兩種預(yù)處理方法對(duì)低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響

　　摘要研究了7%黑曲霉預(yù)處理和7%復(fù)合酶預(yù)處理低次煙葉對(duì)低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)兩種生物預(yù)處理方法產(chǎn)氣效果進(jìn)行了比較，得到了7%的黑曲霉預(yù)處理低次煙葉進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣的產(chǎn)氣效率更高，低次煙葉分解更徹底的結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞低次煙葉；厭氧發(fā)酵；沼氣；預(yù)處理
　　中圖分類號(hào)S572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）07-263-02
　　我國(guó)是世界煙葉的主產(chǎn)國(guó)，我國(guó)煙草植物的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年煙草植物種植面積為104.8萬(wàn)hm2，煙葉和卷煙產(chǎn)量均占世界總產(chǎn)量的1/3。2003年煙葉總產(chǎn)量（PAO統(tǒng)計(jì)口徑）230.8萬(wàn)t，占全球煙葉總產(chǎn)量619.2萬(wàn)t的37.3%[1]。
　　目前作為煙草生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)每年煙葉產(chǎn)量中約有近25%（近90萬(wàn)～150萬(wàn)t）的煙葉、煙末等下腳料被廢棄，不能用于卷煙生產(chǎn)，這已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。以云南為例，作為煙草大省，云南每年烤煙產(chǎn)量中約有30%～35%屬于無(wú)法進(jìn)行卷煙加工的低等或等外級(jí)煙葉未能得到合理利用。
　　在卷煙生產(chǎn)中，由于卷煙對(duì)煙葉的品質(zhì)要求較高，等級(jí)質(zhì)量高的煙葉往往優(yōu)先利用，且供不應(yīng)求，低次煙葉除很少一部分用來(lái)做膨脹煙絲或薄片，其余大部分在倉(cāng)庫(kù)中堆放，有的甚至發(fā)霉變質(zhì)，沒(méi)有充分發(fā)揮其真正的使用價(jià)值，造成資源的浪費(fèi)，從而給國(guó)家和企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)在世界上各國(guó)煙草企業(yè)為了追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，都在倡導(dǎo)提質(zhì)降耗，力求資源的最佳配置和合理利用。
　　據(jù)現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[2]，厭氧消化反應(yīng)是有效利用煙草廢棄物的方法之一。通過(guò)厭氧消化的過(guò)程，不僅可脫去煙草廢棄物中的毒性，產(chǎn)生沼氣為人類生產(chǎn)生活提供所需能源動(dòng)力；同時(shí)，其發(fā)酵殘余物還可有效防治多種病蟲(chóng)害，從而為我國(guó)有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供有利條件[3]。然而，在常規(guī)厭氧消化過(guò)程中，煙草廢棄物的發(fā)酵會(huì)引起產(chǎn)甲烷微生物群慢性中毒，使沼氣池不能正常運(yùn)行[4]。因此，有效的預(yù)處理是保證煙草廢棄物正常進(jìn)行厭氧發(fā)酵的前提，同時(shí)也是提高煙草廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣含量及效率的關(guān)鍵。以經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效為出發(fā)點(diǎn)，筆者研究了兩種不同的生物預(yù)處理方法對(duì)低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響，旨在為提高低次煙葉厭氧消化產(chǎn)沼氣效率方面提供依據(jù)。
　　1材料與方法
　　1.1材料以添加玉米芯的經(jīng)過(guò)一年培養(yǎng)的豬糞和人糞混合的沼氣池底泥為接種物；以云南省紅河州彌勒市的未能得到有效利用的低次煙葉作為發(fā)酵原料；以黑曲霉和復(fù)合酶作為預(yù)處理試劑。家用密封保鮮盒2個(gè)，恒溫水槽1個(gè)。
　　1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　首先，測(cè)定未經(jīng)處理的煙葉的TS（總固體）為90.02%，VS（揮發(fā)性固體）為14.55%。將未處理的煙葉400 g經(jīng)過(guò)粉碎至4～8 mm后，兌水3 200 ml使含水量達(dá)到90%，均分到兩個(gè)保鮮盒中，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的黑曲霉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的復(fù)合酶，密閉，放入38 ℃恒溫水槽中處理7 d。
　　其次，將處理好的煙葉分為黑曲霉、復(fù)合酶和對(duì)照組3組，每組3個(gè)平行，進(jìn)行發(fā)酵（對(duì)照組為沒(méi)有進(jìn)行預(yù)處理的煙葉）。發(fā)酵液總體積為500 ml，接種物體積為150 ml，發(fā)酵濃度為6%，發(fā)酵持續(xù)時(shí)間為45 d，發(fā)酵前分別對(duì)發(fā)酵液的TS和VS進(jìn)行測(cè)定。
　　試驗(yàn)裝置由發(fā)酵瓶、集氣瓶和計(jì)量瓶組成。選用1 000 ml錐形瓶作為發(fā)酵瓶，利用橡膠塞密封，橡膠塞上設(shè)有導(dǎo)氣孔；集氣瓶為1 000 ml廣口瓶，瓶口用橡膠塞密封，橡膠塞上連接用于導(dǎo)氣和排氣的三通管，排水口與計(jì)量瓶連接。
　　試驗(yàn)裝置如圖1所示。發(fā)酵物料基本性質(zhì)如表1所示。
　　注：1.發(fā)酵瓶；2.集氣瓶；3.讀數(shù)瓶（排水瓶）。
　　圖1試驗(yàn)發(fā)酵裝置
　　表1發(fā)酵物料基本性質(zhì)
　　試驗(yàn)組試驗(yàn)溫度℃低次煙葉∥g接種物g發(fā)酵料液體積∥ml發(fā)酵料液總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)%pH
　　黑曲霉室溫75.731505006.116.540
　　復(fù)合酶室溫56.901505006.326.533
　　對(duì)照組室溫19.921505006.456.738
　　1.3測(cè)試項(xiàng)目及方法
　�、賂S含量和VS含量：參照文獻(xiàn)[5]中的相關(guān)方法測(cè)定。
　�、趐H采用PHS-25酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。
　�、郛a(chǎn)氣量利用排水集氣法收集沼氣，根據(jù)水的體積測(cè)量出沼氣的產(chǎn)量。
　　2結(jié)果與分析
　　黑曲霉預(yù)處理、復(fù)合酶預(yù)處理和對(duì)照組的日產(chǎn)氣量情況如圖2所示。由圖2可知，對(duì)照組在發(fā)酵的1～7 d出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)氣高峰，之后出現(xiàn)了產(chǎn)氣的間歇期。這是由于隨著前期發(fā)酵的進(jìn)行，出現(xiàn)產(chǎn)氣高峰后，伴隨著烤煙秸稈的分解，有機(jī)酸積累逐漸增多，抑制了甲烷菌的生長(zhǎng)，發(fā)酵系統(tǒng)失去平衡，產(chǎn)氣量減少[6]。而隨著發(fā)酵體系的自身調(diào)節(jié)，在35～39 d出現(xiàn)第二個(gè)產(chǎn)氣高峰，整個(gè)發(fā)酵時(shí)間持續(xù)47 d。同樣的，復(fù)合酶預(yù)處理也出現(xiàn)了類似的情況。而黑曲霉預(yù)處理則沒(méi)有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，這說(shuō)明黑曲霉預(yù)處理很好地解決了發(fā)酵過(guò)程中有
　　圖2日平均產(chǎn)氣量對(duì)比
　　機(jī)酸過(guò)度積累抑制甲烷菌生長(zhǎng)的現(xiàn)象[7]。
　　由圖3可知，黑曲霉預(yù)處理發(fā)酵進(jìn)行到第22天，產(chǎn)氣趨于平穩(wěn)，總產(chǎn)氣量為2 535 ml；復(fù)合酶預(yù)處理在第10天產(chǎn)氣趨于平穩(wěn)后，在第25天繼續(xù)產(chǎn)氣，總產(chǎn)氣量為1 455 ml；對(duì)照組在第7天產(chǎn)氣量趨于平穩(wěn)，在第35天繼續(xù)產(chǎn)氣，總產(chǎn)氣量為3 150 ml。
　　圖3累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比
　　3結(jié)論與討論
　　綜上所述，各組試驗(yàn)中，由黑曲霉預(yù)處理后，低次煙葉中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素總體含量降低，發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間短，發(fā)酵效率得到明顯的提高。由復(fù)合酶預(yù)處理后，低次煙葉中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素總體含量降低，但處理過(guò)程中原料消耗過(guò)大，導(dǎo)致日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量均不足，發(fā)酵效率同對(duì)照組比較也沒(méi)有得到明顯的改善。因此通過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%的黑曲霉預(yù)處理低次煙葉進(jìn)行厭氧發(fā)酵是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、合理且對(duì)環(huán)境友好的發(fā)酵方式。

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