稻秸与蓝藻混合厌氧发酵产沼气试验研究
玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能
玉米秸秆和巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能一、研究背景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。
据测定，巢湖年平均蓝藻质量浓度为6～8 mg/L，总蓝藻量可达50～70万t（干生物量）。
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。
另一方面，蓝藻富含多糖和蛋白，是一种生物质资源。
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。
我国是一个农业大国,农作物秸秆年产量约为7亿吨左右,列世界之首。
但目前我国农作物秸秆的利用率不高,相当数量被自然腐败或燃弃,其中被焚烧。
由于没有得到很好的利用。
近年来各地大面积焚烧秸秆的现象时常发生,秸秆燃烧热值低,不仅造成资源浪费,而且污染环境,毁坏树木和耕地,影响交通安全,甚至引发火灾、交通事故等重大安全事故。
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。
在中国农村秸秆沼气化工程发展过程中，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，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。
二、国内外研究动态混合厌氧发酵概念的提出可以追溯到20 世纪80 年代初。
Hills首次尝试将牛粪和大麦秸秆混合发酵产沼气，试验发现牛粪能提高大麦秸秆的发酵效率。
此后，混合发酵技术被逐渐引入到沼气发酵产业中: 动物粪便和农作物秸秆的混合发酵被使用于农业和畜牧养殖业产生的废弃物处理过程中；城市污水污泥( sewage sludge，SS) 和OFMSW 的混合发酵被运用到城市垃圾的处理过程中；此外，在工业生产过程中产生的各种废弃物和动物粪便、污水污泥的混合发酵也陆续报道。
秸秆厌氧干发酵产沼气关键技术及问题探讨
中图 分 类 号 ： ２ ６ ￥ １． ４
文 献 标 识 码 ： Ａ
ｄ ｉ１ ． ６￣ｉ ｎ１０ — ２ ５ ０ １ ４ １ ｏ ：０３ ９ ．ｓ． ６ ７ ０ ． １． ． ４ ９ ｓ ０ ２ ００
朱德 文 ， 成茂 ， 曾 陈永 生 ， 瑞 容 ， 李 曲浩 丽 ． 秆 厌 氧 干 发 酵产 沼气 关 键 技 术 及 问 题 探讨 ［ ． 秸 Ｊ 中国 农 机 化， ０ １ （ ： ６ ５ 】 ２ １，４ ５ ～ ９ ）
潜 力 的途 径 ， 沼气 作 为 可 再生 能 源 ， 有 可 再 生性 、 具 成
本 低廉 、 环 境 污染 小 、 值 高 等优 点 。据 了解 ， 业 对 热 农
部 从 ２０ ０ ５年 开 始 ，就 组 织 相 关 科研 单位 和 企 业 开 展 秸 秆 沼 气 技 术研 发 与 示 范 ， 在 江 西 、 并 山东 、 苏 、 江 浙 江、 四川 、 南 、 京 、 北 、 宁 、 龙 江 和 大连 等 １ 河 北 河 辽 黑 １
朱德 文 ， 曹成 茂 陈永 生 ， ， 李瑞 容 曲 浩 丽 ，
（． 业部南 京农业 机械化研 究所 ， １ 农 南京 ，１０４２安徽农 业大学 工学 院 ， ２０ １ ；． 合肥 ，３ ０６ ２０ ３ ）
摘 要 ： 秆 厌 氧 千 发 酵 研 究 在 中 国 已 有 十 多 年 的 历 史 ， 由 于 种 种 原 因 至 今 还 没 得 到 大 规 模 推 广 应 用 ． 文 介 绍 了秸 秆 厌 秸 但 本
人类 赖 以 生存 的环 境 Ｉ１ 在 当前煤 、 、 ３。 ． ４ 电 液化 气 等 不断
正常 产 气 等 缺 点 ， 目前 规 模 化 秸 秆 沼气 存 在 技 术 设 备 不 足 ， 其 是 沼 气 干 发 酵 技 术 ， 于 干 发 酵 原 料 的 尤 由
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究刘秀娟;李晖;薛金红;牛潇;韦萍【摘要】[Objective] The aim was to improve the biogas production rate, and improve the use ratio of rice straws to the furthest. [ Method] Mono-factor method was adopted to analyze the influence of inoculated amount, total solid content and carbon-nitrogen ratio on biogas production in biogas station of Nanjing University of Technology. [ Result] It was found that the most optimum condition was: inoculated amount of 34% , total solid content of 6% , and carbon-nitrogen ratio of 25:1. According to the experimental verification, the total biogas yield in experimental group increased 27.6% than the control group. [ Conclusion] The research provided the reference of the further industrialization produce biogas using straws.%[目的]对影响稻草秸秆厌氧生产生物沼气的重要因素进行分析,以提高产气率,最大限度地提高秸秆原料利用率.[方法]采用单因素法对南京工业大学沼气站生产沼气的接种量、总固体含量、碳氮比进行分析.[结果]沼气站厌氧发酵的最优条件为接种量34％,总固体含量6％,碳氮比25:1.经验证,最优配比下的总产气量比目前常用的发酵条件(接种量50％,总固体含量5.6％,碳氮比22:1)下的总产气量提高了27.60％.[结论]为进一步研究利用秸秆发酵产沼气提供了依据.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(040)002【总页数】3页(P927-929)【关键词】稻草秸秆;沼气;条件优化;产气量【作者】刘秀娟;李晖;薛金红;牛潇;韦萍【作者单位】南京工业大学生物与制药工程学院,江苏南京211816;南京工业大学生物与制药工程学院,江苏南京211816;南京工业大学药学院,江苏南京211816;南京工业大学生物与制药工程学院,江苏南京211816;南京工业大学生物与制药工程学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】X714我国能源紧张与农业废弃物污染并存现象日趋严重，因此利用农作物秸秆和畜禽粪便厌氧发酵生产沼气早已成为人们关注的焦点［1］。
干式厌氧发酵水稻秸秆产沼气试验研究
经测定试验后发酵原料的相关参数见 表2.1，可计算出发酵原料总固体产气率 RTS=0.457 m3/kg，发酵原料总挥发性固体产 气率RVS=0.570 m3/kg。
农作物水稻秸秆自身的木质纤维结构， 决定了其产气特点是分解速度慢，产气周期 长，因此，在入池之前要进行预处理，加速 纤维素分解，破坏水稻秸秆表面的蜡质层以 提高水稻秸秆对细菌和酶分解的敏感性，最 终提高产气效果[12、13]，正是由于这个因素， 本实验进行了白腐菌降解木质纤维结构的 预处理。
2.2 水稻秸秆的厌氧消化
产气量的80.4%，而前18d的累积产气量约占 总产气量的39.1%。文献报道的以未经预处 理的水稻秸秆为原料进行厌氧发酵，前45d 的累积产气量约占总产气量的50%，15d的 累积产气量约占总产气量的9%[14]，与这一 结果相比，本实验所用的工艺具有较快的产 气速率。
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（4）发酵液的pH值用pH值计测定； （5）采用Vario EL元素分析仪测量水稻 秸秆中的碳氮质量百分含量； （6）产气量通过湿式气体流量计计量。
2、结果与分析
2.1 水稻秸秆的预处理
水稻秸秆经过7d的堆沤预处理后，温度 升高到60℃以上，水稻秸秆外形变得不完 整，手感疏松，有白色菌丝体附着在上面， 并且有深褐色的液体流出。经过添加 NH4HCO3和白腐菌预处理后C/N从37.18降 低到28.01，一般情况下，C/N在10~30之间 是厌氧消化的最佳C/N范围。
稻秆NaOH预处理及厌氧发酵产沼气的试验研究
１Ｂ；Ｃ ４ Ｔ Ｄ检 测 器 ；Ｄ ０ Ｔ Ｘ一 ２柱 ； 气 为氩 气 ， 量 为 载 流
２ ｍＬ ｍｉ 柱 温 为 １ ０Ｃ； Ｃ ０ ／ ｎ； ０ ￣ Ｔ Ｄ温 度 为 １ ０ ； 样 口 ２℃ 进
温度 为 １０ ， ０ ℃ 进样 量 为 １０ Ｌ 。 ０ ￣ ）
和不 经 Ｎ Ｏ 预处 理 的稻 草 在 沼 气 发 酵 过 程 中厌 氧 消 化 效 率 、 气 量 和 Ｃ Ｄ 去 除 率 情 况 。结 果 表 明 ，与 不 经 ａＨ 产 Ｏ
ＮＯ ａ Ｈ预 处 理 相 比 ， ％Ｎ Ｏ 预处 理 后 的 稻草 高 温 厌 氧 发酵 最 大 日产气 量 提 高 ６ ． ４ ， ６ ａＨ １ ３ ％ 总产 气 量 提 高 ５ ． ３ ， ５２ ％
沼气 发 酵 消化 效 率 、 气 量 和 Ｃ Ｄ去 除 率 情 况 ， 产 Ｏ 为稻 草秸 秆沼 气发 酵 技术 的发展 提 供科 学 参 考 。
发酵前 ， 测 稻 草秸 秆 和接 种 物 的总 固体 含 量 检
（ Ｓ １５～１０Ｃ烘 干 质 量 法 ） 挥 发 性 固体 含 量 （ Ｓ Ｔ ，０ １￣ 、 Ｖ ， ５ ０～ ０ ℃灼 烧 质量 法 ） ｐ ５ ６０ 及 Ｈ值 （ 密 ｐ 精 Ｈ计 ，ＨＳ一 Ｐ ３ ｃ型 ， 上海 精 密科 学 仪 器 有 限公 司 ） 。发 酵 过 程 中所 产气 体 在集 气 瓶 中 用 排 水 集气 法 被 收 集 ， 日通 过 集 每
０ 引言
我 国年 产 农作 物 秸 秆 ７亿 ｔ 右 Ｊ存 在 秸 秆 荒 左 ， 烧 问题 ， 既污 染 大 气 ， 发 安 全 事 故 ， 浪 费 资 源 。 如 引 又 果 将秸 秆 通过 厌 氧 消 化 产 生 沼 气 ， 使 １ｇ秸 秆 的有 可 ｋ
巢湖蓝藻产沼气的试验研究
翟志军 一 马 欢 ， 军 ， ， 李 蔡冬清 ， 相勤 ， 跃进 ， 王 吴 姚建铭 ， ， 增亮 余
（． １中国科学院离子柬生物工程学重点实验室 ， 安徽合肥 ２０３ ；． ３０ １ 中国科学院安徽循环经济技术工程院， ２ 安徽合肥 ２０８ ） ３０ ８
摘要 ［ 目的］ 探讨 对巢湖蓝藻厌氧 发酵资源化利用的潜 力 ：［ 方法 ］ 以巢湖新 鲜蓝藻 为原料 ， 进行厌 氧发 酵产 沼气试验 ， 分析产 沼 气的 最佳 条件 一［ 结果］ 结果表 明， 接种物 与蓝藻体积 比为 １２ ， 气最佳 ｊ在 平均温度为 ２ ． ：时 产 ７５℃的发酵环境 中发 酵５ ， ０ 蓝藻 产 气潜力 ｄ 为 ３８２ ｆ ｇＶ 产 气潜 力为 ３３ ３ ｌｇ 沼气中甲烷 的平均含量 为 ６ ． ％ ， ６ ． ｎ／ ， Ｓ ５ｌ ８ ． ｍ／ ， ３ ３４ ６ 蓝藻 利用率为 ５ ．１ Ｖ 利用率为 ５ ． ％。 ［ ４ （ ％， Ｓ ） ８３ ５ 结论 ］
巢湖新 鲜蓝藻可以作为发 酵原料 生产沼 气。 关键词 巢湖 ； 蓝藻 ； 厌氧发 酵； 沼气
中图分 类号 ￥１． ２６２
文献标识码 Ａ
文章编号 ０１— ６１ ０８１ — ５８ — ２ ５７ ６１（ ０ ） ０ ４ ０ ２ ２ ０
蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究
2007年太湖蓝藻大规模暴发给无锡市以及太 湖流域造成了一定程度的生态危机 ;而在另一方面 , 由于藻类中含有较丰富的营养成分及能量 ,因此对 其进行资源化利用 ,使之变害为利 、变废为宝 ,将对 解决当前面临的环境 、能源等问题从而达到综合治 理目的具有十分重要的现实意义 。
该是实验所采用的原料为存放期达 9 个月的蓝藻 , 营养成分已部分或全部溶出 ,接种污泥营养供给充 足 ,发酵反应启动快 。单独 3 种污泥分别厌氧发酵 的产气量则很少 ,不到混合发酵组的 1 /5,并且气体 中的主要成分为 N2 和少量 CO2 ,这说明接种物中可 生物利用的物质很少 [ 7 ] 。而单独蓝藻厌氧发酵缺 乏一定的接种物 ,其产气效果也不佳 。蓝藻与厌氧 颗粒污泥在物料比为 6∶1时厌氧发酵的累计产气量 及甲烷含量远远高于其他实验组及对照组 ,最大产 气速 率 为 138 mL / d, 单 位 质 量 蓝 藻 的 产 气 量 达 73 mL / g VS,累计产甲烷量为 50 mL CH4 / g干物质 , 分别是蓝藻与消化污泥 、剩余污泥的 115 倍和 213 倍 。因此 ,以厌氧颗粒污泥作为蓝藻发酵的接种物 可以获得较高的产气效果 。 2. 2 蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气过程中有机 质的变化
目前国内外对于蓝藻资源化利用的研究主要有 将其加工为高效氨 基酸 肥料 [ 1 ] 、焚烧 和提 取蛋 白 质 [ 2 ]等 ,但在其产业化开发过程中 ,蓝藻脱水脱毒 已逐渐成为蓝藻资源化利用的瓶颈 。而将蓝藻作为 生物质原料进行厌氧发酵产沼气既可以大规模产业
化处理 ,又无需对其进行脱水 (含固率 3% ～8%即 可 ) ,且发酵过程中藻毒素也得到一定程度的降解 , 从而实现太湖流域蓝藻的减量化 、无害化和资源化 。
NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响
理的质量分数& 旨在为秸秆和蓝藻混合厌氧发酵技术的 !"@的 (4>? 溶 液 的 ) C烧 杯 中!再 将 烧 杯 放 入 水
推广及工程化提供理论依据和技术支持&
浴锅 D< h恒温水浴 ; ,!处理后将秸秆反复冲洗并
:;材料与方法
调节 `?到 E'" 待 用& 按 照 底 物 碳 氮 比 为 )< w! 的 比例!计算出各组需要添加的物料比例& 将处理后
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@;结果与讨论
@<:;V*"N 预处理对秸秆结构的影响 采用扫描电镜对处理后的原料进行分析!结果
见图 )& 由图 )" 4$ 可见未经过 (4>?预处理的秸秆 表面光滑!结构紧 致% 突 起 完 整! 没 有 明 显 的 破 损 和
相比!玉米秸秆和 蓝 藻 混 合 发 酵 能 够 有 效 促 进 沼 气
图 !#厌氧发酵装置图
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环境工程学报
第 !" 卷
产气效果也不够理想&
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蓝藻 中有机 物质 含 量 很 丰 富 ， 中含 有 质 量 分 数 ５ ％ 的粗 蛋 白 、％ 一１ ％的 藻 蓝 蛋 白、０ 的藻 多 其 ０ ５ ５ ４％ 糖 ＿ ｌ富含充 足 的氮 和碳 源 ， 开发 蓝藻作 为厌 氧发 酵原 料 获得 生 物 质能 源是 解 决蓝 藻 污染 的一 个 有 效手 １， ２ 故 段． 目前利用 稻秸 和 蓝 藻 进 行 预 处 理 ， 将 二 者 分 别 与其 它 材料 混 合 进行 厌 氧 发 酵 生 产 沼 气 已有 一 些 报 或 道［ ， 是产 气效果 都 不是 十分理想 ［］例 如 ， 志军等 人［］ 出在平 均温度 为 ２ ．１ 但 １， ５ 翟 ５得 ７５２的发酵 环境 中发 酵 ５ｄ 蓝藻 Ｔ ０， Ｓ产 气潜 力为 ３ ８２ ｇ 。沼气 中 甲烷 的平均 含量 为 ６ ．６ 董 诗旭 等人 ＿Ｊ 究 表 明 ， ６ ．５ｍＬ・＿ ， ３ ４ ％， １研
蓝藻是从巢 湖打捞 的藻 液 ， 置分层 ， 经静 除去 ４ ％（ Ｖ 清水后 ， 藻层作 为试验原料 ，Ｓ和 Ｖ ０ Ｖ／ ） 取 ＂ Ｉ Ｓ见表 １ ．
第３ ４卷 ３期
２ １ ５ ０１ 年 月
Ｊｕ ａｏ ｎ ｕ Ｎ ｒ ｌ ｉｅｓｙ（ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ ｏｒ ｌ ｆ ｈ ｉ ｏｍａ Ｕｎｖｒｉ Ｎａｕａ Ｓｉ ｃ） ｎ Ａ ｔ ｅ
安徽 师 范大学 学 报 （ 自然科学版）
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ １３ ． Ｍａ ｙ．２０ １ １
１ ｄ而 实验 Ａ纽 单一稻 秸 处理 只有发酵 第 ７ ６， ｄ的 一 次产 气 高峰 ； 者 的 ＴＳ单 日最 高 产 气量 、 均 前 平
日产 气量 、 累积 产 气量 、 Ｓ产 气 潜 力 和 甲烷 含 量 分 别 为 ２ ． １ ・ ＿ 、 ４ ． ７ 、 ８ ８ ｍｌ４ ６ Ｔ ０ ２ ｍｌｇ 。５ １ ９ ｍ１３ ４ ０ 、 ５ ． ０ ｍｌ 和 ７ ．８ ， 明显 高于后者 的 ４ ５ ｍｌ ＿ 、４ ｍｌ６ ４ ｍｌ ２ ０ ｍｌｇ 和 ４ ．３ ９ ・ ｇ ６８％ 都 ．７ ・ 。３ ７ 、 ９ ０ 、 ． ３ ・ ｇ ４ ２ ３ ％的各
稻 秸 与 蓝 藻 混合 厌 氧 发酵 产 沼气 试 验 研 究
徐 双锁 ， 刘爱民， 蔡 欣 ， 卢存 龙 ， 彭 鹏
２ １０ ） ４ ０ ０ （ 安徽师范大学 生命科学学院 ， 态环境与生态安全安徽省重点实验室 ， 生 安徽省重要生物资源保护和利用研究重点实验室 ， 安徽 芜湖
项指 标 ； 并且 实验 Ｂ组的料 液 Ｔ Ｓ降解 率 ５ ．４ ２ ５ ％远 高于 实验 Ａ 组 的 ５ ５ ％ ； 整 个 发 酵过程 中 ， ．２ 在
各组 ｐ Ｈ保持 在 ６ ５ ： 稻秸 ； 藻 ； 蓝 厌氧发 酵 ； 气量 ； 产 甲烷 中图分类 号 ：２ ６ ２ ￥ １ ． 文献 标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １ ４ ３ ２ １ ）３ ２ ０ ５ １ ０ —２ ４ （０ １０ —０ ６ —０
在 ２ ．ｔ 左右 ， ０ ２２ 新鲜 蓝藻 的 ＴＳ产 沼气潜力 为 ４ ７ ３ ８ ． ｍＬ・ ＿ ， 气 中 甲烷 含量 为 ６ ． １ 本研 究 为弥 补 稻 ｇ 。沼 ４ ９ ％。
秸 和蓝藻单 独发 酵 出现 的 Ｃ： Ｎ不适 ， 因而 分别 利用 单一 稻 秸 以及 稻秸 中添加 蓝 藻 为底 料 进行 对 比试 验 ， 旨 在 为稻秸 和蓝 藻的有效 资源化利 用提供 必要 的科 学依据 ．
我 国是一 个农业 大 国 ， 有着 丰 富的秸秆 资源 ， 据报道 ， 国各 类农 作物 的秸秆 年 总产量达 ７亿 多吨 ， 中 我 其 稻秸 ２ ３亿 ｔ ． ． Ｊ如果将 这些 “ 废弃 物 ” 很好 地 加 以利 用 ， 不但 能在 一 定 程度 上 解决 农 村 能源 紧缺 的 问题 ， 并
全 、 效 、 济 的处 理 处 置 方 法 ， 如 利 用 蓝 藻 提 取 天 然 色 素 、 外 多 糖 、 理 活性 物 质 、 作 有 机 肥 长 经 例 胞 生 制 料Ｉ－ ｊ生产 沼气 ｏ、 ｓ ９、 。 制作生 物 柴油 、 产单细 胞蛋 白等 ｌ ｊ但 各种 研究 仍处 于初步 阶段 ． 生 １， １
且可 以改善农 村生 态环境 Ｌ ｊ ２ ． 巢湖水体 自 ２ 世 纪 ８ ０ Ｏ年代 初开始 呈 现富营 养化状 态 ， 是全 国富营养 化最为 严重 的淡水 湖泊 之一 ［ ５． ］ ＿
据测 ， 湖年平 均蓝 藻含 量为 ６ ｒｇＬ。 ， 巢 —８ ・ 。总蓝 藻量 可 达 ５ ａ ０～７ ０万 ｔ干生 物 量 ） ， 此如 何处 理 和安 全 （ Ｊ因 处置 、 理化应 用蓝 藻这种 生物 质资 源成 了重要 而 紧 迫 的现 实 问题 ， 合 目前 国 内外 很 多 学者 正在 积 极探 索 安
摘
要 ： 别 以单 一稻 秸和稻 秸 中添加蓝 藻 为底 料 ， 制发 酵 温度 ３ ±ｌ 进 行厌 氧发 酵产 沼气 的 分 控 ５ ℃
对 比试验 ． 结果表 明 ： 秸 和蓝 藻相 混合是 良好 的 沼气发 酵原料 ， 稻 其产 气速度 、 量 明显 高于单一稻 产
秸为底 料 的处理 ． 实验 Ｂ组稻 秸和 蓝 藻 １ １混 合厌 氧 发 酵 的 两次 产 气 高峰 期 都 集 中在 发 酵 的前 ：
１ 材 料 与 方 法
１ １ 实验材料 及装 置 ．
１１１ 实验材料 稻秸采集 自安徽省芜湖市三山区田间 ， ．． 剪短至 ｌｍ以下待用 ， ｃ 经测定其干物质质量分数 ｗ（ ｏａ ｓｌｓ Ｔ ） Ｔ ｔｌｏｉ ， Ｓ 及挥 发性 固体 质量分数 ｗ（ ｌｉ ｌ ｓ ＶＳ ， ｄ Ｖｏａｌ ｓ ｉ ， ）见表 １ ｔｅ ｏ ｄ ．