全 文 ：文章编号:1006-1126 (2008)02-0080-04
水葫芦与猪粪混合厌氧发酵产沼气研究
基金项目:国家林业局 948项目 “林区沼气发电关健技术引进” (2006-4-124)。
作者简介:魏世清 (1980—), 女 , 从事沼气工程 、 林业机械研究工作。
魏世清 , 覃文能 , 李金怀 , 李勇江
(广西林业科学研究院 , 南宁　530001)
摘　要:将水葫芦与猪粪混合 , 以稳定产气的沼液为接种物 , 设置水葫芦与猪粪比例为 1∶0 、 1∶1 、 2∶1 和对照
四个处理对厌氧发酵产气的影响。结果表明:处理 2∶1 既保证了沼气产量与质量 , 又有较高的水葫芦比例 , 该
处理的总产气量 、 日均产气量 、 TS 产气率 、 VS 产气率 、 池容产气率分别为 33 150 mL、 460.42 mL、 128.69
m L/g 、 151.57 mL/ g、 0.12 mL/ (mL·d)。温度变化对沼气产气量的影响显著 , 稳定 、 较高的温度有利于水葫
芦厌氧发酵产气。
关键词:水葫芦;厌氧发酵;沼气;温度
中图分类号:X382.1　文献标识码:A
　　水葫芦是一种多年生飘浮性草本植物 , 繁殖能
力强 。在我国已经成为一种灾害性植物 , 入侵最严
重的地区有云南的滇池 、 太湖流域等 , 干扰水生生
态系统平衡 , 加重了湖底有机质 、 N 、 P 等含量 ,
影响水域的经济生产[ 1] 。水葫芦并不是毫无利用
价值 , 在治理水葫芦蔓延的同时应该考虑资源化利
用 , 将其作为沼气发酵的原料 , 经过厌氧发酵处理
处理从而获得清洁能源———沼气 , 将水葫芦这种有
害植物变废为宝 。
1　材料与方法
1.1　试验材料
试验用水葫芦取自广西林科院附近池塘 。采回
后的水葫芦简单切割 (约 5 mm×5 mm)后测量其
各理化指标 (表 1)。试验原料添加物为新鲜农家
猪粪 。厌氧发酵接种物为正常产气的沼气池中的沼
液。
表 1　水葫芦物料特性
测定项目 成分含量/ % 测定项目 成分含量
含水量 90.6 pH 6.4
总固体 (TS) 9.40 C/ (g/ Kg) 427.13
挥发性固体 (VS) 85.90 N/ (g/ Kg) 16.6
灰分 14.10 C∶N 28∶1
1.2　试验装置
试验所用发酵装置为自制简易装置。发酵瓶为
5 L 的广口瓶 , 瓶口改用胶塞 , 胶塞上有两孔 , 插
入玻璃管后用橡胶管连接 , 分别为导气孔和取样
孔。气体收集瓶为 5 L , 内装饱和食盐水 。气体收
集采用排水法收集 , 通过测量排出水的体积获得沼
气产气量 。
1.3　试验设计与方法
试验所用水葫芦经过简单粉碎 (约 1 cm ×1
cm)后 , 与猪粪混合 , 水葫芦与猪粪比例为 1∶0 、
1∶1 、 2∶1 , 以水葫芦与猪粪比例为 1∶1但不接种作
为对照 , 共 4个处理。按料液浓度 6%进行一次性
投料 , 装好物料之后 , 以产气良好的沼液作为反应
的接种物 , 反应体积控制在 4L 左右 。室内温度变
化在 10 ～ 26℃左右 , 将其作为发酵温度的参照 ,
采用一次投料方式进行为期 72 天的厌氧发酵。每
天记录室内温度及产气量 , 测定发酵前后料液
COD值。间断性采用点火方式点燃集气瓶的气体 ,
观察火焰颜色判断沼气中 CH4 含量 。
1.4　分析项目及测定方法
pH 测定:pH S-3C型酸度计精确测量
COD测定:标准重铬酸钾氧化法[ 2]
含水量 、 TS 、 VS 、 灰分测定:沼气常规分析
第 37 卷　第 2 期
2008 年 6 月 　　　　　　　　　　　　　
广 西 林 业 科 学
Guangxi Forestry Science
　　　　　　　　　　　　　　　Vol.37　No.2
Jun.2008
法[ 3]
全C:重铬酸钾滴定法
全 N:蒸馏法
产气量:排水法收集沼气 , 每天读取量气瓶中
水的体积
甲烷含量:将沼气点燃 , 观察火焰的颜色 , 由
火焰颜色判断甲烷的含量[ 4]
2　结果与讨论
2.1　发酵料液发酵前后相关指标的变化
对发酵料液前后的 COD 和 pH 进行测定 (表
2)。从表 2可以看出 , 除了对照 , 其它 3个处理的
COD去除率都在 80%以上。在对照处理中 , 由于
未接种新鲜沼液 , 发酵产气难以启动 , 沼气微生物
繁殖较慢 , 数量较少 , 分解利用原料的能力较差 ,
因此 COD 去除率只有 69.25%。料液在发酵前的
pH在 5.15 ～ 5.22 之间 , 厌氧反应启动较快 , pH
较快上升 , 在发酵结束后 pH 值稳定在 6.74 ～ 7.08
之间 。
表 2　料液发酵处理前后特性变化
处　理
(水葫芦:猪粪)
COD/ (mg/ L)
发酵前 发酵后 去除率/ %
pH
发酵前 发酵后
对照 5 040 1 550 69.25 5.16 6.74
1∶0 1 987 203 89.25 5.18 6.97
1∶1 6 494 1 050 83.83 5.22 7.08
2∶1 5 767 1 080 81.27 5.15 7.04
2.2　物料配比对发酵产气的影响
将水葫芦与猪粪按照 1∶0 、 1∶1 、 2∶1混合 , 以
不接种的 1∶1作为对照 , 发酵结束后统计结果见表
3。从表 3可以看出 , 水葫芦与猪粪的混合比例为
2∶1 , 表现最好 , 总产气量为 33 150 mL , 日均产
气量 、 TS产气率 、 VS产气率和池容产气率分别为
460.42 mL 、 128.69 mL/g 、 151.57 mL/g 、 0.09
mL/ (mL·d)都高于其它处理 。水葫芦与猪粪 1∶
1混合发酵的效果和各指标与处理 2∶1接近 , 从处
理水葫芦这种恶性杂草角度讲 , 处理 2∶1中水葫芦
的处理量大于 1∶1。
表 3　物料配比不同的产气特性比较
处　理
(水葫芦:猪粪)
总产气量
/ mL
日均产气量
/ mL
TS 产气率
/ (m L/g)
VS 产气率
/ (m L/g)
池容产气率
/ mL/ (mL·d)
对照 13 173 182.96 45.79 54.13 0.03
1∶0 12 438 172.75 63.00 73.35 0.04
1∶1 33 075 459.38 114.96 135.91 0.09
2∶1 33 150 460.42 128.69 151.57 0.09
2.3　日产气量和甲烷含量分析
水葫芦和猪粪厌氧发酵期间 , 每天记录各处理
的产气情况。从图 1 中可以看出处理 1∶0 、 1∶1 、
2∶1发酵产气的启动时间分别为 3 、 5 、 3天 , 比对
照启动时间提前 4 天。随着时间的推移 , 处理 1∶
1 、 2∶1两个处理日产气量逐渐增加 , 产气高峰均
出现在第 61-72天 , 处理 2∶1在第 64天的日产气
量达到 1 420 mL , 表现出日产气量最高 。对照的
启动时间较长 , 第 6天开始启动 , 产气量维持在较
低水平 , 日产气高峰出现在第 61-65天 , 第 64天
时日产气量达到 1 000 mL 。整个发酵过程看 , 处
理 1∶1和 2∶1在发酵启动时间 、 产气量和产气稳定
性都优于处理 1∶0和对照。
81第 2 期　　　　　　　魏世清 , 覃文能 , 李金怀 , 等:水葫芦与猪粪混合厌氧发酵产沼气研究
图 1　不同处理后日产气量变化情况
　　有资料显示可以将沼气点燃 , 观察火焰的颜
色 , 由火焰颜色判断甲烷的含量[ 4] 。试验在第 7天
将集气瓶中的气体点燃 , 无火苗出现 , 此时所产生
的气体甲烷含量在 40%以下;第 7-32天时 , 离
开火源不能燃烧 , 火焰偶尔成晴蓝色 , 甲烷含量在
40%左右;第 33-72天气体压力较大 , 能够燃烧 ,
火焰呈晴蓝色 , 甲烷含量在 55%～ 65%左右。
2.4　日产气量与温度的关系
有研究表明[ 5] , 沼气产气量与发酵温度之间
具有一定的线性关系 , 温度的变化对沼气的产量影
响显著。因此对本试验发酵期间的日产气量与温度
进行了统计分析 , 结果见图 2 。整个试验期间温度
变化在 10 ～ 26℃范围内 , 平均温度 19.8℃。从图
2可以看出 , 整个发酵温度处于较低状态 , 尤其是
在第 37-44天期间 , 温度在 10 ～ 13℃, 处理 1∶0
和对照均停止产气 , 1∶1 、 2∶1两个处理产气量维
持在一个较低水平 。随着试验后期温度的升高 , 各
处理产气开始慢慢恢复 , 达到产气的一个峰值 。从
图 2可以看出 , 当温度变化较为平缓时 , 产气量一
般也比较稳定 , 但当温度波动较为剧烈 , 特别是温
度日均降幅达 3 ～ 5℃以上时 , 往往对产气量造成
严重的影响 , 甚至于停止产气。不过随着发酵温度
的逐步回升 , 产气也能得以慢慢恢复 。随着试验后
期温度的升高 , 各处理的产气量也开始逐渐升高。
图 2　各处理发酵产气与温度的变化曲线
82 广 西 林 业 科 学　　　　　　　　　　　　　　　　　第 37 卷
3　结论
(1)水葫芦可以作为沼气厌氧发酵的原料 , 添
加一定比例的猪粪能促进水葫芦厌氧发酵 , 对沼气
的产量 、 质量和产气稳定性具有积极的影响 。
(2)水葫芦添加一定量的猪粪混合后 , 厌氧发
酵较快启动 , 并能维持一个较高的产气量。水葫芦
与猪粪的比例为 2∶1 时 , 既保证了沼气产量与质
量 , 又有较高的水葫芦比例。
(3)温度变化对沼气产气量的影响显著 , 稳
定 、 较高的温度有利于发酵产气 , 若能控制温度条
件 , 将提高水葫芦与猪粪处理的效率。
参考文献
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-22.
Biogas Generated by Anaerobic Fermentation of Eichhornia
crassipes and Swine Feces
WEI Shi-qing , QIN Wen-neng , LI Jin-huai , LI Yong-jiang
(Guangxi Forestry Research Institute , Nanning 530001 , Guangxi , China)
Abstract:Biogas slurry w ith steady gas production was taken as inoculum , Eichhornia crassipes were mixed
w ith sw ine feces with mixed ratio 1∶0 , 1∶1 and 2∶1 , together wi th control , such four t reatments w ere ana-
lyzed to see their respective impacts on gas production f rom anaerobic fermentation.Resul ts indicated that treat-
ment 2∶1 no t only guaranteed quality and quantity of biogas , but also consumed more Eichhornia cras-
sipes.To tal biog as production , daily mean biogas production , TS biogas production rate , VS biogas production
rate and gas yield per uni t volume were respectively 33 150 mL , 460.42 mL , 128.69 mL/g , 151.57 mL/g ,
0.12 mL/ (mL·d).Temperature change exerted prominent impact on biogas production and higher tempera-
ture w as helpful fo r Eichhornia crassipes s fermentation.
Key words:Eichhornia crassipes ;anaerobic fermentat ion;biogas;temperature
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