安 雷 朱洪光 陳小華

摘要以互花米草、稻草和麥草為原料,采用常溫單相厭氧發(fā)酵工藝,進行厭氧發(fā)酵產沼氣試驗,結果表明:互花米草是一種較好的發(fā)酵原料,其TS產氣率可以達到0.20～0.23L/g;互花米草對反應溶液的酸堿度有一定的緩沖能力,使發(fā)酵液不會出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。

關鍵詞互花米草;厭氧發(fā)酵;沼氣

中圖分類號 S51 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0229-01

互花米草(Spartina alterniflora Loisel)屬禾本科米草屬多年生濕生草本植物,原產于北美洲大西洋沿岸[1]。20世紀80年代初引入我國用于保灘護岸,改良土壤,綠化海灘和改善海灘的生態(tài)環(huán)境。但因其有很強的生命力和繁殖能力,致使其在我國沿海分布范圍不斷擴大,給沿海地區(qū)帶來一系列的危害[2]。為減小互花米草對我國沿海生態(tài)環(huán)境造成的危害,一些研究者提出了包括物理、化學和生物等不同的解決方法[3-5],但就目前情況看,效果并不是十分理想。互花米草是一種生物質資源,如果它能像麥草、稻草等其他纖維素生物質能源一樣用于厭氧消化產沼氣,那么不僅能為互花米草的治理提供一個新思路,而且能變害為寶。為此,開展了以互花米草、稻草和麥草為原料用于厭氧消化產沼氣的研究,一方面研究互花米草用于厭氧消化產沼氣的可行性;另一方面對比互花米草與稻草、麥草產氣的潛力。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗原料為互花米草、稻草和麥草?；セ撞莶勺陨虾Ｊ心蠀R區(qū)東海海灘的互花米草鹽沼,稻草和麥草采自安徽省蒙城市。原料采集后放置于實驗室,在自然條件下風干,風干后用切紙刀切成2～3cm的小段,用于厭氧發(fā)酵產沼氣試驗。接種物取自上海市松江污水處理廠的厭氧消化塔處理后的脫水污泥。原料物理化學性質見表1。

1.2試驗裝置和方法

采用批量發(fā)酵方式進行,試驗裝置由發(fā)酵裝置、氣體收集裝置和連接管道共同構成(圖1)。發(fā)酵裝置由透明樹脂玻璃加工而成,分上下2個分體,通過法蘭連接,其中下分體為投料區(qū),上分體為集氣區(qū)。下分體口沿設置活動格柵用于防止互花米草漂浮,避免發(fā)酵過程中發(fā)酵料表面結殼。定期用計量裝置進行氣體體積計量。

由于試驗旨在初步研究互花米草對比于其他原料厭氧消化的可行性,因此試驗以原料的不同分為3組,同時設置一個空白參比組。發(fā)酵溫度為常溫,即將試驗組的發(fā)酵裝置直接放置于實驗室內,使其反應溫度隨室內環(huán)境溫度變化而變化。試驗開始前,先在每組反應器的下分體中,各投加風干原料250g,并添加2%尿素用于調整C/N,投料同時投加接種物800g。然后連接反應器上下分體,進行密封。空白參比組只投加800g接種物,不投加原料,用于校正接種物有機質對試驗產氣的影響。

試驗前先對原料和接種物進行物理化學成分測定,測定方法均按照標準方法測定[6]。試驗開始后,每天分別測量3組試驗裝置的產氣量,產氣量通過試驗裝置中的氣體計量進行測定?？瞻讌⒈冉M因每日產氣量非常少,因此僅在試驗結束后,進行總產氣量測定。

2結果與分析

試驗的反應周期為50d。3組反應的日產氣量隨時間變化的結果見圖2?？梢钥闯?常溫條件下,稻草試驗組和麥草試驗組的產氣量在整個實驗周期內波動都比較大,而互花米草試驗組在反應初始階段日產氣量也有一定波動,但隨著產氣峰值的出現(xiàn),日產氣量趨于穩(wěn)定。3組試驗總產氣量分別為:互花米草27 295mL;稻草22 455mL;麥草22 140mL。

3討論

3.1互花米草厭氧消化可行性及其產氣潛力分析

互花米草主要化學成分的含量與稻草、麥草比較接近,因此從這個角度分析互花米草厭氧發(fā)酵的規(guī)律與其他禾稈類原料類似。互花米草TS產氣率達到0.20～0.23L/g,與其他(下轉第238頁)

(上接第229頁)

生物質原料相比TS產氣率相差不多,甚至優(yōu)于某些生物質原料,表明互花米草是一種厭氧消化產沼氣較好的生物質原料,其用于厭氧消化轉換的途徑是可行的?；セ撞菰谖覈睾７植紡V泛,截止到2008年,分布總面積達到34 451 hm2,如果將這些互花米草全部用于產沼氣,將是一筆巨大的生物質能源。由此可見,互花米草蘊含著非常龐大的生物質能源,資源開發(fā)潛力巨大。

3.2互花米草產氣量分析

雖然互花米草試驗組的峰值產氣量比稻草試驗組和麥草試驗組出現(xiàn)得遲,但在整個試驗周期內,除了開始階段,其日產氣量都比較穩(wěn)定。開始階段出現(xiàn)波動可能是因為產酸菌大量繁殖,很容易迅速利用原料中的可溶性有機質產酸,而產甲烷細菌繁殖慢,很難及時分解大量的有機酸,導致酸積累[7]。之后又趨于穩(wěn)定,這可能是因為互花米草屬鹽沼植物,其體內含有一定的可溶性鹽類,這對反應溶液的酸堿度有一定緩沖能力,將有利于產甲烷菌群的繁殖生長。

4結論

試驗結果表明,相對于麥草和稻草,互花米草是一種用于沼氣發(fā)酵較好的原料,將其用于厭氧消化利用其生物質能源是一條可行的途徑?；セ撞葑鳛檎託獍l(fā)酵原料,對反應溶液的酸堿度有一定的緩沖能力,試驗過程中不需再添加堿度緩沖物質。

互花米草作為一種入侵物種,能夠用于厭氧發(fā)酵產沼氣,這將對互花米草的治理以及改善生態(tài)環(huán)境有著十分重要的作用和意義。

5參考文獻

[1] 仲崇信.米草生態(tài)工程在我國保灘護岸的作用[J].南京大學學報,1991 (11):63-68.

[2] 鄧自發(fā),安樹青,智穎飆,等.外來種互花米草入侵模式與爆發(fā)機制[J].生態(tài)學報,2006(8):2678-2686.

[3] 王卿,安樹青,馬志軍,等.入侵植物互花米草:生物學、生態(tài)學及管理[J].植物分類學報,2006(5):559-588.

[4] LYTLE J S,LYTLE T F. Atrazine effects on estuarine macrophytes Spartina alterniflora and Juncus roemerianus[J].Environmental Toxicology and Chemistry,1998(17):1972-1978.

[5] GREVSTAD F S,STRONG D R,GARCIA-ROSSI D, et al. Biolo-gical control of Spartina alterniflora in Washington using the planthopper Pokelisia marginata,agent specificity and early results[J].Biological contr-ol,2003(1):32-42.

[6] 賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京:中國輕工業(yè)出版,1998.

[7] 鄭元景,沈永明,沈光范.污水生物處理[M].中國建筑工業(yè)出版社,1988.