玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能

第28卷第15期农业工程学报Vol.28No.152012年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2012173玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能彭书传1，侯成虎1，王进1，陈天虎1，刘晓猛2，岳正波1（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥230009；2.安徽省环境科学研究院，合肥230071）摘要：为了提高蓝藻的资源化利用效率，该研究利用玉米秸秆和蓝藻混合厌氧发酵制备沼气。结果表明，与单一的玉米秸秆或蓝藻发酵过程相比，玉米秸秆和蓝藻混合发酵能够有效促进沼气的生成。当玉米秸秆、蓝藻和接种污泥混合挥发性固体（volatilesolid,VS）质量比是2:8:1，产气效果最佳，挥发性固体产气量为687.3mL/g，其中甲烷体积分数达到63.3%。同时该体系液相磷酸盐含量、总碳、总有机碳也最高，表明该系统内发生为了蓝藻的有效降解。研究结果对于农业废弃物和巢湖蓝藻的资源化利用具有一定的意义。关键词：甲烷，秸秆，发酵，蓝藻doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.15.028中图分类号：S816.3文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-15-0173-06彭书传，侯成虎，王进，等.玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能[J].农业工程学报，2012，28(15)：173－178.PengShuchuan,HouChenghu,WangJin,etal.Performanceofanaerobicco-digestionofcornstrawandalgaebiomassfromlakeChaohu[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(15):173－178.(inChinesewithEnglishabstract)0引言近年来巢湖水质富营养化严重，每年的8、9月份经常会爆发蓝藻[1-2]。据测定，巢湖年平均蓝藻质量浓度为6～8mg/L，总蓝藻量可达50～70万t（干生物量）[3]。目前应对蓝藻爆发的有效手段仍然是组织人力打捞。由于蓝藻含有藻毒素，氮磷含量高，如不能有效处理，仍有可能造成二次污染[4-5]。另一方面，蓝藻富含多糖和蛋白，是一种生物质资源[6]。厌氧消化是目前有机废弃物的有效处理方式之一。该处理过程条件温和，运行成本低而且可以有效地分解藻毒素。然而，由于蓝藻氮含量较高，碳氮比较低，不适宜直接用于厌氧消化过程。为了提高厌氧发酵的转化效率，近年来不同底物混合厌氧发酵成为研究的热点之一。混合厌氧发酵是指发酵特性存在互补性的2种或2种以上原料作为厌氧发酵基质进行的生物降解过程[7-8]。一般认为混合厌氧发酵能起到稀释有毒化合物、提高营养物的平衡、增强微生物的协同效应并进而提高有机质厌氧转化效率的作用[9-10]。王寿权等对猪粪与蓝藻混合发酵进行了产甲烷效率的试验研究，在质量比为2.0时产气效果最佳[11]。胡萍等对蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气进行了初步研究，在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时，干物质累计产甲烷量为50mL/g，分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍[12]。在中国农村秸秆沼气化工程发展收稿日期：2012-02-24修订日期：2012-06-15。基金项目：国家重点基础研究发展规划（973）项目（2011CB411904），国家自然科学基金（41130206），中央高校基本科研业务费专项资金资助，安徽省自然科学基金（10040606Q25）。作者简介：彭书传（1964－），男，安徽金寨，教授，硕士生导师，主要研究方向为水污染控制技术。合肥合肥工业大学资源与环境工程学院，230009。Email：scpeng@vip.sina.com过程中，面临的一大难题是如何提高秸秆类原料厌氧消化的转化效率。鉴于此，本文进行了玉米秸秆和巢湖蓝藻混合厌氧发酵试验，考察了不同秸秆和蓝藻混合比例对沼气产率及产气速率的影响，并分析了沼液及沼渣的主要组分，以期为资源化利用蓝藻和秸秆探索一条新的技术途径。1材料和方法1.1试验材料厌氧污泥取自马鞍山市山水啤酒厂污水厌氧反应器，用作接种微生物菌群。巢湖蓝藻取自安徽省合肥市包河区义城镇的巢湖岸边，蓝藻自然晾干后，密封保存，置于-20°C冰箱中备用。玉米秸秆取自于安徽合肥市肥东县郊区农田，秸秆经机械破碎过1mm筛。试验中所用玉米秸秆、蓝藻及污泥的主要纤维素组成及成分分析分别如表1、2中所示。表1玉米秸秆的主要成分Table1Maincomponentsofcornstraw%中性洗涤纤维