酸碱预处理对水稻秸秆厌氧消化中重金属释放的影响

酸碱预处理对水稻秸秆厌氧消化中重金属释放的影响①辛立庆，郭朝晖，肖细元，彭驰，徐文轩，彭丽，余东萍（中南大学冶金与环境学院，湖南长沙４１００８３）摘要：为探究含重金属秸秆类生物质厌氧消化的可行性，以酸碱预处理后水稻秸秆为消化底物，探究其厌氧消化特性及重金属释放规律。研究结果表明，经６％ＮａＯＨ预处理的水稻秸秆厌氧消化沼气产量达４４６．３ｍＬ／ｇＶＳ，秸秆中Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃｕ和Ｚｎ的释放率分别达到９６．０８％、８９．５５％、８６．９５％和９２．８２％；经３％Ｈ２ＳＯ４预处理的水稻秸秆沼气产量为３９６．９ｍＬ／ｇＶＳ，秸秆中Ｃｄ释放率为９３．９６％，而Ｐｂ、Ｃｕ和Ｚｎ释放率均低于８０．００％。碱预处理降解秸秆中木质素，酸预处理降解半纤维素，厌氧消化降解利用木质纤维素等过程实现了水稻秸秆中重金属的高效释放。化学预处理尤其是ＮａＯＨ预处理水稻秸秆可以促进其厌氧消化产沼气和重金属释放，实现含重金属生物质的安全处置和资源化利用。关键词：水稻秸秆；碱预处理；酸预处理；厌氧消化；重金属；木质纤维素；沼气中图分类号：Ｘ７１２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１９．０２．０１８文章编号：０２５３－６０９９（２０１９）０２－００７５－０４ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｃｉｄａｎｄＡｌｋａｌｉＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＲｅｌｅａｓｅｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌｓｂｙＡｎａｅｒｏｂｉｃＤｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆＲｉｃｅＳｔｒａｗＸＩＮＬｉ⁃ｑｉｎｇ，ＧＵＯＺｈａｏ⁃ｈｕｉ，ＸＩＡＯＸｉ⁃ｙｕａｎ，ＰＥＮＧＣｈｉ，ＸＵＷｅｎ⁃ｘｕａｎ，ＰＥＮＧＬｉ，ＹＵＤｏｎｇ⁃ｐｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｒｉｃｅｓｔｒａｗ，ａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈＮａＯＨｏｒＨ２ＳＯ４ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗａｓａｄｏｐｔｅｄａｓａｄｉｇｅｓｔｉｖｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｒｅｌｅａｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｙａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈ６％ＮａＯＨ，ｔｈｅｂｉｏｇａｓｙｉｅｌｄｆｒｏｍａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｒｅａｃｈｅｄ４４６．３ｍＬ／ｇＶＳａｎｄｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｓｏｆＣｄ，Ｐｂ，ＣｕａｎｄＺｎｗｅｒｅ９６．０８％，８９．５５％，８６．９５％ａｎｄ９２．８２％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈ３％Ｈ２ＳＯ４，ｔｈｅｂｉｏｇａｓｙｉｅｌｄｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｗａｓ３９６．９ｍＬ／ｇＶＳａｎｄｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｏｆＣｄｆｒｏｍｓｔｒａｗｗａｓ９３．９６％，ｗｈｉｌｅｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｓｏｆＰｂ，ＣｕａｎｄＺｎｗｅｒｅａｌｌｌｏｗｅｒｔｈａｎ８０．００％．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｄｕｅｔｏｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｎｉｎａｎｄｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｔｈｅｓｔｒａｗｂｙａｌｋａｌｉａｎｄａｃｉｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｐｌｕｓｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｙａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｌｅａｓｅｏｆｔｈｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｆｒｏｍｒｉｃｅｓｔｒａｗｃａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｗｉｔｈＮａＯＨ，ｃａｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｂｉｏｇａｓａｎｄｒｅｌｅａｓｅｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｙａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ｔｈｕｓａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｓａｆｅｄｉｓｐｏｓａｌｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｂｉｏｍａｓｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅｓｔｒａｗ；ａｌｋａｌｉｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｃｉｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ；ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｂｉｏｇａｓ我国是农业大国，每年秸秆产量约８亿吨［１］。水稻秸秆是一种主要农业废弃物，大量稻秆随地堆弃和任意焚烧，既污染环境，又造成了资源的浪费［２－３］。秸秆厌氧消化技术的应用不仅能缓解工农业