物质来源[1]。在印度，每年产生的蔬菜废弃物多达5.6×106t，这些废弃物大多被堆放在城市边缘而造成环境污染[2]。由此可见在废弃物总量中蔬菜废物量占极大的比重，因此采用合适的工艺将这些废弃物妥善处理势在必行。蔬菜废弃物的总固体含量为8%～19%，挥发固体的含量占总固体的80%以上。该废弃物中含75%的糖类和半纤维素，9%的纤维素及5%的木质素，含水率很高使得它们很适宜采用生物处理工艺。好氧工艺不太适合处理蔬菜废弃物，这是因为其有机物含量高需要大量的动力消耗，而厌氧消化工艺则是处理这些废弃物的合理选择[3]。厌氧发酵过程是各种有机物在厌氧条件下，被各类沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。在这个复杂的微生物活动过程中，由于发酵原料种类的物理、化收稿日期:2007-06-22修订日期：2008-01-07基金项目：上海市科委项目“多种农业有机废弃物沼气发酵集中供气技术的研究与示范”（07DZ12050）作者简介：刘荣厚(1960－)，男，博士，教授，博士生导师，从事可再生能源与环境工程的研究与教学工作。上海市闵行区东川路800号上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心，200240。Email：liurhou@sjtu.edu.cn学和生化特性的不同、pH值的差异、发酵温度变化等种种因素，因而发酵工艺、产气量等发酵效果也不尽相同[4]。目前，以蔬菜废弃物作为原料进行厌氧发酵研究的报道较少。在国外，张瑞红等在蔬菜废弃物厌氧分解方面做了有益的探讨[5]；在国内，张无敌等进行了菠菜叶秆厌氧发酵产气潜力方面的研究[6]。有关接种物浓度对蔬菜废弃物厌氧发酵过程的影响尚需进一步探讨。本实验欲摸索接种物浓度对蔬菜废物厌氧发酵过程中的VFA、氨氮、pH值、产气量及甲烷含量的影响。通过选择适宜的接种物浓度，以期达到产气速度快、产气量多的效果，从而缩短发酵周期，节省成本，增加经济效益，为蔬菜废弃物厌氧发酵的工业生产和市场化应用打下了理论基础。1材料和方法1.1试验装置试验装置为本实验室自行设计的厌氧发酵装置，主要由水浴恒温震荡器、发酵瓶、集气瓶、集水瓶等部分组成（见图1）。水浴恒温震荡器为WHY-2型水浴恒温震荡器（江苏省金坛市金城国盛实验仪器厂），用来控制厌氧发酵的温度和振荡频率。采用1000mL的透明的玻璃三角瓶作为发酵瓶，可便于观察发酵原料体积与物料状态的变化。发酵瓶用适当大小的橡胶塞封口，在橡胶塞上钻出取样孔和输气孔。集气瓶用500mL的三角瓶，同样以橡胶塞封口，其上的橡皮塞钻出进气孔和导水孔。集水瓶为500mL普通的玻璃瓶。在这