从种植面积和产量来看,柑橘是水果之王。 2008年,全球生产柑橘面积达到6667百万公顷, 产量达到1.1亿t,其中我国柑橘产量达到2331万 t,居世界首位。全球的柑橘消费主要分为鲜食 (55%)以及柑橘汁、罐头加工(45%),柑橘在鲜食或者加工中产生的皮渣占果实的40%~60%,产量高达1000多万+1。目前,国内外对柑橘皮渣的利用主要集中在提取功能1成分,直接作饲料2、土壤改良剂和生物转化几个方面3。柑橘皮渣提取功能成分的成本较高而制约了工业生产,直接作为饲料致使动物消化吸收不好,作为土壤改良剂的应用效果不明显,而柑橘皮渣进行生物转化应用着重在燃料-、酶制剂以及生产食品等行业,对柑橘皮黑膜沼气池厌氧发酵产沼气研究报道很少。本文从柑橘皮的
特征成分入手,对柑橘皮的黑膜沼气池厌氧发酵产甲烷港力选 行深入分析,进一步探索了柑橘皮黑膜沼气池厌氧生物处理方法 的可行性,为柑橘皮的有效利用提供更广阔的路径。
1材料与方法
1.1供试材料与接种物
试验材料为柑橘皮,来自四川省成都市某菜市 场。主要特征成分见表1。接种物为简阳市某沼气 工程的黑膜沼气池厌氧污泥,基本特性见表2。
1.2试验装置和处理
试验仪器有2000mL广口瓶6个(用作发酵 瓶),500mL广口瓶6个(用作集气瓶),500mL三 角瓶6个(用作集水瓶)、橡胶塞大小各6个,共1个,水浴锅,乳胶管以及玻璃管。
利用2000mL广口瓶做发酵瓶,每个瓶中加入500mL黑膜沼气池厌氧污泥,1000mL水。设3个试验组,每个添加100g新鲜柑橘皮;设3个对照组,不添加任何物质。搅拌均匀,连接装置,用橡皮塞封口。试验温度为中温(35℃±2℃)。从试验启动的第2天开始,每天定时记录日产气量和pH值。每隔一定时间测量一次甲烷含量。
1.3分析方法
干物质含量(总固体含量):烘干法6测定;产沼气量:采用排水法收集沼气;CH4含量:采用沼气成分分析仪测量。
2结果与分析
柑橘皮黑膜沼气池厌氧发酵试验利用水浴锅加热,稳定运行了约31天,产气结束。
2.1柑橘皮黑膜沼气池厌氧沼气发酵日产气量随时间变化关系
柑橘皮从市场收取回来,一部分用于理化特性的测试,另一部分经过粉碎处理后进行黑膜沼气池厌氧消化实验,按图1装置连接。为了寻求柑橘皮产气量与黑膜沼气池厌氧消化时间之间的关系,在为期31天的黑膜沼气池厌氧消化试验中,对每天的产气量和pH值进行测量和记录
由图2可知,柑橘皮在沼气发酵过程中,日产气 量在第3天达到高峰,即1210mL。究其原因,可能 是因为微生物接种到一个新的底物中,有一个延滞 期,在接种的第1天和第2天,微生物将主要进行有 机物的液化,所以第1天和第2天的产气量明显低 于第3天的产气量。从发酵第4天开始,沼气产量逐渐下降,到第23天产气量只有49mL。这显然是由于随着消化时间的延长,有机物的含量降低,使得产气量也随着逐渐减少。此外,产气量还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动有关,这些细菌会与产甲烷菌争夺碳源,从而使产气量下降。
2柑橘皮黑膜沼气池厌氧沼气发酵液pH值随时间变化关系
从消化液的pH值变化规律图3来看,呈现出先小幅降低而后缓慢升高的趋势。究其原因,黑膜沼气池厌氧 消化过程可分为两个阶段,水解、产酸阶段和产甲烷阶段。在消化前期(0~3d),废水中有机物在微生物作用下分解,主要进行水解和酸化反应,产生了定量的有机酸,导致系统的pH值有所偏低(从开始6.50降到6.48),在反应第3天达到最低6.48,可
能是因为反应系统中产甲烷、CO2等气量较低导致。从黑膜沼气池厌氧消化第4天开始,pH值缓慢增长,到反应第22天时升高到7.39。因为随着黑膜沼气池厌氧消化时间的延长,废水的有机物浓度在不断降低,使得产甲烷菌的活力下降,产气速度减慢,pH值增长就随之减慢。
从图4可以看出,在中温条件下,经过31d的黑膜沼气池厌氧发酵,柑橘皮总产沼气量为11029mL。从图4看,在发酵的前16d,总产气量已经占整个过程总产气量的91.26%左右,说明柑橘皮的大量降解主要发生在发酵过程前16d时间段内。图4还显示,在试验初期,累计产气量增长很快,主要是由于反应开始时发酵底物浓度较高,微生物活性较强引起。随着黑膜沼气池厌氧消化时间的延长,有机物浓度下降,微生物活性减弱,累积产气量增长就趋于平缓。
2.4柑橘皮黑膜沼气池厌氧发酵产沼气潜力及沼气中甲烷含量测定
中温条件下,柑橘皮经过沼气发酵,产沼气潜力为1.05m3kgTS,详见表3。从表3还可以看出,在发酵整个过程由于发酵体系的pH值始终保持在
6.48~7.39,系统运行稳定。因此在发酵过程中产 沼气效率较高,而且沼气中甲烷含量最高达69.5% 说明中温条件下柑橘皮利用沼气化方式处理是非常可行的。
3小结和讨论
(1)本研究中的柑橘皮的Vs占Ts的95.25% 可见该物质可生化性较好。
(2)中温条件下,对柑橘皮进行黑膜沼气池厌氧消化法 可以得出1kg大约能产1.05m3的沼气。司 柑橘皮利用沼气化处理的方法是可行的,而且数较高。
(3)从沼气中甲烷含量来看,柑橘皮黑膜沼气池厌氧发 产生的沼气中甲烷含量最大达69.50%。试验结果表明,柑橘皮非常适宜用黑膜沼气池厌氧发酵生物法进行处理
(4)从整个发酵过程看,发酵液pH值一直处于6.48以上,系统运行较好,所以发酵过程产甲烷含量较高。
摘自《中国沼气》2018第三期 李淑兰 刘萍 宋立
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