水生植物厌氧发酵产沼气研究及其产气模型的构建

摘要

水生植物具有良好的水质净化效果，在富营养化水体的生物修复中应用广泛，但生长繁殖速度过快，易腐烂分解，造成水体的二次污染。若将水生植物看作一种高产的能源植物，用厌氧发酵技术加以利用，可制取清洁能源。本文将选取一些水生植物进行生化成分测定和厌氧发酵实验，探索其作为沼气发酵原料的可行性，并分析植物成分对其厌氧发酵过程的影响；对香蒲厌氧发酵过程的接种率、料液浓度等工艺条件进行优化。主要的结论如下：
　　 (1)从美人蕉和香蒲的厌氧发酵实验得出，增加接种量和原料添加量、粉碎以及选取合适的接种物都能明显提升产气效果，表现为：产气稳定性增强，产气周期延长，产气量增加。
　　 (2)木质纤维素、碳水化合物以及蛋白质是水生植物的主要有机成分，原料的可生物性较好。各水生植物在37℃的产气率分别为：香蒲513.23mL·g-1VS、香菇草539.09mL·g-1VS、再力花577.96mL·g-1VS、菖蒲508.95mL·g-1VS、美人蕉555.05mL·g-1VS、紫芋629.41mL·g-1VS、梭鱼草473.09mL·g-1VS，可以作为良好的厌氧发酵原料。
　　 (3)香蒲和紫芋的C/N分别为18.59和16.97，理论产沼气潜力分别为969.2lmL·g-1VS和897.69mL·g-1VS，厌氧降解率分别为52.95％和70.11％。
　　 (4)本实验对发酵原料木质纤维素含量与厌氧生化产沼气潜力(ABP)之间的联系进行相关性分析，得出木质素与ABP之间的相关性(r=-0.259，p>0.05)很微弱，而半纤维素与ABP间有一定的相关性(r=-0.78l，p<0.05)，说明半纤维素的含量会对ABP产生直接影响，这与以往的研究成果认为ABP受木质素的影响不同。以半纤维素作为单独变量，建立预测ABP的模型方程，得出：半纤维素与ABP间的一元线性回归方程斜率为3.592，截距为587.104，相对偏差为6.81％。
　　 (5)在香蒲的工艺条件优化实验中得出，固体浓度6％、接种率50％的实验组产气率最高，发酵过程中pH值变化最稳定，累积产气量和产气率分别为6482mL和581.39mL·g-1VS；固体浓度8％、接种率40％的实验组累积产气量最高，累积产气量和产气率分别为9297mL和521.17mL·g-1VS，可以作为香蒲厌氧发酵的较佳条件。