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從種植面積和產量來看,柑橘是水果之王。  2008年,全球生產柑橘面積達到6667百萬公頃,  產量達到1.1億t,其中我國柑橘產量達到2331萬  t,居世界首位。全球的柑橘消費主要分為鮮食  (55%)以及柑橘汁、罐頭加工(45%),柑橘在鮮食或者加工中產生的皮渣占果實的40%~60%,產量高達1000多萬+1。目前,國內外對柑橘皮渣的利用主要集中在提取功能1成分,直接作飼料2、土壤改良劑和生物轉化幾個方面3。柑橘皮渣提取功能成分的成本較高而制約了工業生產,直接作為飼料致使動物消化吸收不好,作為土壤改良劑的應用效果不明顯,而柑橘皮渣進行生物轉化應用著重在燃料-、酶制劑以及生產食品等行業,對柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發酵產沼氣研究報道很少。本文從柑橘皮的

特征成分入手,對柑橘皮的黑膜沼氣池厭氧發酵產甲烷港力選  行深入分析,進一步探索了柑橘皮黑膜沼氣池厭氧生物處理方法  的可行性,為柑橘皮的有效利用提供更廣闊的路徑。

1材料與方法

1.1供試材料與接種物  

試驗材料為柑橘皮,來自四川省成都市某菜市  場。主要特征成分見表1。接種物為簡陽市某沼氣  工程的黑膜沼氣池厭氧污泥,基本特性見表2。

1.2試驗裝置和處理  

試驗儀器有2000mL廣口瓶6個(用作發酵  瓶),500mL廣口瓶6個(用作集氣瓶),500mL三  角瓶6個(用作集水瓶)、橡膠塞大小各6個,共1個,水浴鍋,乳膠管以及玻璃管。

利用2000mL廣口瓶做發酵瓶,每個瓶中加入500mL黑膜沼氣池厭氧污泥,1000mL水。設3個試驗組,每個添加100g新鮮柑橘皮;設3個對照組,不添加任何物質。攪拌均勻,連接裝置,用橡皮塞封口。試驗溫度為中溫(35℃±2℃)。從試驗啟動的第2天開始,每天定時記錄日產氣量和pH值。每隔一定時間測量一次甲烷含量。

1.3分析方法  

干物質含量(總固體含量):烘干法6測定;產沼氣量:采用排水法收集沼氣;CH4含量:采用沼氣成分分析儀測量。

2結果與分析

柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發酵試驗利用水浴鍋加熱,穩定運行了約31天,產氣結束。

2.1柑橘皮黑膜沼氣池厭氧沼氣發酵日產氣量隨時間變化關系

柑橘皮從市場收取回來,一部分用于理化特性的測試,另一部分經過粉碎處理后進行黑膜沼氣池厭氧消化實驗,按圖1裝置連接。為了尋求柑橘皮產氣量與黑膜沼氣池厭氧消化時間之間的關系,在為期31天的黑膜沼氣池厭氧消化試驗中,對每天的產氣量和pH值進行測量和記錄

由圖2可知,柑橘皮在沼氣發酵過程中,日產氣  量在第3天達到高峰,即1210mL。究其原因,可能  是因為微生物接種到一個新的底物中,有一個延滯  期,在接種的第1天和第2天,微生物將主要進行有  機物的液化,所以第1天和第2天的產氣量明顯低  于第3天的產氣量。從發酵第4天開始,沼氣產量逐漸下降,到第23天產氣量只有49mL。這顯然是由于隨著消化時間的延長,有機物的含量降低,使得產氣量也隨著逐漸減少。此外,產氣量還與系統中硫酸鹽還原菌及反硝化細菌等的活動有關,這些細菌會與產甲烷菌爭奪碳源,從而使產氣量下降。

2柑橘皮黑膜沼氣池厭氧沼氣發酵液pH值隨時間變化關系

從消化液的pH值變化規律圖3來看,呈現出先小幅降低而后緩慢升高的趨勢。究其原因,黑膜沼氣池厭氧  消化過程可分為兩個階段,水解、產酸階段和產甲烷階段。在消化前期(0~3d),廢水中有機物在微生物作用下分解,主要進行水解和酸化反應,產生了定量的有機酸,導致系統的pH值有所偏低(從開始6.50降到6.48),在反應第3天達到最低6.48,可

能是因為反應系統中產甲烷、CO2等氣量較低導致。從黑膜沼氣池厭氧消化第4天開始,pH值緩慢增長,到反應第22天時升高到7.39。因為隨著黑膜沼氣池厭氧消化時間的延長,廢水的有機物濃度在不斷降低,使得產甲烷菌的活力下降,產氣速度減慢,pH值增長就隨之減慢。

從圖4可以看出,在中溫條件下,經過31d的黑膜沼氣池厭氧發酵,柑橘皮總產沼氣量為11029mL。從圖4看,在發酵的前16d,總產氣量已經占整個過程總產氣量的91.26%左右,說明柑橘皮的大量降解主要發生在發酵過程前16d時間段內。圖4還顯示,在試驗初期,累計產氣量增長很快,主要是由于反應開始時發酵底物濃度較高,微生物活性較強引起。隨著黑膜沼氣池厭氧消化時間的延長,有機物濃度下降,微生物活性減弱,累積產氣量增長就趨于平緩。

2.4柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發酵產沼氣潛力及沼氣中甲烷含量測定

中溫條件下,柑橘皮經過沼氣發酵,產沼氣潛力為1.05m3kgTS,詳見表3。從表3還可以看出,在發酵整個過程由于發酵體系的pH值始終保持在

6.48~7.39,系統運行穩定。因此在發酵過程中產  沼氣效率較高,而且沼氣中甲烷含量最高達69.5%  說明中溫條件下柑橘皮利用沼氣化方式處理是非常可行的。

3小結和討論

(1)本研究中的柑橘皮的Vs占Ts的95.25%  可見該物質可生化性較好。  

(2)中溫條件下,對柑橘皮進行黑膜沼氣池厭氧消化法  可以得出1kg大約能產1.05m3的沼氣。司  柑橘皮利用沼氣化處理的方法是可行的,而且數較高。

(3)從沼氣中甲烷含量來看,柑橘皮黑膜沼氣池厭氧發  產生的沼氣中甲烷含量最大達69.50%。試驗結果表明,柑橘皮非常適宜用黑膜沼氣池厭氧發酵生物法進行處理

(4)從整個發酵過程看,發酵液pH值一直處于6.48以上,系統運行較好,所以發酵過程產甲烷含量較高。

摘自《中國沼氣》2018第三期 李淑蘭 劉萍 宋立

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