稻壳类酒糟与不同接种物厌氧消化的实验研究*



稻壳类酒糟与不同接种物厌氧消化的实验研究*

杨益琼1，刘丽春2，张无敌1，尹芳1，王昌梅1，

赵兴玲1，柳静1，杨红1，刘士清1

(1.云南师范大学，云南 昆明 650092；2.丽江市农村能源管理站，云南 丽江 674100)

摘要：为研究稻壳类酒糟的产沼气潜力及特性，以其为原料，在恒温30 ℃条件下，分别用实验室正常沼气发酵后的混合厌氧活性污泥和秸秆半连续干发酵后的发酵残留物作为接种物进行厌氧消化.结果表明：以混合厌氧活性污泥为接种物的TS产气率和VS产气率分别是369 mL/g·TS和424 mL/g·VS，以秸秆发酵残留物为接种物的TS产气率和VS产气率分别是468 mL/g·TS和538 mL/g·VS.

关键词：稻壳酒糟；不同接种物；厌氧消化

酿酒后留下的酒糟，品质较好的能进行二次利用，即与秸秆饲料掺在一起喂养畜禽；或是经过发酵后生产出营养价值更高的饲料[1].而一些稻壳类的酒糟，往往会因为利用价值低而被丢弃，不仅浪费了资源，而且会对环境造成一定的负面影响.因此，探讨稻壳类酒糟厌氧发酵是实现资源利用最大化及可再生能源技术推广的重要途径.

本文采用两种不同的接种物对酒糟进行发酵潜力研究，以寻找产气潜力较好的接种物，为进一步的实验研究提供基础.

1材料与方法

1.1材料

1.1.1发酵原料

厌氧发酵的原料来源于湖南长沙某酒厂的稻壳类酒糟，各参数见表1.

表1　原料参数

1.1.2接种物

设计两种接种物：

A：实验室正常沼气发酵后的混合厌氧活性污泥；

B：实验室秸秆半连续干发酵后的发酵残留物.

1.1.3实验装置

实验装置采用实验室自制的容积为500 mL的批量式发酵装置[2].

1.2方法

1.2.1实验设计及料液配比

A：混合类接种物，配料如下(实验组与对照组均设3个平行)：

实验组：47 g酒糟，120 mL接种物，加水至400 mL；

对照组：120 mL接种物，加水至400 mL；

B：秸秆类接种物，配料如下(实验组与对照组均设3个平行)：

实验组：28 g酒糟，120 mL接种物，加水至400 mL；

对照组：120 mL接种物,加水至400 mL.

1.2.2测试项目及方法

(1)TS测定：将样品置于烘箱在(105±5)℃下烘至恒重，计算样品除去水分后所剩干物质的质量分数[3]；

⑵VS测定：将测定TS后的样品置于马弗炉在(550±20)℃燃烧之恒重，计算除去有机质后所剩物质的质量分数[3]；

⑶pH测定：采用5.7～8.5精密pH试纸测定；

⑷产气量测定：采用排水集气法来测量每天的产气量.实验启动后，每天同一时间记录产气量；

⑸甲烷含量测定：采用福立GC9790Ⅱ型气相色谱仪来测定甲烷含量[4].

2实验结果及分析

发酵实验共进行了30 d，对发酵前后发酵料液的TS、VS及pH变化进行了分析，对产气量及甲烷含量进行了测定，比较两种接种物最终的TS产气速率，得到相对适合稻壳酒糟厌氧发酵的接种物.

2.1产气情况分析

两个实验组(已除去对照组的产气量)的日产气量变化曲线如图1所示.该实验在启动30 d后每天产气量已少于30 mL，可认为发酵过程完成.两个实验组在启动后迅速产气，且第1天所产气体就能点燃.以混合厌氧活性污泥为接种物的实验组(实验组A)第1天产气非常高，有780 mL，但其中前12 h产生的气体(430 mL)为废气，不能点燃，后12 h恢复正常产气.以秸秆发酵残留物为接种物的实验组(实验组B)的整个厌氧发酵过程相对平稳，没有出现过高或过低的产气现象.实验组A刚开始产气十分理想，但产气高峰持续不长，15 d以后产气明显降低.

图1　产气曲线图

所产气体的甲烷含量如图2所示.

最初所产气体的甲烷含量相对要低一些，其后甲烷含量都相对比较稳定，实验组A：甲烷含量平均值65.88%，范围49.85%～77.05%；实验组B：甲烷含量平均值65.83%，范围57.85%～70.43%.可以看出，两种接种物发酵所得气体的甲烷含量都比较高且稳定.

图2　甲烷含量

类别 实验组A 实验组B 对照组A 对照组B 发酵前发酵后发酵前发酵后发酵前发酵后发酵前发酵后TS/%6.725.027.315.583.913.614.454.05VS/%82.5577.5083.3879.8379.7272.5681.1477.93TS降解率/%VS降解率/%25.296.1123.664.267.678.988.9883.95pH7.57.57.57.27.07.07.07.0

2.2发酵前后发酵液的TS、VS值及pH变化

发酵前后发酵液的TS、VS及pH变化情况见表2.

从表2可知，在经过30 d的发酵后，各组发酵液的TS、VS都发生了一定程度的降解，实验组的降解率均高于对照组.但从实验组A的TS降解率25.29%和实验组B的TS降解率23.66%可看出，其降解率都不高，说明产气潜力还有待进一步提高.就pH情况来说，几乎没有变化，维持在发酵的最佳pH范围内.

2.3产气潜力分析

2.3.1产气速率

实验组A与实验组B的产气速率见表3.

表3　酒糟的产气速率

由表3可知，在第5天，实验组A的产气速率就超过了50%，说明原料对混合厌氧活性污泥接种物的适应情况非常好，第20天的时候产气速率就达到94.54%，其后，产气速率明显减缓，第21-30天的产气量仅占总产气量的5.46%，产气主要集中在前20 d[5]，即水力滞留时间为20 d.

秸秆类接种物实验组的产气速率在刚开始没有混合厌氧活性污泥接种物实验组的高，整个产气过程很平稳，在25 d后，产气速率到达90.94%.主要产气集中在前25 d,即水力滞留时间为25 d.

2.3.2产气潜力分析及比较

综合图2和表3，对酒糟与不同接种物的厌氧发酵进行了统计[6]，结果见表4.

表4　产气潜力

通过前面的产气速率分析可知，混合厌氧活性污泥接种物实验组的总产气量6 410 mL高于秸秆类接种物实验组的总产气量4 855 mL.但经过计算后可得出，混合厌氧活性污泥接种物的实验组TS产气率369 mL/g·TS要小于秸秆类接种物实验组的TS产气率468 mL/g·TS.从产气潜力来看，秸秆类接种物更适合于酒糟的厌氧发酵.

为了进一步说明稻壳类酒糟的产气潜力，将其与其他农业有机废弃物产沼气潜力进行比较，结果如见表5.

表5　各种原料的产沼气潜力

从表5可知，各类农业有机废弃物的产气潜力都比较高，因此，将农业有机废弃物进行厌氧沼气发酵是可行的.从发酵周期及综合利用率来看，以稻壳类酒糟为原料的水力滞留时间短，投资回收期短，有更高的经济效益.

3结论

以稻壳酒糟为发酵原料，在30 ℃下，用实验室正常沼气发酵后混合厌氧活性污泥为接种物进行厌氧发酵，产气主要集中在前20 d，TS产气率369 mL/g·TS.

以稻壳酒糟为发酵原料，在30 ℃条件下，用实验室秸秆半连续干发酵完后的发酵残留物为接种物进行厌氧消化，产气主要集中在前25 d，TS产气率468 mL/g·TS.

从产气潜力来看，秸秆类接种物更适合于稻壳类酒糟厌氧发酵.

参考文献:

[1]周凯，徐慧，刘建军．酒糟生产负荷益生菌饲料[J].山东食品发酵，2014 (175)：3-6.

[2]张莉娟，季梅，张无敌，等.新鲜薇甘菊在不同温度下厌氧发酵产气潜力的研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2014，34(6)：47-51.

[3]刘士清，张无敌，尹芳，等．沼气发酵实验教程[M].昆明：化学工业出版社，2013.

[4]张锐，常毅.气相色谱法测定沼气中甲烷含量[J].甘肃科学报，1990，3(4)：79-81.

[5]杨斌，马煜，张无敌，等．象粪中温发酵产沼气的实验研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2011,31(6)：85-89.

[6]张啸，杨斌，马煜，等．香蕉杆厌氧发酵产沼气的实验研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2011，31(增刊2)：119-122.

[7]朱宗强，成官文，梁斌，等．农业有机废弃物沼气发酵潜力的实验研究[J].农机化研究，2009 (2)：150-152.

[8]孙丽丽，符征鸽．玉米秸麦秸中温沼气发酵产气潜力及特征的研究[J].中国沼气，2008，26(6)：13-16.

[9]ROBERT RYNK.On-farm Composting Handbook[M].New York:Natural Resource,Agriculture,and Engineering Service,2006.

[10]王秀菊，曾国揆，刘士清，等．玉米芯厌氧消化产气实验研究[J].安徽农学通报，2006，12(10)：55-57.

Experimental Study on Biogas Production by Anaerobic Digestion of

Vinasse of Rice Husk Category with Different Inoculum

YANG Yi-qiong1, LIU Li-chun2, ZHANG Wu-di1, YIN Fang1, WANG Chang-mei1,

ZHAO Xing-ling1, LIU Jing1, YANG Hong1, LIU Shi-qing1

(1.Yunnan Normal University,Kunming 650092,China;

2.Rural Energy Management Station of Lijiang,Lijiang 674100，China)

Abstract:In order to study the biogas production potential about vinasse of rice husk category, design vinasse mixed with different inoculum at 30 ℃.The results shows the TS gas production potential of mixed inoculum was 369 mL/g·TS,and the TS gas production potential of straw inoculum was 468 mL/g·TS.

Keywords:Vinasse of rice husk category; Different inoculum; Anaerobic digestion

中图分类号：S216.4

文献标志码：A

文章编号：1007-9793(2015)06-0013-05

通信作者：刘士清(1964-)，男，云南江川人，副教授，硕士生导师，主要从事生物质能开发及利用方面研究.

作者简介：杨益琼(1990-)，女，云南剑川人，硕士研究生，主要从事生物质能与环境工程方面研究.

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20135303110001)、国家自然科学基金(51366015)、云南省应用基础研究基金(2014FA030)和云南省科技创新提升计划(2013DH041)联合资助项目.

收稿日期：*2015-10-06