酒糟沼气发酵的基础探究

王太涛， 赵 龙， 张 盼， 袁慧松， 杨 凯， 张 赟

(1.胜利油田胜利动力机械集团有限公司， 山东 东营 257000； 2.东北农业大学资源与环境学院， 黑龙江 哈尔滨 150000； 3.上海城投污水处理有限公司， 上海 201201)

酒糟沼气发酵的基础探究

王太涛1， 赵 龙1， 张 盼2， 袁慧松1， 杨 凯1， 张 赟3

(1.胜利油田胜利动力机械集团有限公司， 山东 东营 257000； 2.东北农业大学资源与环境学院， 黑龙江 哈尔滨 150000； 3.上海城投污水处理有限公司， 上海 201201)

文章开展了中温(38℃±1℃)条件下含固率为6%，8%的酒糟批式厌氧发酵产沼气的研究。结果表明：酒糟极易酸化形成大量挥发性脂肪酸(VFAs)，是良好的沼气发生原料。发酵27 d(发酵基本结束)时， TS为6%，8%的酒糟TS产气率分别为402.08 mL·g-1,387.81 mL·g-1，VS产气率分别为441.84 mL·g-1, 426.16 mL·g-1。TS为6%，8%酒糟的最佳发酵周期分别为14 d，15 d。

酒糟； 厌氧发酵； 沼气； 产气率

2015年以来，酿酒行业整体步入恢复性增长轨道，由于行业发展继续被牢固控制在正常的市场环境下，整个行业前三季度销售增长走势一直保持低缓，但是白酒行业产销保持稳步增长，利润不仅恢复到同比增长的节奏，而且达到了与销售增速基本同步，表明目前的白酒行业利润空间相对稳定，行业整体利润缩水颓势得到有效遏制[1]。而每生产1 t白酒，约产生10 t酒糟[2]，酒糟中含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素以及磷、钾等无机元素成分，且酒糟中粗纤维含量较高，是纤维素类废物的典型代表[3]。虽然酒糟营养比较丰富，但是其酸度高，易腐败变质，若不及时处理，容易严重污染环境[4]。因此如何处理这些酒糟成为人们研究的热点。通过酒糟厌氧发酵产沼气不仅可以解决酒糟污染环境的问题，产生的沼气还可以用来发电，实现了二次能源的转化，并且还能够产生额外的经济效益，经发酵后的沼液、沼渣还可以用作农田肥料。笔者试验以酒糟为原料，在自制的小型厌氧反应器中发酵，研究酒糟产沼气的性能，为大中型酒糟沼气工程的设计运行提供基础数据供以参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

发酵原料为江苏省宿迁市某大型酒厂的白酒酒糟，接种物为笔者生物质实验室所培养的发酵后料液(见表1)。

表1 原料和接种物的TS，VS及C/N (%)

1.2 试验设备及运行方法

试验用2.5 L白小口瓶作为厌氧反应器主体，有效容积为2 L，共做3组，分别为空白样(只添加300 mL接种物)，TS6%酒糟(酒糟底物湿重为318.3 g，接种沼液300 mL)，TS8%酒糟(酒糟底物湿重为424.4 g，接种沼液300 mL)。试验采取批式发酵的方式，为防止试验过程中酒糟过度酸化，TS6%，TS8%酒糟每个厌氧瓶中分别加入7 g，8.2 g碳酸钠调节pH值至7.3，并且用沼气曝气10分钟，以保证发酵罐内的厌氧状态。然后加装带有导气管的橡胶塞进行密封，导气管通过硅胶软管连接集气袋，将发酵瓶置于水浴中。发酵温度为38℃±1℃，每天摇晃8次，一次2分钟，转速为60 r·min-1。另外取一些酒糟用水调配TS至6%和8%，然后分别测试其挥发性脂肪酸(VFAs)的含量。收集在集气袋的沼气用注射器测量其气体体积。试验设备见表2。

表2 试验测试设备

2 结果与讨论

2.1 TS 6%，8%酒糟日产沼气量分析

从图1可以看出2种酒糟厌氧消化启动很快，产气量上升很快，在达到最大产气峰值后，产气量下降。之后产气量最高峰在第7天，日产气量分别可达45 mL·g-1，38.8 mL·g-1(以TS计)。在第10天还会出现一个产气小高峰，这可能是酒糟中纤维素类物质得以降解，产甲烷菌利用其降解产物(VFAs)产生沼气，随后产气量又逐渐减小，在第12天出现第3次高峰，这可能是酒糟中少部分木质素类物质得到降解[5]。然后产气量逐渐降低至基本结束。经测定TS 6%，TS 8%酒糟的初始VFAs为6132.6 mg·L-1，8013 mg·L-1，酒糟厌氧启动速度很可能是由于酒糟中粗纤维含量较低，蛋白质，氨基酸，醇类等易降解物质含量大，这些物质极易酸化,(与检测出的VFAs数据相吻合)，发酵初期底物水解，产生大量可溶性有机物，产酸菌将水解产物转变为挥发性脂肪酸[6]，另外用碳酸钠调节了酒糟pH值，碳酸钠对pH值也具有缓冲作用，使得产甲烷菌活性没有受到pH值的抑制，产甲烷菌将挥发性脂肪酸转化为甲烷、二氧化碳，所以产气量得以迅速上升。

图1 厌氧发酵过程中日产沼气量的变化曲线

2.2 TS 6%，8%酒糟累计产气量分析

酒糟厌氧发酵持续27 d，累积产气量如图2所示。TS 6%，TS 8%酒糟TS产气率分别为402.08 mL·g-1,387.81 mL·g-1，TS 6%酒糟，TS8%酒糟VS产气率分别为441.84 mL·g-1, 426.16 mL·g-1。厌氧消化发酵时间的长短意味着在相同时间内消化处理废弃物的数量，直接反应了厌氧消化效率，在实际生产过程中具有重要的生态和经济效益。可以对大中型沼气工程物料停留时间的设计提供重要参考，一般实际生产中，以产气量达到总产气量的90%以上即可认为发酵基本完成，为一个周期[7]。由此可以得出TS 6%，TS 8%酒糟发酵周期分别为14 d，15 d。

图2 厌氧发酵过程中累积产气量

2.3 甲烷浓度在发酵过程中的变化情况

由图3可以看出发酵延滞期较短，发酵初期甲烷浓度呈明显上升趋势，当甲烷浓度达到最高峰后甲烷含量有轻微下降，其最高甲烷浓度可以达到70%～76%。后期甲烷浓度也能够维持在53%以上。

图3 厌氧发酵过程中甲烷浓度变化

3 小结

(1)酒糟营养丰富，具有大量的易降解有机物，易于酸化。TS 6%，TS 8%酒糟TS产气率分别为402.08 mL·g-1,387.81 mL·g-1，TS 6%酒糟，TS 8%酒糟VS产气率分别为441.84 mL·g-1, 426.16 mL·g-1。

(2)发酵周期相对较短，TS 6%，TS 8%酒糟发酵周期分别为14 d，15 d。均可以在较短时间内快

速启动发酵。

[1] 中国轻工业网. 2015年前三季度酿酒行业整体步入恢复性增长轨道[EB/OL].http://www.clii.com.cn/qgytpxw/qgyhytpxw/201511/t20151123_3882674.html,2015-11-23.

[2] 施安辉.国内白酒工业固体酒糟环保生态化利用的现状及前景[J].中国酿造, 2006,3(156):4-7.

[3] 庞 钦,章克昌.以酒糟为基质的乳酸生产菌的选育及发酵的研究[J]. 酿酒, 2001(6):62-64.

[4] 王肈颖，肖 敏.白酒酒糟的综合利用及其发展前景[J].酿酒科技,2004,1: 65-67.

[5] 李才辉,冯晓西,乌锡康,MAP法处理氨氮废水的最佳条件研究[J].上海环境科学,2003,22(6):389-392.

[6] 张 鸣,高天鹏,常国华,李 雪,张 庆.猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究[J]. 环境工程学报, 2010,4(9):2131-2134.

[7] 张翠丽,李轶冰,卜东升,杨改河.牲畜粪便与麦秆混合厌氧发酵的产气量、发酵时间及最优温度[J].应用生态学报，2008,19(8):1817-1822.

Primary Experiment on Vinasse Fermentation for Biogas Production /

WANG Tai-tao1, ZHAO Long1, ZHANG Pan2， YUAN Hui-song1, YANG Kai1， ZHANG Yun3/

(1.Shengli Oilfield Shengli Power Machinery Group Company LTD,Dongying 257000,China； 2.College of Resources and Environment， Northeast Agricultural University，Harbin 150000，China； 3. Shanghai Chengtou Wastewater Treatment Co LTD，Shanghai 201201，China)

Anaerobic digestion of vinasse with solid concentration of 6%，8% were carried out in batch fermentation at temperature of 38℃±1℃. The result showed that vinasse was easy to develop a large number of VFAs, and was a good raw material for biogas production. For TS content of 6% and 8% in 27 days of fermentation, the TS biogas production rate of vinasse were 402.08 mL·g-1and 387.81 mL·g-1TS , and VS gas production rate were 441.84 mL·g-1，426.16 mL·g-1VS, respectively.Their best fermentation period were 14 days, 15 days, respectively.

distiller's grains； anaerobic digestion； biogas； gas production rate

2016-01-12

2016-04-26

王太涛(1980- )山东济阳人，本科，工程师，主要从事沼气发酵方面的技术工作，E-mail 13706478410@126.com 通信作者： 赵 龙，E-mail：sdjtzl@126.com

S216.4； X703

A

1000-1166(2017)01-0060-03