丁　利， 劉春梅， 周寶玉， 袁海榮， 李秀金

(北京化工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系， 北京　100029)

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醋渣和蘆葦混合厭氧消化產(chǎn)氣潛力測(cè)定

丁利， 劉春梅， 周寶玉， 袁海榮， 李秀金

(北京化工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系， 北京100029)

文章考察了醋渣和蘆葦?shù)幕旌蠀捬跸a(chǎn)氣潛力，以4%NaOH預(yù)處理前后醋渣、蘆葦、兩者混合物料進(jìn)行厭氧消化實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方差分析和修正Gompertz方程曲線擬合。結(jié)果表明：醋渣和蘆葦有較好產(chǎn)氣潛力，日產(chǎn)甲烷含量均可達(dá)58%，單位VS產(chǎn)沼氣量為286 mL·g-1VS和331 mL·g-1VS，二者的混合發(fā)酵TS和VS去除率可達(dá)45.9%和48.9%；與未預(yù)處理的醋渣厭氧消化相比，用4%NaOH預(yù)處理醋渣,或?qū)⒋自c蘆葦混合,或醋渣-蘆葦混合后再用4%NaOH處理，其厭氧消化均能明顯提升產(chǎn)氣性能。可使 T90分別縮短4天，6天和10天，單位VS產(chǎn)甲烷量提高30.6%，29.0%和53.2%，TS(VS)去除率提高18.7%(25.0%),38.4%(15.3%)和56.0%(32.2%)。

醋渣； 蘆葦； 混合厭氧消化； 甲烷

釀造食醋會(huì)產(chǎn)生大量殘?jiān)创自瑩?jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)醋渣年產(chǎn)量為120～175萬(wàn)噸[1]。醋渣一般被用于飼喂牲畜，但適口性差的缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致醋渣資源化利用率較低。蘆葦是白洋淀分布面積最大、最典型的水生植被，年產(chǎn)量可達(dá)12.8萬(wàn)噸[2]。蘆葦?shù)睦猛緩街饕窃旒?、建造人工濕地處理水污染和編織工藝品[2]，但水污染、二次污染和莖葉浪費(fèi)等問(wèn)題制約著蘆葦資源化利用的發(fā)展。

近年來(lái)，生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，原料日漸多樣化[3]，而國(guó)內(nèi)外將醋渣進(jìn)行厭氧消化獲取生物質(zhì)燃?xì)獾难芯枯^少[4]，以蘆葦為消化原料的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。有研究表明，醋渣含有豐富的粗蛋白、粗脂肪和粗纖維[1]，而蘆葦類似農(nóng)作物秸稈含豐富纖維素和木質(zhì)素[2]，二者可能是潛在厭氧消化原料。通過(guò)厭氧消化，可在處理醋渣和蘆葦?shù)耐瑫r(shí)，獲得生物質(zhì)燃?xì)?，?shí)現(xiàn)醋渣和蘆葦高效資源化利用。醋渣具有酸度大和難降解特點(diǎn)，蘆葦莖葉表面覆有蠟質(zhì)層，若直接將醋渣或蘆葦進(jìn)行厭氧消化可能會(huì)產(chǎn)生去除效率和能源回收率不高的問(wèn)題。何艷峰[5]等發(fā)現(xiàn)，NaOH預(yù)處理可有效提高底物降解率和產(chǎn)氣量，且NaOH能中和醋渣酸性；高健[6]等研究表明，不同原料混合厭氧消化可有效提高原料產(chǎn)氣性能。

因此，筆者利用4%NaOH預(yù)處理前后的醋渣、蘆葦、醋渣+蘆葦進(jìn)行厭氧消化實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)NaOH預(yù)處理和物料的影響進(jìn)行了差異顯著性分析，對(duì)各實(shí)驗(yàn)組的單位VS累積甲烷產(chǎn)量進(jìn)行了修正Gompertz方程[7]曲線擬合，探究了NaOH預(yù)處理和混合厭氧消化條件下醋渣和蘆葦?shù)漠a(chǎn)氣性能，為工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

醋渣和蘆葦分別取自山西某食醋釀造公司和白洋淀，經(jīng)自然風(fēng)干后粉碎備用。接種污泥取自北京順義區(qū)某沼氣站，靜置沉降后去除上清液，于4℃冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

原料基本性質(zhì)如表1所示。

表1　原料基本性質(zhì)　(%,以干基計(jì))

1.2實(shí)驗(yàn)方法

室溫條件下，使用4%NaOH[11]預(yù)處理醋渣(P1)，醋渣+蘆葦(1∶1 TS)(P2)，蘆葦(P3)3 d后進(jìn)行厭氧消化實(shí)驗(yàn)，以未預(yù)處理的醋渣(U1)，醋渣+蘆葦(1∶1 TS)(U2)，蘆葦(U3)進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，各實(shí)驗(yàn)組原料負(fù)荷采用65 gTS·L-1，污泥接種量為15 gMLSS·L-1，共進(jìn)行6組厭氧消化批式實(shí)驗(yàn)，每組3次重復(fù)。

實(shí)驗(yàn)裝置為小型自制厭氧消化反應(yīng)裝置，以藍(lán)蓋瓶作為消化反應(yīng)器，有效體積800 mL。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，通過(guò)恒溫水浴保持各實(shí)驗(yàn)組消化反應(yīng)器溫度35℃±1℃，消化時(shí)間取50 d。

1.3測(cè)定方法

原料及接種污泥的TS和VS分別采用標(biāo)準(zhǔn)方法[8]測(cè)量；各實(shí)驗(yàn)組日產(chǎn)氣量用排水法測(cè)定；氣體成分用氣相色譜(SP-2100)測(cè)定，TCD檢測(cè)器，進(jìn)樣器、檢測(cè)器和柱箱的溫度分別為140℃，150℃和150℃，載氣為氬氣。

1.4數(shù)據(jù)計(jì)算和分析

1.4.1數(shù)據(jù)計(jì)算

(1)

(2)

采用修正Gompertz方程[7](公式3)擬合單位VS累積產(chǎn)甲烷曲線，基于Gompertz方程求出厭氧消化過(guò)程延滯期。

(3)

式中，M為t時(shí)刻累積產(chǎn)甲烷量，mL·g-1VS；p為最終產(chǎn)甲烷量，mL·g-1VS；Rm為最大產(chǎn)甲烷速率，mL·d-1g-1VS；λ為延滯期，d。

1.4.2數(shù)據(jù)分析

用 IBM SPSS Statistics 19 軟件對(duì)各實(shí)驗(yàn)組累積產(chǎn)甲烷量進(jìn)行差異顯著性分析。

2　結(jié)果與討論

2.1日產(chǎn)氣量

各實(shí)驗(yàn)組日產(chǎn)氣量如圖1及圖2所示。由圖可知，各實(shí)驗(yàn)組均有3～4個(gè)產(chǎn)氣峰(第3個(gè)產(chǎn)氣峰多為產(chǎn)氣高峰)，日產(chǎn)氣量隨厭氧反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)最終趨于50 mL以下。NaOH預(yù)處理各實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)3個(gè)產(chǎn)氣峰出現(xiàn)時(shí)間比未預(yù)處理各實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)均明顯提前，其中第2個(gè)產(chǎn)氣峰可提前2～6 d，NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣峰峰高也明顯提高，其中第1個(gè)產(chǎn)氣峰值提高17.4%～50.8%。相比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組U2，NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組P2第3個(gè)產(chǎn)氣峰(產(chǎn)氣高峰)出現(xiàn)時(shí)間為20 d，比實(shí)驗(yàn)組U2(25 d)提前7 d，峰高為1000 mL，比實(shí)驗(yàn)組U2(570 mL)提高75.4%?；旌蠀捬跸瘜?shí)驗(yàn)組(P2和U2)產(chǎn)氣峰出現(xiàn)時(shí)間比單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣峰出現(xiàn)時(shí)間均提前，混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣峰變化(峰高和持續(xù)時(shí)間)比單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣峰變化穩(wěn)定，其中實(shí)驗(yàn)組U2產(chǎn)氣峰出現(xiàn)時(shí)間較實(shí)驗(yàn)組U1產(chǎn)氣峰出現(xiàn)時(shí)間縮短7 d，峰高提高160.9%。NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化對(duì)產(chǎn)氣性能提高更為顯著，NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2)第3個(gè)產(chǎn)氣高峰出現(xiàn)時(shí)間為20 d，比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1)可提前11 d，峰值提高269.6%。

圖1　4%NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化日產(chǎn)氣量

圖2　未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化日產(chǎn)氣量

2.2甲烷含量

各實(shí)驗(yàn)組甲烷含量隨時(shí)間變曲線見(jiàn)圖3及圖4，曲線呈由低到高的變化趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到一定含量，圍繞其上下波動(dòng)，最高可達(dá)58%以上，直到消化過(guò)程結(jié)束。NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)甲烷含量比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)甲烷含量明顯提高，其中實(shí)驗(yàn)組P1甲烷含量可達(dá)76%，比實(shí)驗(yàn)組U1甲烷含量提高31.0%。厭氧消化后期，醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)甲烷含量明顯高于醋渣+蘆葦混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)，蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P3和U3)甲烷含量則最低。

圖3　4%NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化日產(chǎn)甲烷含量

圖4　未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化日產(chǎn)甲烷含量

通常用產(chǎn)氣甲烷體積百分含量判斷甲烷化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)與否，認(rèn)為當(dāng)甲烷含量≥50%時(shí)，甲烷化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)[10]。在研究中， NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)甲烷化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)出現(xiàn)時(shí)間比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)提前約2 d；混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)甲烷化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)出現(xiàn)時(shí)間比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)提前約7 d，比蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)晚1 d；NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化(P2)比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化(P1和U1)可使甲烷化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)出現(xiàn)時(shí)間提前8 d。

2.3累積產(chǎn)甲烷量

各實(shí)驗(yàn)組累積產(chǎn)甲烷量曲線見(jiàn)圖5及圖6，累積產(chǎn)甲烷量變化均呈“S”形增長(zhǎng)規(guī)律，即前期累計(jì)產(chǎn)氣量緩慢增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)快速增長(zhǎng)階段后進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段，最終趨于穩(wěn)定。NaOH預(yù)處理各實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)累積產(chǎn)甲烷量比未預(yù)處理各實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)累積產(chǎn)甲烷量提高16.3%～30.7%；混合厭氧消化(P2和U2)累積產(chǎn)甲烷量比醋渣單獨(dú)厭氧消化(P1和U1)累積產(chǎn)甲烷量提高22.2%～34.4%，與蘆葦單獨(dú)厭氧消化(實(shí)驗(yàn)組P3和U3)累積產(chǎn)甲烷量接近；NaOH預(yù)處理+混合消化(實(shí)驗(yàn)組P2)使累積產(chǎn)甲烷量比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化提高59.6%。利用 IBM SPSS Statistics 19 軟件對(duì)各實(shí)驗(yàn)組累積產(chǎn)甲烷量進(jìn)行方差分析，可得到NaOH預(yù)處理和混合物料均能顯著影響厭氧消化產(chǎn)氣性能(P物料=0.011<0.05， PNaOH預(yù)處理=0.008<0.05)。

實(shí)際工程中一般以T90作為厭氧消化周期的參考指標(biāo)，T90是完成一個(gè)厭氧消化周期總產(chǎn)氣量90%時(shí)的時(shí)間[10]。各實(shí)驗(yàn)組T90為29～39 d，NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組T90比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組T90均提前，其中實(shí)驗(yàn)組P1的T90比實(shí)驗(yàn)組U1的T90提前4 d；混合厭氧消化可有效縮短各實(shí)驗(yàn)組T90，混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)T90比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)T90提前6 d，比蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P3和U3)T90提前2～5 d；NaOH預(yù)處理+混合消化對(duì)縮短T90效果比NaOH預(yù)處理或混合消化更明顯，NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)T90比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1)T90提前10 d。各實(shí)驗(yàn)組T90中，NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)T90最小，為29 d。當(dāng)厭氧消化時(shí)間為29 d時(shí)，實(shí)驗(yàn)組P2累積產(chǎn)甲烷量為7949 mL，比NaOH預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組P1累積產(chǎn)甲烷量(5799 mL)提高37.1%，比NaOH預(yù)處理蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組P3累積產(chǎn)甲烷量(7369 mL)提高7.9%；比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組U1累積產(chǎn)甲烷量(2751 mL)提高188.9%。

圖5　4%NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化累積產(chǎn)甲烷量

圖6　未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組厭氧消化日產(chǎn)甲烷含量

2.4單位TS和VS產(chǎn)氣性能和理論產(chǎn)甲烷能力

各實(shí)驗(yàn)組單位TS(VS)產(chǎn)氣水平及TS(VS)去除率比較如表2所示，相比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)，NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)單位TS(VS)產(chǎn)氣量提高11.7%～25.8%(11.4%～26.0%)，單位TS(VS)產(chǎn)甲烷量提高15.6%～30.2%(15.7%～30.6%)；相比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)，混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)單位TS(VS)產(chǎn)氣量提高26.2%～58.8%(21.3%～52.9%)，單位TS(VS)產(chǎn)甲烷量提高22.5%～59.4%(17.3%～53.2%)。混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)單位TS(VS)產(chǎn)氣性能近似于蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P3和U3)，分析原因?yàn)榇自岫却?，降低混合原料堿度和緩沖性，影響甲烷化反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組甲烷產(chǎn)量較蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組甲烷產(chǎn)量略低。

表2　各厭氧消化實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)氣性能比較

各實(shí)驗(yàn)組計(jì)算得到Buswell方程[9]、理論單位VS產(chǎn)甲烷量和實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比見(jiàn)表3，由表可知，NaOH預(yù)處理可明顯提高各實(shí)驗(yàn)組實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比，NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)提高15.7%～33.9%；混合厭氧消化可明顯提高各實(shí)驗(yàn)組實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比，混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)提高31.0%～43.8%；NaOH預(yù)處理+混合消化對(duì)各實(shí)驗(yàn)組實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比提升效果更為顯著，NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1)實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比提高70.7%。

表3　理論產(chǎn)甲烷能力及實(shí)際產(chǎn)甲烷量占比分析

陳志遠(yuǎn)[4]等的研究中醋渣TS(VS)去除率為24.2 %(34.3%)，筆者實(shí)驗(yàn)以醋渣為原料的實(shí)驗(yàn)組(U1，P1和P2)的TS(VS)去除率比陳志遠(yuǎn)的研究均有提高，NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)的TS(VS)去除率提高效果最為明顯，提高89.8%(42.4%)。

NaOH預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)的TS和VS去除率比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)均有提高，TS去除率提高10.3%～18.7%，VS去除率提高10.2%～25.0%；混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)的TS(VS)去除率比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)均有提高，TS去除率提高31.5%～38.4%，VS去除率提高5.8%～15.3%； NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1)的TS(VS)去除率提高56.0%(32.2%)，單獨(dú)預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組。對(duì)比陳志遠(yuǎn)[4]等的研究結(jié)果可知：相比38℃±1℃條件，在35℃±1℃條件下進(jìn)行厭氧消化，醋渣TS和VS去除率提高；4%NaOH預(yù)處理、混合厭氧消化和4%NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化均能提高醋渣的TS(VS)去除率，且4%NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化提升效果較好。

2.5單位VS累積產(chǎn)甲烷曲線擬合

為進(jìn)一步探究醋渣和蘆葦厭氧消化產(chǎn)氣性能，確定NaOH預(yù)處理和混合厭氧消化影響作用，用修正的Gompertz方程[7]對(duì)各實(shí)驗(yàn)組的單位VS累積產(chǎn)甲烷量進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖7所示，擬合參數(shù)見(jiàn)表4。

擬合得到的單位VS累積產(chǎn)甲烷量能反映厭氧消化系統(tǒng)對(duì)底物的能量回收能力，是一個(gè)兼具技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的綜合指標(biāo)，對(duì)于實(shí)際的工程應(yīng)用有很重要的意義。由擬合結(jié)果可知，NaOH預(yù)處理、混合厭氧消化和NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化可明顯提高厭氧消化系統(tǒng)對(duì)底物能力量回收，且NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化對(duì)促進(jìn)底物能量回收效果最明顯。NaOH預(yù)處理醋渣實(shí)驗(yàn)組(P1)底物能量回收比未預(yù)處理醋渣實(shí)驗(yàn)組(U1)提高25.0%?；旌舷瘜?shí)驗(yàn)組(P2和U2)底物能量回收比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)提高20.7%～50.9%，比蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組高3.3%～29.1%。擬合結(jié)果顯示，NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2)單位VS累計(jì)產(chǎn)甲烷量最高，為193.12 mL，比未預(yù)處理醋渣厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1，單位VS累計(jì)產(chǎn)甲烷量為128.01 mL)提高50.9%。

圖7　各實(shí)驗(yàn)組厭氧消化過(guò)程累積產(chǎn)甲烷量的修正Gompertz方程擬合曲線

NaOH預(yù)處理組實(shí)驗(yàn)組(P1～P3)最大產(chǎn)甲烷速率比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組(U1～U3)提高21.4%～41.1%?；旌舷瘜?shí)驗(yàn)組(P2和U2)最大產(chǎn)甲烷速率比蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P3和U3)提高2.8%和17.2%，比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)略低，分析原因可能是蘆葦更易于降解，消化后期醋渣底物濃度較高，出現(xiàn)醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組最大產(chǎn)甲烷率比混合消化實(shí)驗(yàn)組略高現(xiàn)象，這與日產(chǎn)氣量規(guī)律相適應(yīng)。

表4　修正Gompertz方程的模型參數(shù)

注：Rm代表最大產(chǎn)甲烷速率，λ代表延滯期。

延滯期會(huì)明顯影響厭氧消化時(shí)間長(zhǎng)短，各實(shí)驗(yàn)組延滯期為4.46～21.31 d。NaOH預(yù)處理可明顯縮短延滯期，其中NaOH預(yù)處理組實(shí)驗(yàn)組P1延滯期為15.06 d，比未預(yù)處理實(shí)驗(yàn)組U1延滯期(21.31 d)減少6.25 d；混合厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P2和U2)延滯期比醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1)提前10.60～15.51 d，與蘆葦單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(P1和U1) 延滯期近似；NaOH預(yù)處理+混合消化對(duì)縮短延滯期效果更為顯著，NaOH預(yù)處理+混合消化實(shí)驗(yàn)組(P2)延滯期比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化實(shí)驗(yàn)組(U1)提前16.85 d。

通過(guò)對(duì)擬合得到的單位VS累計(jì)產(chǎn)甲烷量、最大產(chǎn)甲烷速率和延滯期數(shù)據(jù)的分析可知，NaOH預(yù)處理原料、混合厭氧消化和NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化均利于醋渣厭氧消化產(chǎn)氣性能的提高，且NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化提升效果更佳。

3　結(jié)論

(1)在恒溫35℃±1℃下進(jìn)行厭氧消化，醋渣、蘆葦均有較好的產(chǎn)氣潛力，日產(chǎn)甲烷含量可達(dá)58%以上，單位VS產(chǎn)氣量為227～347mL·g-1，單位VS產(chǎn)甲烷量為124～190 mL·g-1，TS去除率為29.4%～45.9%，VS去除率為37.0%～48.9% 。

(2)相比未預(yù)處理醋渣單獨(dú)厭氧消化，4%NaOH預(yù)處理、混合蘆葦進(jìn)行厭氧消化和NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)甲烷體積提高30.7%，34.4%和59.6%，單位TS(VS)產(chǎn)甲烷量提高30.2%(30.6%)，59.4%(53.2%)和59.4%(53.2%)；相比未預(yù)處理蘆葦單獨(dú)厭氧消化，4%NaOH預(yù)處理和NaOH預(yù)處理+混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)甲烷體積提高16.3% 和15.0%，單位TS(VS)產(chǎn)甲烷量提高15.6%(15.7%)和15.0%(19.5%)，

混合醋渣厭氧消化比蘆葦單獨(dú)厭氧消化產(chǎn)氣性能略低。

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Anaerobic Co-digestion of Vinegar Residue and Phramites Australis /

DING Li， LIU Chun-mei， ZHOU Bao-yu， YUAN Hai-rong， LI Xiu-jin /

(Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)

The performance of anaerobic digestions using vinegar residue,Phramitesaustralis, and the mixture of the two materials, before and after 4% NaOH pretreatment, have been determined in this work. The experimental datum were analyzed by variance analysis and the modified Gompertz Equation. The results showed that both vinegar residue andPhramitesaustralishad good biogas production potential with methane content more than 58%. The biogas yields per gram of VS were 286 mL and 331mL respectively. Comparing with the digestion of vinegar residue without pretreatment of 4% of NaOH, the digestion of vinegar residue pretreated with 4% of NaOH, the co-digestion of vinegar residue andPhramitesaustralis, and the co-digestion with pretreatment of 4% of NaOH, all had the better biogas production, increasing methane production by 30.6%, 29.0% and 53.2%, shortening T904 days, 6 days and 10 days, and TS(VS) removal rate increased by 18.7% (25.0%), 38.4% (15.3%) and 56.0% (32.2%), respectively. The TS, VS removals rate of co-digestion pretreated with 4% of NaOH could reach 45.9% and 48.9%.

vinegar residue;Phramitesaustralis; anaerobic co-digestion; methane production

2015-09-28

2016-02-26

項(xiàng)目來(lái)源： 內(nèi)蒙古自治區(qū)重大科技專項(xiàng)(2060901)

丁利(1990-)，男，山東臨沂人，研究方向?yàn)楣虖U與生物燃?xì)猓珽-mail: dingli2496383@163.com

李秀金，E-mail: xjli@mail.buct.edu.cn

S216.4; X7

A

1000-1166(2016)05-0032-06