柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响研究

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响研究朱江，云斯宁，杜婷婷，黄欣磊（西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西西安710055）摘要：文章研究了柠檬酸添加量对牛粪中温（35±1℃）厌氧发酵产沼气的日产气量、累积产气量、pH值以及COD降解率等的影响。结果表明：添加适量的柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气具有显著的促进作用，0.6%的柠檬酸添加量取得了最高日产气量38.46mL/g（VS）；

2、0.7%的柠檬酸添加量取得了最高累积产气量545.48mL/g（VS）；0.3%的柠檬酸添加量可以大幅提高COD去除率，达到了34.5%；随着柠檬酸添加量的增加，第二次产气高峰依次推迟，pH值从6.76逐渐降低到5.41，当柠檬酸添加量为0.9%时，pH值达到5.57。该研究结果为牛粪厌氧发酵规模化沼气工程的高效运行提供了技术参考。关键词：牛粪；厌氧发酵；柠檬酸；沼气生产；生物质中图分类号：TK6；S216.4文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1861-05DOI:10.1

3、3941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0180引言食品、化工、环保、禽畜生产以及医药等领域都发厌氧发酵技术是目前处理有机垃圾最为有效挥着重要作用。本文以新鲜牛粪为发酵原料，在中的途径之一，能将农林废弃物、生活垃圾、禽畜粪温条件下添加不同剂量的柠檬酸，旨在考察柠檬便等变废为宝，从而再次被人们所利用。通过厌氧酸对沼气厌氧消化过程的影响。发酵技术，不仅解决了有机垃圾的污染问题，而且1材料和方法还能产生清洁能源———沼气。1.1试验材料为了有效解决目前厌氧发酵生产沼气技术存发酵原料：

4、新鲜牛粪，取自西安市周边某牧在冬季产气率低、供气不稳定、甲烷含量不高、发场，室温下密封驯化7d，干物质含量（TS）为酵周期偏长等一系列问题，除了应用各种高效的15.95%，挥发性固含量（VS）为12.35%。预处理手段以及先进的发酵设备外，在料液中加接种物：取自西安市某污水处理厂的初沉池入各种能够对厌氧发酵产生积极作用的外源添加污泥，总悬浮固含量（TSS）为16384mg/L，挥发性剂，也是目前世界各国的科研人员研究的热点。催悬浮固含量（VSS）为8192mg/L，pH值为7.2～7.7。化剂的种类

5、很多，包括一些促进水解的酶类、无机添加剂：国产分析纯（AR）级一水柠檬酸，分盐、有机物以及一些微生物等。吕淑霞研究发现，子式为C6H8O7·H2O，含量≥99.5%。添加3g/kg的固体纤维素酶和30U/kg的液体纤1.2试验装置[4]维素酶，甲烷产率可分别提高52%和88%。刘娟如图1所示，本试验采用单级批式厌氧发酵娟研究发现，以猪粪为原料，分别添加1g草木灰沼气和5g酒糟，累积产气量和甲烷含量都相应提[7]高。MalikRK研究发现，添加尿素和磷酸氢二铵[8]能将沼气产量提高8%~11%。Mad

6、amwarD在厌氧发酵系统中加入10g/L的商用果胶，最大产[11]气量增加了150%，甲烷含量可达65%。恒温水浴箱加热元件发酵瓶集气瓶集水瓶柠檬酸作为一种优良的螯合剂，可以有效改图1恒温厌氧发酵装置善物质表面活性，提高蛋白质消化率，对菌群繁Fig.1Anaerobicfermentationdigesterwith殖、发酵效率和底物转化均产生积极的影响，其在constanttemperature收稿日期：2015-04-20。基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD47B02）资

7、助。通讯作者：云斯宁（1974-），男，教授，博士生导师，研究方向为可再生能源的清洁利用。E-mail：Alexsyun1974@aliyun.com·1861·可再生能源2015，33（12）工艺，发酵反应器为工作容积400mL的广口瓶，产气高峰期在发酵开始后的第5～8天，且最高日集气装置为500mL的锥形瓶，反应器与集气瓶分产气量为0.6%以及0.7%柠檬酸组，分别达到别用橡胶塞封口并通过玻璃管与橡胶管密封联38.46mL/g（VS）以及38.26mL/g（VS），而对照组通，用小口塑料瓶作为集

8、水装置。将反应器置于的最高日产气量仅为29.35mL/g（VS）。这是因为HH-600型恒温数显水箱内，调节水箱工作温度在发酵开始阶段，整个系统环境处于调整阶段，加至36℃，以维持水箱内实际环境温度为35±1℃。入的柠檬酸作为额外的营养来源提供给微生物消1.3试验设计化，使得产甲烷菌处于活性较高的状态，产气量也根据牛粪以及污泥的固含量，将发酵料液总随之增加。但是柠檬酸含量较高的0.5%～0.9%组固含量配制为6%，其中牛粪质量占30%，污泥质在初次达到高峰期后立即转入