1、收稿日期:2007-05-28基金項目:國家自然科學基金項目(50366002 和云南省教育廳科學基金重點項目(5Z0617D 聯合資助作者簡介:查國君(1975- , 男, 江西九江人, 碩士研究生,從事生物質能與環境工程研究3通訊作者E -mail:wootiynnu . edu . cn滇池水葫蘆固液分離后的沼氣發酵研究查國君, 張無敵3, 尹芳, 劉士清, 徐銳(云南師范大學云南省農村能源工程重點實驗室, 云南昆明650092摘要在常溫下, 分離水葫蘆為水葫蘆渣和水葫蘆汁, 水葫蘆渣與豬糞結合進行批量發酵試驗, 研究了產氣量及原料半纖維素、纖維素、木質素的降解, 結果表明:原料的產氣率

2、為504. 04L /gTS, 甲烷含量65%, 半纖維素、纖維素降低, 木質素升高。對水葫蘆汁厭氧發酵的產氣及C OD 降解情況進行了研究, 結果表明:水葫蘆汁的產氣潛力為2. 192mL /g,COD 降解率達到91. 27%。關鍵詞水葫蘆; 發酵; C OD; 產氣率; 降解中圖分類號:T Q91412文獻標識碼:A 文章編號:1006-9690(2008 01-0036-03Sepera ti n g Soli d and L i qu i d of D i a nch i s E crassipes for B i oga s ti Zha Guojun, Zhang W udi,

3、Yin L iu (Pr ovincial Key Laborat ory of Rural Nor malUniversity, Abstract:E ichhornia crassipes juice at nor mal te mperature . The residue batch fer mented with p . that its bi ogas yield was 504. 4L /g TS with 65%of methane of ose and cellul ose was decreased and lignin increased . I n addi 2ti o

4、n, the fer mentati on indicated that its potential of bi ogas p r oducti on was 2. 192mL /g with 91. 27%of COD degraded .Key words:E ichhornia crassipes ; fer mentati on; rate of bi ogas; re moval水葫蘆(E ichhorn ia crassipes 又名鳳眼蓮、水荷花等, 為雨久花科植物、適應能力強, 喜高溫多濕。生長富營養化的水體中, 生長快, 繁殖快1。能從污水中吸收大量氮磷, 還能吸收一些有毒的

5、元素如:鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬2。光合作用吸收大量的CO 2, 產生大量的O 2。打撈下來的水葫蘆除用作飼料外還能用來發酵產沼氣3。在利用水葫蘆生產沼氣的研究方面, 主要集中在產氣原料的配比及制氣工藝的經濟性上4, Parveen 和Fer oan等5將牛糞、水葫蘆、泥漿按質量比511配比, 經14天培養后甲烷含量達到61. 9%, 將糞、水葫蘆、泥漿按質量比011、111、311、100配比時, 可分別得到甲烷含量為61. 9%、61. 0%、56%和51%的沼氣。Singhal 和Rail 6在研究了水葫蘆和水草結合產氣后認為沼氣的產生速率和產量與物料的C 、N 含量及C /N

6、有關, 水生植物的不同及生長的水體環境不同, 沼氣的產生速率和產量不同。豬糞是一種很好的發酵原料, 與水葫蘆結合高濃度發酵產沼氣的研究國內外還未見報道。水葫蘆含水率達到94. 74%, 本實驗將水葫蘆榨汁分離出渣和汁, 渣與豬糞結合進行批量發酵試驗, 汁進行批量發酵試驗, 研究了渣發酵試驗的產氣量、原料產氣率及纖維素、半纖維素、木質素的變化, 研究了水葫蘆汁產氣情況及COD 降解情況。63第27卷第1期2008年2月中國野生植物資源Chinese W ild Plant Resources Vol . 27No . 1Feb . 20081材料與方法1. 1發酵原料發酵原料水葫蘆來源于昆明滇池

7、, 取3kg 鮮水葫蘆碾碎、榨汁, 渣為0. 72kg, 汁為2. 28kg; 豬糞來源于昆明某養豬場, 接種物取自本實驗室豬糞與水葫蘆為原料發酵后的接種物。發酵原料和接種物經測定結果如表1。表1鮮水葫蘆及水葫蘆渣、汁鮮豬糞的組成原料鮮水葫蘆水葫蘆渣水葫蘆汁鮮豬糞接種物TS5. 26%16. 82%1. 61%20. 35%14. 89%VS 76. 26%76. 78%74. 52%71. 59%77. 47%pH7. 327. 367. 216. 896. 701. 2實驗裝置自制1000mL 實驗型水壓式厭氧消化裝置6組。1. 3測試項目及方法總固體含量(TS 、揮發性固體含量(VS 值

8、、沼氣甲烷含量等, , :TS:(105±5 ; (±20 值pH 計測定; 。產氣情況記錄:, 從實驗啟動時起, 定時記錄各套裝置的產氣量, 24d 測一次甲烷的含量。COD 的測量方法:采取國標水質化學需氧量的測定(G B 11914-89 。半纖維素、纖維素、木質素的測量方法如下:(1 半纖維素的測定, 將試樣進行過濾, 用適量的蒸餾水洗滌, 濾餅轉入到干燥至恒重的250mL 磨口錐形瓶中(質量記為m 0 , 沖洗濾紙, 然后將錐形瓶和其中的物質烘至恒重, 質量記為m 1, 然后加入10%的氫氧化鈉溶液10mL, 裝上球形冷凝管, 在80水浴中回流2h, 放置過夜后過

9、濾, 用適量蒸餾水洗滌, 濾餅轉入到干燥至恒重的250mL 磨口錐形瓶中(質量記為m 2 , 沖洗濾紙, 然后將錐形瓶和其中的物質烘至恒重, 記為m 3。半纖維素%=(m 1-m 0 -(m 3-m 4 ×100/250(2 纖維素的測定, 在以上質量為的錐形瓶中加入6mol/L的鹽酸10mL, 裝上冷凝管, 在80水浴中回流2h 后進行過濾, 用適量蒸餾水洗滌至中性, 濾餅轉入到干燥至恒重的坩堝中(質量記為m4 , 沖洗濾紙, 然后將坩堝和其中的物質烘至恒重, 記為m 5。纖維素%=(m 3-m -m 4 ×100/250(3 , 量為的坩堝在( , m 6。=m 5-m

10、 6 ×100/(m 1-m 0 1. 高濃度發酵原料的配制:100g 水葫蘆渣、100g 豬糞、500g 接種物、100g 沼液。水葫蘆汁發酵液的配制:500g 水葫蘆汁、300g 接種物、200g 沼夜。2結果與分析2. 1水葫蘆渣發酵料液分析結果水葫蘆渣與豬糞結合的發酵原料發酵前及發酵后的TS 、VS 、pH 、半纖維素、纖維素、木質素變化情況如表2所示:表2發酵前及發酵后的TS 、VS 、pH 、半纖維素、纖維素、木質素變化情況發酵前14. 18%73. 55%7. 0536. 86%35. 15%9. 53%發酵后8. 51%68. 13%7. 4323. 72%33. 8

11、9%19. 81%降解率39. 99%7. 37%35. 65%3. 58%-107. 87%從表2可以看出:發酵前后TS 、VS 明顯降低,說明原料被充分利用, pH 有所上升, 是因為分解過程產生了一部分氨氮化合物; 半纖維素利用率較高, 纖維素利用率較低, 木質素反而升高, 由于其他可降解成分被降解減少, 而木質素未被分解, 所以相對含量就增加。2. 2水葫蘆渣的發酵結果水葫蘆渣與豬糞結合的高濃度發酵的總產氣量均為18735mL 產氣情況與時間的關系如表3和圖1、圖2所示。73 表3水葫蘆渣高濃度發酵的產氣情況與時間的關系及含量情況總產氣量(mL 第1個10天產氣量第2個10天產氣量第3

12、個10天產氣量第4個10天產氣量第5個10天產氣量第6個10天產氣量第7個10天產氣量第8個10天產氣量18735mL287039904970320021301300900575占總產氣量(%15. 7514. 9926. 5317. 0811. 376. 944. 802.54 從表3可以看出:發酵前30天產氣量占整個產氣的57. 27%, 前50天占整個產氣的85. 72%, 產氣較穩定; 從圖1、圖2可以看出:產氣量隨發酵時間而變化, 第3個10天產氣達到最大值, 以后逐漸下降, 產氣較穩定, 甲烷含量隨發酵時間而上升, 這符合一般產氣規律7。2. 3水葫蘆汁液發酵料液分析結果水葫蘆汁沼

13、氣發酵前后TS 、VS 、pH 、COD 情況如表4所示,表4水葫蘆汁發酵前后的TS 、VS 、pH 、COD 情況TSVS pH COD (mg/L發酵前1. 61%74. 52%6. 417232發酵后0. 23%17. 11%7. 35631從表4可以看出:水葫蘆汁TS 、VS 明顯降低, 說明原料被充分利用, COD 的降解非常明顯達到91. 27%, 發酵后的汁液稍作曝氣或稀釋就可以達到國家水質三級(500mg/L 排放標準。2. 4水葫蘆汁液的發酵結果水葫蘆汁的總產氣量為1096mL, 水葫蘆汁的產氣潛力為2. 192mL /g, 每降解1gCOD 的沼氣產量為0. 332L, 說

14、明高濃度水葫蘆汁被厭氧消化的效果比較好。3結論渣與豬糞結合進行發酵, 或作為接種物, , , 池容大, 進出料不便、8, 又克服兩相大量的水等問題9。汁進行批量發酵, 經過降解后的汁稍作曝氣或稀釋就能達到國家水質三級排放標準, 可以直接灌溉農田, 減少農業用水。參考文獻1段惠, 強勝, 吳海容, 等, 水葫蘆J 1雜草科學, 2003,(2 :39-40.2吳文慶, 水葫蘆治理技術的初步研究J 1上海環境科學, 2003(增刊 :146-149.3江洪濤, 張紅梅, 國內外水葫蘆防治研究綜述J 1中國農業科技導報, 2003, 3(5 :72-75.4周文兵, 潭良峰, 劉大會, 等, 鳳眼蓮

15、及資源化利用進展J 1華中農業大學學報, 2005, 24(4 :423-428.5Parveen S, Fer oan B , Hossain M, Pr oducti on of bi ogas fr om cowdung by adding water hyacinth and mudJ , Bangladesh J Sci I nd Res, 1998, 33(3 :369-372.6Singhal V, Rai J P N, B i ogas p r oducti on fr om water hyacinth di 2gesti on and channel grass used f or phyt ore mediati on of in