不同接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响

不同接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响

赵崧岐，宋洪川*，高旭红，官会林

(云南师范大学太阳能研究所，云南昆明 650092)

摘要[目的]探讨不同接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响。[方法]从低次烟叶厌氧消化的日产气量和累积产气量等方面，研究了4种接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响。[结果]不同接种物对低次烟叶厌氧消化的启动时间以及产气量的变化规律无显著影响。相对于其他接种物，A接种物(猪粪+人粪+沼气池底泥+玉米芯，经过一年培养)对低次烟叶厌氧消化的累积产气量分别提高了49.0%、139.0%、85.8%、55.7%。[结论]该研究为低次烟叶厌氧消化接种物的选择提供了理论依据。

关键词厌氧消化；低次烟叶；接种物；沼气

中图分类号S216.4

作者简介赵崧岐(1986-)，男，黑龙江哈尔滨人，硕士，从事低次烟叶厌氧消化产沼气的研究。*

收稿日期2015-06-11

Effects of Different Inoculums on Methane Production of Substandard Tobacco Leaves Through Anaerobic Digestion

ZHAO Song-qi, SONG Hong-chuan*, GAO Xu-hong et al(Solar Energy Research Institute, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650092)

Abstract[Objective] The study aimed to discuss the effects of various inoculums on methane production of substandard tobacco leaves through anaerobic digestion. [Method] From aspects of both daily and accumulated production of methane, the influences of four inoculums on methane production of substandard tobacco leaves through anaerobic digestion. [Result] Various inoculums had no obvious effects on the starting time of anaerobic digestion and changing trends of methane production for substandard tobacco leaves. By comparison with inoculums B, C and D, the accumulated production of methane produced by anaerobic digestion based on inoculum A (the mixture of pig manure, human feces, biogas digester sediment and corn cob cultured for one year) was very high, increasing by 49.0%, 139.0%, 85.8% and 55.7% respectively. [Conclusion] The research could provide theoretical references for the choice of inoculum used for anaerobic digestion of substandard tobacco leaves.

Key words Anaerobic digestion; Substandard tobacco leaves; Inoculum; Methane

作为烟草大省，云南每年30%～35%的烤烟无法进行卷烟加工，这些低等或等外级烟叶未能得到合理利用[1]。这些低次烟叶中所蕴含的能源与资源未得到有效的利用，长时间的堆沤丢弃给环境造成了极大的破坏。而对低次烟叶厌氧消化进而产生沼气，是对低次烟叶的有效处理途径之一。在低次烟叶厌氧消化的初期，需要加入足量且优质的厌氧消化接种物来保证低次烟叶厌氧消化的稳定运行。一方面，由于目前普遍应用的传统厌氧消化菌群中极少有能够适应底物为低次烟叶的菌群；另一方面，国内外对于接种物的研发还都处于试验阶段，虽然各种接种物的驯化工艺已经有了长足的进步，但是尚未见大规模应用的报道。笔者研究了不同接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响。

1材料与方法

1.1试验设计为研究不同接种物对低次烟叶厌氧消化产沼气的影响，试验设置了5组处理(A.猪粪+人粪+沼气池底泥+玉米芯；B.猪粪+人粪+沼气池底泥+鲜猪粪；C.牛粪经过富集+甜高粱杆；D.牛粪经过富集+玉米芯；E.池塘底泥+玉米芯)，各处理重复3次。各处理的接种物均经过一年的培养，接种物用量为150 g；发酵料液体积为500 ml,pH约为7，发酵浓度约为6%；低次烟叶均未经过预处理，用量为22 g；试验采用室温发酵，平均气温为22 ℃。

1.2测试项目与方法总固体(TS)含量和挥发性固体(VS)含量参照文献[2]中的相关方法测定；pH采用PHS-25酸度计测定；产气量利用排水集气法收集沼气，根据水的体积测量沼气的产量；采样方法采用分层多点采集。

2结果与分析

2.1不同接种物对低次烟叶厌氧消化日产气量的影响由图1可知，不同接种物低次烟叶厌氧消化的日产气量变化规律是一致的，均在大致相同的时间达到相应的产气高峰。在前9 d，不同接种物都有一个较大的产气高峰，之后在第10天相继降至低谷；在第22天左右又迎来了一个产气小高峰，并在第27天又降至低谷；在第33天迎来了最后的产气高峰。其中，第1个产气高峰结束后，由于低次烟叶本身的毒性加之有机酸的积累，抑制了厌氧消化菌群的生长，导致产气量下降，甚至停止产气。在经过系统自身的调节，产甲烷菌将有机酸进行分解后，使得pH恢复到可以产甲烷的阶段。但是，由于前期有机酸积累较多，系统只是恢复了部分功能，产气量又在第27天出现低谷；然后在第33天系统通过自身调节使得pH恢复正常，进入整个厌氧消化过程的最后阶段，但此时可消化的低次烟叶原料也已经快要枯竭；经过了大致10 d的时间，相继结束产气。但是由于厌氧消化菌群的不同，造成了日产气量峰值的不同。其中，相对其他接种物，A接种物对低次烟叶有较好的适应性，虽然不能持续产气，但各个产气高峰均较其他接种物有明显的优势。另外，系统刚启动时，产气最快的是E接种物。

2.2不同接种物对低次烟叶厌氧消化累积产气量的影响由图2可知，不同接种物低次烟叶厌氧消化的累积产气量变化规律也是一致的，并且符合丁琨等[3]关于烤烟秸秆厌氧发酵动力学研究的结论。这说明每一个沼气发酵过程均是正常发酵，符合低次烟叶厌氧消化的规律。A接种物在累积产气方面较其他接种物均有较大的优势。试验结束时，A、B、C、D、E接种物的累计产气量分别达3 110、2 086、1 301、1 674、1 998 ml。这说明在整个厌氧消化过程中，不同接种物对于低次烟叶的消化过程中消耗单位原料所产生的沼气是不同的，说明B、C、D、E 4种接种物中其他不能产生甲烷的菌种对原料进行了消耗。

2.3不同接种物对低次烟叶厌氧消化单位原料产气量的影响A、B、C、D、E接种物对低次烟叶厌氧消化单位原料的产气量分别为141.4、94.8、59.1、76.1、90.8 ml/g。可见，A接种物对于低次烟叶厌氧消化有较好的适应性，在单位产气量上达到了可以应用的141.4 ml/g。在点火过程中，在各个产气阶段产生的沼气均呈现黄色火焰，说明沼气中甲烷含量相对较高，可以作为生产及生活用能。

3结论

A接种物相对于其他4种接种物，无论是对低次烟叶厌氧消化的日产气量还是累积产气量，都有着相当程度的促进作用。相对于B、C、D、E 4种接种物，A接种物对低次烟叶厌氧消化的累积产气量分别提高了49.0%、139.0%、85.8%、55.7%。但不同接种物对低次烟叶厌氧消化的启动时间以及持续周期并没有显著的影响。

参考文献

[1] 彭靖里,马敏象,吴绍情,等.论烟草废弃物的综合利用技术及其发展前景[J].中国资源综合利用,2001(8):18-20.

[2] 苏有勇.沼气发酵检测技术[M].北京:冶金工业出版社，2011.

[3] 丁琨,田光亮,苏有勇，等.烤烟秸秆厌氧发酵产沼气的动力学研究[J].农机化研究,2013(2):217-220.