滇池水葫芦固液分离后的沼气发酵研究

1、收稿日期:2007-05-28基金项目:国家自然科学基金项目(50366002 和云南省教育厅科学基金重点项目(5Z0617D 联合资助作者简介:查国君(1975- , 男, 江西九江人, 硕士研究生,从事生物质能与环境工程研究3通讯作者E -mail:wootiynnu . edu . cn滇池水葫芦固液分离后的沼气发酵研究查国君, 张无敌3, 尹芳, 刘士清, 徐锐(云南师范大学云南省农村能源工程重点实验室, 云南昆明650092摘要在常温下, 分离水葫芦为水葫芦渣和水葫芦汁, 水葫芦渣与猪粪结合进行批量发酵试验, 研究了产气量及原料半纤维素、纤维素、木质素的降解, 结果表明:原料的产气率

2、为504. 04L /gTS, 甲烷含量65%, 半纤维素、纤维素降低, 木质素升高。对水葫芦汁厌氧发酵的产气及C OD 降解情况进行了研究, 结果表明:水葫芦汁的产气潜力为2. 192mL /g,COD 降解率达到91. 27%。关键词水葫芦; 发酵; C OD; 产气率; 降解中图分类号:T Q91412文献标识码:A 文章编号: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水葫芦(E ichhorn ia crassipes 又名凤眼莲、水荷花等, 为雨久花科植物、适应能力强, 喜高温多湿。生长富营养化的水体中, 生长快, 繁殖快1。能从污水中吸收大量氮磷, 还能吸收一些有毒的

5、元素如:镉、铅、汞、铊、银、钴、锶等重金属2。光合作用吸收大量的CO 2, 产生大量的O 2。打捞下来的水葫芦除用作饲料外还能用来发酵产沼气3。在利用水葫芦生产沼气的研究方面, 主要集中在产气原料的配比及制气工艺的经济性上4, Parveen 和Fer oan等5将牛粪、水葫芦、泥浆按质量比511配比, 经14天培养后甲烷含量达到61. 9%, 将粪、水葫芦、泥浆按质量比011、111、311、100配比时, 可分别得到甲烷含量为61. 9%、61. 0%、56%和51%的沼气。Singhal 和Rail 6在研究了水葫芦和水草结合产气后认为沼气的产生速率和产量与物料的C 、N 含量及C /N

6、有关, 水生植物的不同及生长的水体环境不同, 沼气的产生速率和产量不同。猪粪是一种很好的发酵原料, 与水葫芦结合高浓度发酵产沼气的研究国内外还未见报道。水葫芦含水率达到94. 74%, 本实验将水葫芦榨汁分离出渣和汁, 渣与猪粪结合进行批量发酵试验, 汁进行批量发酵试验, 研究了渣发酵试验的产气量、原料产气率及纤维素、半纤维素、木质素的变化, 研究了水葫芦汁产气情况及COD 降解情况。63第27卷第1期2008年2月中国野生植物资源Chinese W ild Plant Resources Vol . 27No . 1Feb . 20081材料与方法1. 1发酵原料发酵原料水葫芦来源于昆明滇池

7、, 取3kg 鲜水葫芦碾碎、榨汁, 渣为0. 72kg, 汁为2. 28kg; 猪粪来源于昆明某养猪场, 接种物取自本实验室猪粪与水葫芦为原料发酵后的接种物。发酵原料和接种物经测定结果如表1。表1鲜水葫芦及水葫芦渣、汁鲜猪粪的组成原料鲜水葫芦水葫芦渣水葫芦汁鲜猪粪接种物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实验装置自制1000mL 实验型水压式厌氧消化装置6组。1. 3测试项目及方法总固体含量(TS 、挥发性固体含量(VS 值

8、、沼气甲烷含量等, , :TS:(105±5 ; (±20 值pH 计测定; 。产气情况记录:, 从实验启动时起, 定时记录各套装置的产气量, 24d 测一次甲烷的含量。COD 的测量方法:采取国标水质化学需氧量的测定(G B 11914-89 。半纤维素、纤维素、木质素的测量方法如下:(1 半纤维素的测定, 将试样进行过滤, 用适量的蒸馏水洗涤, 滤饼转入到干燥至恒重的250mL 磨口锥形瓶中(质量记为m 0 , 冲洗滤纸, 然后将锥形瓶和其中的物质烘至恒重, 质量记为m 1, 然后加入10%的氢氧化钠溶液10mL, 装上球形冷凝管, 在80水浴中回流2h, 放置过夜后过

9、滤, 用适量蒸馏水洗涤, 滤饼转入到干燥至恒重的250mL 磨口锥形瓶中(质量记为m 2 , 冲洗滤纸, 然后将锥形瓶和其中的物质烘至恒重, 记为m 3。半纤维素%=(m 1-m 0 -(m 3-m 4 ×100/250(2 纤维素的测定, 在以上质量为的锥形瓶中加入6mol/L的盐酸10mL, 装上冷凝管, 在80水浴中回流2h 后进行过滤, 用适量蒸馏水洗涤至中性, 滤饼转入到干燥至恒重的坩埚中(质量记为m4 , 冲洗滤纸, 然后将坩埚和其中的物质烘至恒重, 记为m 5。纤维素%=(m 3-m -m 4 ×100/250(3 , 量为的坩埚在( , m 6。=m 5-m

10、 6 ×100/(m 1-m 0 1. 高浓度发酵原料的配制:100g 水葫芦渣、100g 猪粪、500g 接种物、100g 沼液。水葫芦汁发酵液的配制:500g 水葫芦汁、300g 接种物、200g 沼夜。2结果与分析2. 1水葫芦渣发酵料液分析结果水葫芦渣与猪粪结合的发酵原料发酵前及发酵后的TS 、VS 、pH 、半纤维素、纤维素、木质素变化情况如表2所示:表2发酵前及发酵后的TS 、VS 、pH 、半纤维素、纤维素、木质素变化情况发酵前14. 18%73. 55%7. 0536. 86%35. 15%9. 53%发酵后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%从表2可以看出:发酵前后TS 、VS 明显降低,说明原料被充分利用, pH 有所上升, 是因为分解过程产生了一部分氨氮化合物; 半纤维素利用率较高, 纤维素利用率较低, 木质素反而升高, 由于其他可降解成分被降解减少, 而木质素未被分解, 所以相对含量就增加。2. 2水葫芦渣的发酵结果水葫芦渣与猪粪结合的高浓度发酵的总产气量均为18735mL 产气情况与时间的关系如表3和图1、图2所示。73 表3水葫芦渣高浓度发酵的产气情况与时间的关系及含量情况总产气量(mL 第1个10天产气量第2个10天产气量第3

12、个10天产气量第4个10天产气量第5个10天产气量第6个10天产气量第7个10天产气量第8个10天产气量18735mL15. 7514. 9926. 5317. 0811. 376. 944. 802.54 从表3可以看出:发酵前30天产气量占整个产气的57. 27%, 前50天占整个产气的85. 72%, 产气较稳定; 从图1、图2可以看出:产气量随发酵时间而变化, 第3个10天产气达到最大值, 以后逐渐下降, 产气较稳定, 甲烷含量随发酵时间而上升, 这符合一般产气规律7。2. 3水葫芦汁液发酵料液分析结果水葫芦汁沼气发酵前后TS 、VS 、pH 、COD 情况如表4所示,表4水葫芦汁发酵

13、前后的TS 、VS 、pH 、COD 情况TSVS pH COD (mg/L发酵前1. 61%74. 52%6. 417232发酵后0. 23%17. 11%7. 35631从表4可以看出:水葫芦汁TS 、VS 明显降低, 说明原料被充分利用, COD 的降解非常明显达到91. 27%, 发酵后的汁液稍作曝气或稀释就可以达到国家水质三级(500mg/L 排放标准。2. 4水葫芦汁液的发酵结果水葫芦汁的总产气量为1096mL, 水葫芦汁的产气潜力为2. 192mL /g, 每降解1gCOD 的沼气产量为0. 332L, 说明高浓度水葫芦汁被厌氧消化的效果比较好。3结论渣与猪粪结合进行发酵, 或作

14、为接种物, , , 池容大, 进出料不便、8, 又克服两相大量的水等问题9。汁进行批量发酵, 经过降解后的汁稍作曝气或稀释就能达到国家水质三级排放标准, 可以直接灌溉农田, 减少农业用水。参考文献1段惠, 强胜, 吴海容, 等, 水葫芦J 1杂草科学, 2003,(2 :39-40.2吴文庆, 水葫芦治理技术的初步研究J 1上海环境科学, 2003(增刊 :146-149.3江洪涛, 张红梅, 国内外水葫芦防治研究综述J 1中国农业科技导报, 2003, 3(5 :72-75.4周文兵, 潭良峰, 刘大会, 等, 凤眼莲及资源化利用进展J 1华中农业大学学报, 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 indu