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從種植面積和產(chǎn)量來看,柑橘是水果之王。  2008年,全球生產(chǎn)柑橘面積達(dá)到6667百萬公頃,  產(chǎn)量達(dá)到1.1億t,其中我國柑橘產(chǎn)量達(dá)到2331萬  t,居世界首位。全球的柑橘消費(fèi)主要分為鮮食  (55%)以及柑橘汁、罐頭加工(45%),柑橘在鮮食或者加工中產(chǎn)生的皮渣占果實(shí)的40%~60%,產(chǎn)量高達(dá)1000多萬+1。目前,國內(nèi)外對柑橘皮渣的利用主要集中在提取功能1成分,直接作飼料2、土壤改良劑和生物轉(zhuǎn)化幾個(gè)方面3。柑橘皮渣提取功能成分的成本較高而制約了工業(yè)生產(chǎn),直接作為飼料致使動物消化吸收不好,作為土壤改良劑的應(yīng)用效果不明顯,而柑橘皮渣進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化應(yīng)用著重在燃料-、酶制劑以及生產(chǎn)食品等行業(yè),對柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣研究報(bào)道很少。本文從柑橘皮的

特征成分入手,對柑橘皮的黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷港力選  行深入分析,進(jìn)一步探索了柑橘皮黑膜沼氣池厭氧生物處理方法  的可行性,為柑橘皮的有效利用提供更廣闊的路徑。

1材料與方法

1.1供試材料與接種物  

試驗(yàn)材料為柑橘皮,來自四川省成都市某菜市  場。主要特征成分見表1。接種物為簡陽市某沼氣  工程的黑膜沼氣池厭氧污泥,基本特性見表2。

1.2試驗(yàn)裝置和處理  

試驗(yàn)儀器有2000mL廣口瓶6個(gè)(用作發(fā)酵  瓶),500mL廣口瓶6個(gè)(用作集氣瓶),500mL三  角瓶6個(gè)(用作集水瓶)、橡膠塞大小各6個(gè),共1個(gè),水浴鍋,乳膠管以及玻璃管。

利用2000mL廣口瓶做發(fā)酵瓶,每個(gè)瓶中加入500mL黑膜沼氣池厭氧污泥,1000mL水。設(shè)3個(gè)試驗(yàn)組,每個(gè)添加100g新鮮柑橘皮;設(shè)3個(gè)對照組,不添加任何物質(zhì)。攪拌均勻,連接裝置,用橡皮塞封口。試驗(yàn)溫度為中溫(35℃±2℃)。從試驗(yàn)啟動的第2天開始,每天定時(shí)記錄日產(chǎn)氣量和pH值。每隔一定時(shí)間測量一次甲烷含量。

1.3分析方法  

干物質(zhì)含量(總固體含量):烘干法6測定;產(chǎn)沼氣量:采用排水法收集沼氣;CH4含量:采用沼氣成分分析儀測量。

2結(jié)果與分析

柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵試驗(yàn)利用水浴鍋加熱,穩(wěn)定運(yùn)行了約31天,產(chǎn)氣結(jié)束。

2.1柑橘皮黑膜沼氣池厭氧沼氣發(fā)酵日產(chǎn)氣量隨時(shí)間變化關(guān)系

柑橘皮從市場收取回來,一部分用于理化特性的測試,另一部分經(jīng)過粉碎處理后進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧消化實(shí)驗(yàn),按圖1裝置連接。為了尋求柑橘皮產(chǎn)氣量與黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間之間的關(guān)系,在為期31天的黑膜沼氣池厭氧消化試驗(yàn)中,對每天的產(chǎn)氣量和pH值進(jìn)行測量和記錄

由圖2可知,柑橘皮在沼氣發(fā)酵過程中,日產(chǎn)氣  量在第3天達(dá)到高峰,即1210mL。究其原因,可能  是因?yàn)槲⑸锝臃N到一個(gè)新的底物中,有一個(gè)延滯  期,在接種的第1天和第2天,微生物將主要進(jìn)行有  機(jī)物的液化,所以第1天和第2天的產(chǎn)氣量明顯低  于第3天的產(chǎn)氣量。從發(fā)酵第4天開始,沼氣產(chǎn)量逐漸下降,到第23天產(chǎn)氣量只有49mL。這顯然是由于隨著消化時(shí)間的延長,有機(jī)物的含量降低,使得產(chǎn)氣量也隨著逐漸減少。此外,產(chǎn)氣量還與系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌及反硝化細(xì)菌等的活動有關(guān),這些細(xì)菌會與產(chǎn)甲烷菌爭奪碳源,從而使產(chǎn)氣量下降。

2柑橘皮黑膜沼氣池厭氧沼氣發(fā)酵液pH值隨時(shí)間變化關(guān)系

從消化液的pH值變化規(guī)律圖3來看,呈現(xiàn)出先小幅降低而后緩慢升高的趨勢。究其原因,黑膜沼氣池厭氧  消化過程可分為兩個(gè)階段,水解、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段。在消化前期(0~3d),廢水中有機(jī)物在微生物作用下分解,主要進(jìn)行水解和酸化反應(yīng),產(chǎn)生了定量的有機(jī)酸,導(dǎo)致系統(tǒng)的pH值有所偏低(從開始6.50降到6.48),在反應(yīng)第3天達(dá)到最低6.48,可

能是因?yàn)榉磻?yīng)系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷、CO2等氣量較低導(dǎo)致。從黑膜沼氣池厭氧消化第4天開始,pH值緩慢增長,到反應(yīng)第22天時(shí)升高到7.39。因?yàn)殡S著黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間的延長,廢水的有機(jī)物濃度在不斷降低,使得產(chǎn)甲烷菌的活力下降,產(chǎn)氣速度減慢,pH值增長就隨之減慢。

從圖4可以看出,在中溫條件下,經(jīng)過31d的黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵,柑橘皮總產(chǎn)沼氣量為11029mL。從圖4看,在發(fā)酵的前16d,總產(chǎn)氣量已經(jīng)占整個(gè)過程總產(chǎn)氣量的91.26%左右,說明柑橘皮的大量降解主要發(fā)生在發(fā)酵過程前16d時(shí)間段內(nèi)。圖4還顯示,在試驗(yàn)初期,累計(jì)產(chǎn)氣量增長很快,主要是由于反應(yīng)開始時(shí)發(fā)酵底物濃度較高,微生物活性較強(qiáng)引起。隨著黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間的延長,有機(jī)物濃度下降,微生物活性減弱,累積產(chǎn)氣量增長就趨于平緩。

2.4柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣潛力及沼氣中甲烷含量測定

中溫條件下,柑橘皮經(jīng)過沼氣發(fā)酵,產(chǎn)沼氣潛力為1.05m3kgTS,詳見表3。從表3還可以看出,在發(fā)酵整個(gè)過程由于發(fā)酵體系的pH值始終保持在

6.48~7.39,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。因此在發(fā)酵過程中產(chǎn)  沼氣效率較高,而且沼氣中甲烷含量最高達(dá)69.5%  說明中溫條件下柑橘皮利用沼氣化方式處理是非常可行的。

3小結(jié)和討論

(1)本研究中的柑橘皮的Vs占Ts的95.25%  可見該物質(zhì)可生化性較好。  

(2)中溫條件下,對柑橘皮進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧消化法  可以得出1kg大約能產(chǎn)1.05m3的沼氣。司  柑橘皮利用沼氣化處理的方法是可行的,而且數(shù)較高。

(3)從沼氣中甲烷含量來看,柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發(fā)  產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量最大達(dá)69.50%。試驗(yàn)結(jié)果表明,柑橘皮非常適宜用黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵生物法進(jìn)行處理

(4)從整個(gè)發(fā)酵過程看,發(fā)酵液pH值一直處于6.48以上,系統(tǒng)運(yùn)行較好,所以發(fā)酵過程產(chǎn)甲烷含量較高。

摘自《中國沼氣》2018第三期 李淑蘭 劉萍 宋立

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