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周雙雙，王昌梅，趙興玲，吳凱，楊斌，尹芳，柳靜，楊紅，張無敵
（云南師范大學，云南昆明650500）
摘要：以滿天星秸稈、康乃馨秸稈為實驗原料，在（30±1）℃條件下，采用全混合批量式發酵工藝對其進行厭氧發酵實驗。實驗結果表明，滿天星秸稈的產氣潛力分別為999mL/g（TS）和1118mL/g（VS），康乃馨秸稈的產氣潛力分別為1384mL/g（TS）和1507mL/g（VS）。
憑借得天獨厚的地理優勢，云南省已成為世界上最適宜鮮切花種植的三大區域之一[1]。據云南省農業廳花卉產業處統計：2018年1-3月，云南鮮切花種植面積達11267ha，同比增長7.6%；鮮切花產量達24.9億枝，同比增長2.3%，其中出口量為1.65億枝，出口額達6597.57萬美元。玫瑰、百合、康乃馨及滿天星等作為鮮切花優勢品種在云南的鮮切花交易量上占有很大的比例。然而大量鮮切花的生產帶來經濟效益的同時也引發了一系列的問題。花卉殘余秸稈的隨意拋棄不僅給環境帶來了污染，而且造成了生物質資源的浪費[2]。相關學者對花卉秸稈的厭氧發酵雖已有一些研究，但對康乃馨和滿天星秸稈的綜合研究鮮有報道。本實驗以滿天星秸稈和康乃馨秸稈為原料，采用中溫發酵的方法進行厭氧發酵，來探究其沼氣發酵的產氣潛力和特性，從而為今后利用沼氣工程處理廢棄花卉秸稈提供一定的參考依據。
1材料與方法
1.1發酵原料
原料：采用昆明斗南花卉市場廢棄的新鮮滿天星秸稈和康乃馨秸稈作為發酵原料。
接種物：以豬糞為原料，并在實驗室經過長期馴化得到的接種物。
1.2實驗材料預處理
將滿天星秸稈和康乃馨秸稈清理干凈后，切碎成小于2cm的小段，以便與接種物混合均勻。
1.3實驗裝置
采用實驗室自行設計的厭氧發酵裝置[3]。
1.4實驗設計
在（30±1）℃下進行中溫發酵實驗，實驗中設置實驗組和對照組，每組重復三個平行。實驗裝置中的料液配比如表1所示。
1.5分析檢測
（1）原料分析：采用沼氣發酵常規分析方法[4]。經測定滿天星秸稈TS為26.91%，VS為89.36%，康乃馨秸稈TS為24.52%，VS為91.82%，接種物TS為12.30%，VS為75.08%。
（2）發酵料液pH測定：采用精密pH試紙（5.5-9.0）測定發酵前后料液pH值。
（3）產氣量測定：排水集氣法收集沼氣[5]，根據排出水的體積計算每天產生的氣體體積.每天定時記錄各組裝置的產氣量。試驗結束后，綜合實驗數據進行產氣指標的分析，包括TS產氣率和VS產氣率。
（4）甲烷含量測定：采用福立9790Ⅱ型氣相色譜儀測定氣體中甲烷含量[6]。
2結果與分析
2.1發酵前后物料降解結果
滿天星和康乃馨秸稈發酵前后料液的TS和VS測定結果及降解情況如表2。
由表2可知，經厭氧發酵，原料的TS和VS都有一定程度的降低，這說明部分原料被微生物分解利用.原料的TS和VS降解程度均高于接種物，但康乃馨秸稈的VS降解程度更高。整個發酵系統的pH值在發酵后略有回升，可能是氨化作用產生的氨溶于水，中和了有機酸所致，但其值仍在適合產甲烷菌正常生長的pH范圍內[7]。
2.2產氣情況分析
2.2.1日產氣量
2種原料實驗組的日產氣量的變化曲線如圖1所示。從圖1可知，實驗組的發酵時間為46d，實驗啟動迅速，第1天就開始產氣。滿天星秸稈產氣量為40mL，康乃馨秸稈產氣量為50mL，此時發酵裝置所產生的氣體無法點燃.滿天星秸稈在第17、22和35天出現了產氣高峰，對應的產氣量分別為280、220和225mL。康乃馨在第11、16和36天有產氣高峰，峰值分別為340、250和310mL。從整體趨勢來看，兩者的日產氣量隨著時間的增加都呈現先增加后減小至零的規律。康乃馨秸稈最早到達產氣高峰，滿天星秸稈稍晚一些。
2.2.2甲烷含量
將滿天星秸稈和康乃馨秸稈整個厭氧發酵過程中所產氣體每3天測定一次甲烷含量，結果如圖2所示。
由圖2可知，在實驗期間，滿天星秸稈和康乃馨秸稈的甲烷含量最高可達60%以上。隨著時間的延長，甲烷含量都呈現升高的趨勢，增高到一定程度后略有下降.說明發酵原料在此階段逐漸分解，產甲烷菌的數量逐漸增加，表現一定程度的活躍性。在兩種原料的日產氣量達到產氣高峰時，對應的甲烷含量基本在50%以上。滿天星秸稈的甲烷含量增長的較為緩慢，而康乃馨秸稈的相對較快。
2.2.3累計產氣量
實驗組的累計產氣量隨發酵時間的變化情況如圖3所示。
由圖3可知，在整個厭氧發酵的過程中，滿天星秸稈的總產氣量為5378mL，康乃馨秸稈的總產氣量為6788mL.對于滿天星秸稈實驗組，第1-13天累計產氣量增長較快，之后增長速度變緩。滿天星秸稈在前36d的累計產氣量達到了總產氣量的80%以上，這說明在整個厭氧發酵周期內，滿天星秸稈產沼氣主要集中在前36d。對于康乃馨秸稈，累計產氣量的增長速率前期相對較緩，在出現第一個日產氣高峰后，累計產氣量幾乎保持一定的速率增長，與發酵時間呈線性關系。這說明在此階段微生物的活性較高，產氣效果最好。康乃馨秸稈在第37天也達到了總累計產氣量的80%以上。由此初步得出滿天星秸稈和康乃馨秸稈的水力滯留時間（HRT）分別為36和37d。
2.3不同發酵原料的產氣潛力分析
為進一步評價滿天星秸稈和康乃馨秸稈的發酵潛力，對發酵溫度在30℃下的不同秸稈的發酵時間及TS產氣率進行了統計（表3）。由表3可知，滿天星秸稈和康乃馨秸稈的TS產氣率都遠高于其他種類秸稈的TS產氣率，同時發酵時間遠短于麥稈、豆稈原料，而長于其他植物性原料。若將滿天星秸稈和康乃馨秸稈作為沼氣發酵的原料，可獲得較好的經濟收益。
3結論
（1）以滿天星秸稈和康乃馨秸稈為原料，在（30±1）℃下進行全混合批量式發酵實驗，發酵時間為46d，發酵啟動迅速。
（2）滿天星秸稈和康乃馨秸稈都是較好的沼氣發酵原料。滿天星秸稈TS產氣潛力為999mL/g，VS產氣潛力為1118mL/g；康乃馨秸稈TS產氣潛力為1384mL/g，VS產氣潛力為1507mL/g。
（3）在400mL的發酵系統中，滿天星秸稈凈產氣總量為5378mL，其中前36d累計產氣量超過總產氣量的80%以上。在工程設計上將水力滯留時間初步設為36d.康乃馨秸稈凈產氣總量為6788mL，前37d累計產氣量達到總產氣量的80%以上，工程設計上可初步設定水力滯留時間為37d。
參考文獻：
[1]陳名。云南花卉產業發展優勢研究[D].成都：西南財經大學，2016.
[2]楊紅，馬煜，張無敵，等.康乃馨秸稈發酵產沼氣潛力的實驗研究[J]。云南師范大學學報：自然科學版，2011，31（增刊2）：81-84.
[3]吉喜燕，林衛東，張無敵，等.鴿糞中溫發酵產沼氣潛力的實驗研究[J]。中國沼氣，2015，33（3）：51-55.
[4]張無敵，宋洪川，尹芳，等.沼氣發酵與綜合利用[M].昆明：云南科技出版社，2004.
[5]王江麗，李為，嚴波，等.棉桿沼氣發酵潛力的研究[J].浙江農業科學，2009（1）：183-186.
[6]李軍。氣相色譜儀在氣體組分分析中的應用[J].儀器儀表用戶，2013，20（5）：64-67.
[7]白娜，符征鴿，梅自力，等.茶渣沼氣發酵潛力研究[J].中國沼氣，2011，29（3）：20-23.
[8]蘇有勇，張無敵。馬蹄蓮秸稈厭氧發酵產沼氣的研究[J].農業與技術，2003，23（6）：53-57.
[9]郭成，張無敵，尚朝秋，等。甜高粱發酵產沼氣的試驗研究[J].河南農業大學學報，2017，51（5）：683-687.
[10]楊紅，許玲，張無敵，等.玫瑰秸稈產沼氣潛力的試驗研究[J].湖北農業科學，2013，52（17）：4086-4089.
[11]馮茵菲，丘凌，王曉曼，等.葵盤、麥稈和豆稈中溫厭氧發酵產氣潛力及特性[J].西北農業學報，2009，18（3）：361-364.
[12]張嘯，楊斌，馬煜，等。香蕉稈厭氧發酵產沼氣的研究[J].云南師范大學學報，2011，31（增刊2）：119-121.
[13]羅彬，李寧，王棟，等。油菜秸稈厭氧消化產沼氣特性研究[J].環境科學與技術，2014，37（12）：193-198.
[14]吉喜燕，林衛東，張無敵，等。勿忘我花稈發酵產沼氣的實驗研究[J].新能源進展，2014，2（5）：358-363. |
