杂交狼尾草与猪粪混合发酵产甲烷研究

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015杂交狼尾草与猪粪混合发酵产甲烷研究11231李兵，郑晓伟，肖佳旭，刘刚金，刘永兵（1.轻工业环境保护研究所，北京100089；2.北京中轻科林环境技术中心，北京100089；3.碧普华瑞环境技术（北京）有限公司，北京100027）摘要：以杂交狼尾草和猪粪为原料，分别设置草粪质量比为1∶0，0∶1，2∶1，1∶1，1∶2混合物料，于35℃中温厌氧消化，研究其产甲烷性能；以产气性能最好实验组的产气数据为样本，对比分析了指数平滑法在不同平滑系

2、数α取值时的产气预测效果。结果显示：杂交狼尾草与猪粪混合发酵能够显著提高产气率和VS去除率，其中，草粪质量比为2∶1时产气效果最好，单位VS产气率为297.43mL/g（VS），相比狼尾草和猪粪单一物料甲烷产率分别提高28.85%和21.73%，总固体、挥发性固体的去除率分别为7.69%和23.71%，两种物料混合发酵能够提高VS去除率。以时序预测中的指数平滑方法对草粪质量比为2∶1样品的产气数据进行建模，其拟合检验结果显示，当平滑系数α取0.9时，预测的均方根误差和均方误差分别为0.6380和0.4070，对产气过程可进行较准确的预测。关键词：狼尾草；猪

3、粪；厌氧；指数平滑中图分类号：TK6；S216.4文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）06-0902-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.0160引言鲜草，采后将整株鲜草存放于4℃恒温样品库保近年来，为了广辟原料来源，丰富沼气工程工存备用。猪粪采自北京市怀柔区九度河镇团泉村艺类别，促进沼气工程快速发展，我国有计划地加养殖户干清猪粪便，样品呈风干状态，采后将杂大了秸秆沼气工程的投资扶持力度和工程数量规草、麻绳等杂物去除后人工碾碎混匀，并放密封袋[1]模。相对于单一物料的厌氧发酵，混合物料的厌于4

4、℃恒温样品库保存备用。接种污泥来自高浓氧发酵具有调节底物营养、缓冲体系酸环境、优化度有机废水厌氧资源化技术北京市国际科技合作底物C/N比等优势，将成为厌氧发酵技术的重要基地驯化良好的厌氧污泥。实验前将猪粪样品和[2]发展方向。能源草作为一种重要的能源植物，欧经ZN-20L型机械粉碎机粉碎后的狼尾草以及接美发达国家对其进行了深入研究并已经大规模应种污泥分别进行总固体（TS）、挥发性固体（VS）含[3]，[4]用于生物质能源生产，将粪便与秸秆或杂草混量测试，物料和接种污泥理化性质分析如表1所合发酵制取沼气是解决当前发酵原料问题的主要示。手段。杂交狼尾草是暖季型

5、禾本科狼尾草属多年表1物料和接种污泥指标生草本植物，具有产量高、抗逆性强、较耐盐、对土Table1Physicochemicalindexofmaterialandsludge壤要求不高的特点，近年来被广泛种植并应用于名称含水率/%TS含量/%VS含量/%畜禽养殖[5]、水土保持[6]等领域，其作为能源草被杂交狼尾草90.199.818.02猪粪29.5670.4456.23应用于厌氧产沼气领域鲜见文献报道。接种污泥97.642.361.60本文以杂交狼尾草和猪粪为原料，设置草粪物料质量比为1∶0，0∶1，2∶1，1∶1，1∶2进行厌氧发酵，1.2实验装置

6、研究不同比例的混合物料产甲烷规律，以期为以本实验采用瑞典产全自动甲烷潜力测试系统狼尾草和猪粪为原料制取沼气的工程提供参考。（AMPTS）进行批式中温厌氧消化实验，如图1所[7]1材料与方法示，设备主要由3部分组成：发酵单元，含恒温1.1实验材料水浴、15组500mL的玻璃反应瓶，采用机械搅实验所用杂交狼尾草采自海南省海口市琼山拌，转速控制在42~98r/min；CO2吸附单元，与15区红旗镇苏训三村，样品为种植3个月后收割的组反应器一一对应，使用80mL3mol/L的NaOH收稿日期：2014-11-04。基金项目：国家自然科学基金资助项目（2013070

7、66）；北京市自然科学基金资助项目（8144045）。作者简介：李兵（1979-），男，副研究员，主要从事高浓度有机废水厌氧消化和自动化控制技术研究工作。E-mail：13581936587@163.com·902·李兵，等杂交狼尾草与猪粪混合发酵产甲烷研究溶液作为CO2吸附剂，并以百里酚酞作为pH指1.4测试方法示剂；计量与数据处理单元，采用气液置换法测量TS，VS含量采用重量法测定。甲烷产量通过甲烷流量，15个微量气体流量计（flowcell）对应排水法测定，发酵瓶内产生的气体在进入AMPTS15个反应瓶，微量流量计浸没于水下，每当微量的UnitC单元

8、前，先经过NaOH溶液将其中的气体流量计内甲烷气体累积至10mL时