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摘要[目的] 研究漆树籽残渣发酵产沼气的可行性与潜力。[方法] 以漆树籽残渣为原料，在中温30 ℃下，采用全混合批量发酵工艺，测定漆树籽残渣发酵过程中的TS产气潜力、VS产气潜力、日产气量、产气速率、pH等指标。[结果] 第3天发酵体系酸化，但在微生物调节下，第7天体系pH恢复至7.0，正常产气。经60 d发酵，漆树籽残渣产沼气潜力为594.29 ml/g（TS）或615.84 ml/g（VS）。[结论] 研究表明漆树籽残渣是一种很好的沼气发酵原料。
关键词 漆树籽残渣；厌氧发酵；沼气；产气潜力
中图分类号S216.4文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10272-02
基金项目国家自然科学基金项目（21266032）； 云南省应用基础研究面上项目（2010CD050）； 云南省科技条件平台建设项目（2010DH012）联合资助。
作者简介杨顺平（1989- ），男，云南昆明人，硕士研究生， 研究方向：生物质能。*通讯作者，副教授，博士，硕士生导师，从事生物质能与环境工程研究。
漆树是我国重要的经济树种，资源丰富。适宜生长在多雾、气候湿润的向阳山坡，喜暖温、暖湿气候，土壤偏酸性或微酸性。主要分布于陕西、湖北、四川、云南、贵州、甘肃、重庆等省市环绕的四川盆地四周的中低山地带[1]。国内现有漆树150多种，其中30多种能结籽，年产漆树籽150万t[2]。2008年，为不断发展壮大云南漆树产业，中国林业科学院资源昆虫研究所与云南盛禾公司培育优良漆树品种，在云南省文山州砚山、广南等县，红河州开远县规划建设1.3万hm2漆树种植基地，现已建成1 000 hm2，种植漆树350万株，已经进入收获期，年产生漆500 t，提炼漆蜡2 500 t，漆树籽4 000 t[3]。
在漆树籽提取漆蜡过程中产生了大量的漆树籽残渣，其主要成分为粗纤维、少量脂肪、蛋白质和非氮浸出物等[4]，其是沼气发酵的良好原料。为此，该研究进行了在中温条件下漆树籽残渣厌氧发酵产沼气试验，以期为漆树籽残渣在沼气生产方面的应用提供依据。
1材料与方法
1.1试验材料原料为漆树籽经粉碎机粉碎，再用石油醚提油后的残渣。经测定TS（总固体含量）为96.25%，VS（挥发性固体含量）为96.50%，pH为7.0。接种物为实验室的混合厌氧活性污泥，经测定TS为9.97%，VS为57.51%，pH为7.0。
1.2试验装置试验采用实验室自制的500 ml批量发酵装置，装置示意见图1。
1.3.1预处理。将漆树籽残渣从浸泡灌中取出，自然晾晒7 d，使其中少量的石油醚挥发，以减少石油醚对后期发酵的影响。
1.3.2试验设计。试验采用全混合中温（30 ℃）批量式发酵，设置1个试验组和1个对照组，每组设置3个平行；料液配比见表1，各组料液均加水至400 ml。
1.3.3分析与测试方法。pH采用pH 5.7～8.5的精密pH试纸测定。产气量采用排水集气法[5]进行测定。每天定时记录计量瓶中水的体积，并计算各平行试验的平均值。甲烷采用火焰颜色比色卡法[6]，根据点燃时的火焰颜色来估计沼气中甲烷的含量。TS测定：将发酵原料样品在（105±5） ℃温度下烘至恒重后，计算干物质的质量分数。计算公式如下[7]：
2结果与分析
2.1料液TS、VS及pH发酵前后料液TS、VS和pH变化情况见表2。由表2可知，试验组和对照组发酵前后料液的TS和VS含量均有所下降，且试验组TS和VS降低量明显高于对照组。这是由于对照组的原料是长期驯化后的活性污泥，其含有的可降解有机物较少，因此VS含量下降较少。经进一步计算可知，试验组料液的TS和VS降解率分别为20.96%和15.20%；对照组料液的TS和VS降解率分别为16.66%和2.44%。这表明漆树籽残渣能被发酵微生物有效降解。
2.2产气情况分析
2.2.1日产气量。 漆树籽残渣日产气量与发酵时间的关系见图2。由图2可知，由于接种物的活性较低，漆树籽残渣沼气发酵试验启动较慢，第1天净产气量为61 ml；第2天净产气量为67 ml，可以点燃，但不能连续燃烧，火焰颜色为微蓝色，说明甲烷含量大约为40%。第3天时产气量突然下降，第4天产气量仅有18 ml；经测定pH为5.5，发酵体系出现酸化。在微生物的自我调节下，发酵体系第7天恢复正常，pH为7.0；在第9天时出现第一个产气高峰，日产气量为143 ml，点燃后火焰颜色为桔黄色且连续燃烧，甲烷含量大约为70%。第25天时产气量达到最高，为299 ml。第35天产气再次出现峰值，为238 ml。其后产气量逐渐下降，直至整个试验结束。整个试验历时60 d，日平均产气量为119 ml。
2.2.2产气速率。对试验累积产气量进行统计，结果见表3。由表3可知，对于漆树籽残渣，其前5 d的产气量较少，这是由于第3天体系酸化，pH为5.5，导致体系中产甲烷菌不能正常代谢的结果。在微生物的自我调节下，体系恢复正常后，产气量平稳上升。整个厌氧发酵过程中，主要产气阶段集中在10～45 d，从662 ml增加到6 609 ml；最快产气阶段为20～40 d，从1 253 ml增加到6 052 ml，平均每天产气217 ml。
2.3产气潜力分析漆树籽残渣发酵产沼气潜力中总产气量为7 150 ml，产气潜力为572 ml/g，TS产气潜力为594.29 ml/g（TS），VS产气潜力为615.84 mg/g（VS）。
为更好地评价漆树籽残渣厌氧发酵产沼气的潜力，将其与其他原料在相同条件和发酵工艺下产沼气潜力进行比较，结果见表4。表4中的TS产气潜力的倍数为漆树籽残渣TS产气潜力与其他原料TS产气潜力之比。
关键词 漆树籽残渣；厌氧发酵；沼气；产气潜力
中图分类号S216.4文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10272-02
基金项目国家自然科学基金项目（21266032）； 云南省应用基础研究面上项目（2010CD050）； 云南省科技条件平台建设项目（2010DH012）联合资助。
作者简介杨顺平（1989- ），男，云南昆明人，硕士研究生， 研究方向：生物质能。*通讯作者，副教授，博士，硕士生导师，从事生物质能与环境工程研究。
漆树是我国重要的经济树种，资源丰富。适宜生长在多雾、气候湿润的向阳山坡，喜暖温、暖湿气候，土壤偏酸性或微酸性。主要分布于陕西、湖北、四川、云南、贵州、甘肃、重庆等省市环绕的四川盆地四周的中低山地带[1]。国内现有漆树150多种，其中30多种能结籽，年产漆树籽150万t[2]。2008年，为不断发展壮大云南漆树产业，中国林业科学院资源昆虫研究所与云南盛禾公司培育优良漆树品种，在云南省文山州砚山、广南等县，红河州开远县规划建设1.3万hm2漆树种植基地，现已建成1 000 hm2，种植漆树350万株，已经进入收获期，年产生漆500 t，提炼漆蜡2 500 t，漆树籽4 000 t[3]。
在漆树籽提取漆蜡过程中产生了大量的漆树籽残渣，其主要成分为粗纤维、少量脂肪、蛋白质和非氮浸出物等[4]，其是沼气发酵的良好原料。为此，该研究进行了在中温条件下漆树籽残渣厌氧发酵产沼气试验，以期为漆树籽残渣在沼气生产方面的应用提供依据。
1材料与方法
1.1试验材料原料为漆树籽经粉碎机粉碎，再用石油醚提油后的残渣。经测定TS（总固体含量）为96.25%，VS（挥发性固体含量）为96.50%，pH为7.0。接种物为实验室的混合厌氧活性污泥，经测定TS为9.97%，VS为57.51%，pH为7.0。
1.2试验装置试验采用实验室自制的500 ml批量发酵装置，装置示意见图1。
1.3.1预处理。将漆树籽残渣从浸泡灌中取出，自然晾晒7 d，使其中少量的石油醚挥发，以减少石油醚对后期发酵的影响。
1.3.2试验设计。试验采用全混合中温（30 ℃）批量式发酵，设置1个试验组和1个对照组，每组设置3个平行；料液配比见表1，各组料液均加水至400 ml。
1.3.3分析与测试方法。pH采用pH 5.7～8.5的精密pH试纸测定。产气量采用排水集气法[5]进行测定。每天定时记录计量瓶中水的体积，并计算各平行试验的平均值。甲烷采用火焰颜色比色卡法[6]，根据点燃时的火焰颜色来估计沼气中甲烷的含量。TS测定：将发酵原料样品在（105±5） ℃温度下烘至恒重后，计算干物质的质量分数。计算公式如下[7]：
2结果与分析
2.1料液TS、VS及pH发酵前后料液TS、VS和pH变化情况见表2。由表2可知，试验组和对照组发酵前后料液的TS和VS含量均有所下降，且试验组TS和VS降低量明显高于对照组。这是由于对照组的原料是长期驯化后的活性污泥，其含有的可降解有机物较少，因此VS含量下降较少。经进一步计算可知，试验组料液的TS和VS降解率分别为20.96%和15.20%；对照组料液的TS和VS降解率分别为16.66%和2.44%。这表明漆树籽残渣能被发酵微生物有效降解。
2.2产气情况分析
2.2.1日产气量。 漆树籽残渣日产气量与发酵时间的关系见图2。由图2可知，由于接种物的活性较低，漆树籽残渣沼气发酵试验启动较慢，第1天净产气量为61 ml；第2天净产气量为67 ml，可以点燃，但不能连续燃烧，火焰颜色为微蓝色，说明甲烷含量大约为40%。第3天时产气量突然下降，第4天产气量仅有18 ml；经测定pH为5.5，发酵体系出现酸化。在微生物的自我调节下，发酵体系第7天恢复正常，pH为7.0；在第9天时出现第一个产气高峰，日产气量为143 ml，点燃后火焰颜色为桔黄色且连续燃烧，甲烷含量大约为70%。第25天时产气量达到最高，为299 ml。第35天产气再次出现峰值，为238 ml。其后产气量逐渐下降，直至整个试验结束。整个试验历时60 d，日平均产气量为119 ml。
2.2.2产气速率。对试验累积产气量进行统计，结果见表3。由表3可知，对于漆树籽残渣，其前5 d的产气量较少，这是由于第3天体系酸化，pH为5.5，导致体系中产甲烷菌不能正常代谢的结果。在微生物的自我调节下，体系恢复正常后，产气量平稳上升。整个厌氧发酵过程中，主要产气阶段集中在10～45 d，从662 ml增加到6 609 ml；最快产气阶段为20～40 d，从1 253 ml增加到6 052 ml，平均每天产气217 ml。
2.3产气潜力分析漆树籽残渣发酵产沼气潜力中总产气量为7 150 ml，产气潜力为572 ml/g，TS产气潜力为594.29 ml/g（TS），VS产气潜力为615.84 mg/g（VS）。
为更好地评价漆树籽残渣厌氧发酵产沼气的潜力，将其与其他原料在相同条件和发酵工艺下产沼气潜力进行比较，结果见表4。表4中的TS产气潜力的倍数为漆树籽残渣TS产气潜力与其他原料TS产气潜力之比。