玉米秸秆干发酵制取沼气的试验研究(4)

１．３秸秆制取沼气工艺的国内外研究现状

１．３．１国内研究现状

中国沼气技术始于２０世纪３０年代，经过波浪式前进的发展历程，到９０年代中期开始蓬勃发展起来（彭武厚，１９９７）。目前，已经建立了４００～５００个不同类型工艺处理工业废水的沼气工程，建立了６００多个大中型处理畜禽废水、废渣的沼气工程，年产沼气近１０亿立方米，相当于标准煤１００万吨（贺亮，１９９７）。在反应器的研究领域里，在ＵＡＳＢ（Ｕｐａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅｂｅｄ）的基础上进行了三相分离器的优化、ＩＣ（ＩｎｔｅｒｎａｌＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）、

ｓｌｕｄｇｅＥＡＳＢ（Ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｎｕｌａｒ

ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｂａｔｃｈｂｅｄ）、ＵＢＦ（Ｕｐｆｌｏｗｂｌａｎｋｅｔｆｉｌｔｅｒ）、ＡＳＢＲ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃｒｅａｃｔｏｒ）等系统的开发等。例如：刘志杰等用ＵＡＳＢ处理啤酒废水的生产性试验研究；徐培等开展了用厌氧消化床（ＡＦＢ）反应器处理酒精废水的研究（徐培，欧阳铭，１９９３）；梅翔等用厌氧附着膜膨胀床（ＡＡＦＥＢ）工艺处理垃圾浸出液制取沼气的试验研究（梅翔。何惠君，１９９４）；方治华等用ＵＡＳＢ处理含ｃ１一、Ｓ’离子浓度较高的制药废水（方治华等，１９９１）；徐洁泉等用上流式厌氧污泥床反应器和厌氧过滤器（ｕＡｓＢ＋ＡＦ）处理猪场粪便污水，粪便和冲洗水经固液分离后，分离液进入厌氧消化系统处理（徐洁泉等，２０００）；周孟津等用上流式固体反应器（ＵｐｆｌｏｗＳｏｌｉｄＲｅａｃｔｏｒ，ＵＳＲ）和其上部增设软性填料的ＵＡｓＢ＋ＡＦ反应器处理高浓度的鸡粪废水，进行了中温（３５。Ｃ）厌氧消化的比较研究等（周孟津，杨秀山，１９９５）。在秸秆制取沼气的研究方面，许多学者进行了研究，日前已经得到发展，但总体水

牛粪 秸秆 厌氧发酵

沈阳农业大学硕士学位论文

平还比较低，需要进一步的研究使其向成熟化发展。刘双江等研究了厌氧污泥颗粒化过程中不同营养类群细菌的消长规律（刘双江等，１９９５）；竺建荣等进行了两相ＵＡＳＢ：Ｅ艺微生物生态学的研究（竺建荣等，１９９７）；李膜鹏等研究了厌氧消化液对甘薯软腐病原菌的抑制作用机理（张安荣等，１９９７）；赵一章等近年来对厌氧微生物进行了广泛研究等等（赵一章等，１９９４）。此外，１９８０年北京师范学院在国内首次分离获得了甲烷八叠球菌的培养物。在浙江农业大学、中国科学院成都生物研究所等许多院所都己经建立了厌氧消化微生物实验室，对沼气发酵微生物学、生态学和生物化学进行了比较广泛的研究，使我国在沼气基础研究的某些方面逐渐接近国际先进水平，而研究对比秸秆干发酵制沼气参数的文献及报道则相对较少。

白腐真菌制取沼气相关方面的研究国内杭怡琼等人以稻草秸秆加２０％棉籽壳为培养基质，用侧耳Ｚ１７、９２１、１０２４菌株接种，在不同生长阶段，测定培养物的主要化学成分和有关酶活性的变化（杭怡琼等，２００１）。结果表明：从接种到子实体形成，所试菌株培养物的纤维素、木质素呈持续不断的下降趋势，水份、粗蛋白含量却逐渐升高，基质中漆酶酶活性在菌丝生长初期呈迅速上升趋势，后稍降低，而愈创木酚酶活性在菌丝生长初期及子实体形成时达到高峰，后有所降低或消失。李秀金等发现经过木生食用真菌Ｐ．ｏｓａ＇ｅａｔｕｓ培养后的剩余基质也可用于生物质能的生产（李秀金，２００３）。与相应的原料相比，一次子实体采收后的剩余基质一般具有较高的产气率，且产气的质量很高；而二次采收后的子实体的利用价值相对较低。但是，刚刚接种后的麦秸和稻草，即在原基分化阶段，其消化率最高，这可能是相对较高的接种量引起的。此时，稻草的生物学特性提高显著，因此，这一阶段稻草秸秆用于生物化沼气的生产是可行的，并且该结论也应该引起人们广泛的关注和借鉴。

１．３．２国外研究现状

生物质的能源化具有广阔的应用前景，世界各国政府和科学家都给予较大的关注，许多国家都制定和实施了相应的开发研究计划。如日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”、美国的“能源农场”和巴西的“酒精能源计划”等。其他诸如丹麦、荷兰、德国、法国等国家多年来一直在进行各自的研究与开发，取得了显著的进展（姚向军等，２００５）。由于西方国家大多实施耕地轮耕制，秸秆直接还田，因此，对于秸秆的利用技术研究较少，上述方法主要侧重与树皮、木材、锯末等废弃物的转换研究（ＤｉｅｂｏｌｄＪＰ等，１９９７）。９

牛粪 秸秆 厌氧发酵

绪论

国外的沼气技术开发是从上世纪７０年代末期开始的，现在己有了很大发展（夏祖璋，１９９４）。如荷兰、比利时等国早在２０世纪７０年代就建立了许多沼气工厂，但因技术上的问题而在８０年代逐渐减少（蔡磊，１９９７）。由于有机农场的推广，加上标准化与模式组织化的设计及能源原因，使得厌氧发酵技术在德国得以推广（刘英等，２００１），近年来己有２５０座沼气工厂正在建造中。在巴西，应用厌氧滤池处理居民小区生活污水已有多年时间，这类厌氧装置是在传统化粪池的基础上开发的。但是近ｌＯ年来，已建成１４套大、中型厌氧处理城市生活污水系统（ＪｏｈｎＳｔｕｍｂｏｓ等，２００１）。墨西哥从１９８７年建成第一座厌氧装置起，至Ｕ１９９６年一共建成Ｔ７５项沼气工程，其中，用于处理城市生活污水的装置有３４项。于１９９４年投入运行的总容积为８３７００８２的厌氧生物处理生活污水工程，是目前世界上最大的同类项目。９０年代哥伦比亚着重研制本国设计的组合型推流式厌氧反应器，于１９９７年投入使用。丹麦则是朝向大型化、集中化方向来建造厌氧发酵厂。日本在动植物生产废弃物厌氧消化工艺进行了研究。韩国在１９６９－１９７５年期间共发展了近３万口农村家用沼气池，１９７６年以后发展了一批１５０Ｍ２左右的村级规模的处理农牧业废弃物的沼气装置。美国已拥有２４处利用微生物发酵的能量转化工程，如爱荷华州建立沼气工程可日处理１５００头牲畜废弃物（ＣｕｕｌｌｅｎＤ，１９９７）。从世界范围来看，利用各种微生物的协同作用生产甲烷的研究和应用正处于蓬勃发展的阶段。

国外有人用白腐菌对木质纤维素及其产气实验做了一些研究，Ｍｕｌｌｅｒ（１９８６）发现用担子菌类预处理麦秸后进行厌氧消化处理，结果发现Ｐ．ｆｌｏｒｉｄａ在所有的菌种中表现出最快的去木质素功能，且厌氧消化后其生物气产量是未处理的麦秸的两倍。Ｂｉｓａｒｉａ等人（１９８７）发现蘑菇培养后的剩余基质同样可以产生生物气体（Ｂｉｓａｒｉａ等，１９８３）。他们利用Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓｓａｊｏｒ－ｅａｊｕ对木质素、纤维素和半纤维素降解的降解功能，秸秆培养后的剩余基质用于厌氧发酵以生产生物气体，产气率提高了５４％。

１．４本课题的目的、意义和研究内容

１．４．１研究的目的和意义

随着我国经济的快速发展，能源危机和环境污染问题越来越突出，引起人们的普遍关注。生物质是由光合作用产生的有机体，光合作用利用二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转化为碳水化合物和氧气。在各种可再生能源中，生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物中的一种能量形式，是以生物质为载体的能量，是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，在技术先进１０

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