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致 谢 14
1 前言
1.1 选题的目的及意义
当今时代，随着人口的剧增以及工业的迅猛发展，全世界都面临着各种不同层度的能源危机。而在当前油价持续走高，电力、煤炭等资源都出现不同程度的缺乏，并且生态环境一直恶化的形势下，发展并使用廉价、环保的清洁能源已成为各国都需要面临并且解决的问题。生物质能有很多非常突出的特点，比如无污染、能再生、存在广泛，有非常大的潜力在未来替代传统化石燃料。世界上生物质能源极其丰富，全球生物质产量大约每年为1460 亿吨。相关专家预测，由于全球提倡可持续发展，生物质能源将成为其重要的组成部分。生物质能就是把农畜“废物”，比如：有机废水、秸秆、禽畜粪尿等，用高新科技，将其转化为比较清洁、少污染甚至无污染的能源。而且，利用生物质能来替代现阶段的常规燃料，减少硫氧、碳氧、氮氧等多种化合物污染物的排放，减轻环境的污染。例如，每利用1万吨秸秆代替煤炭，将减少硫氧化合物排放40吨、烟尘排放100吨、碳氧化合物排放1.4万吨[1]。利用农村废弃物生产沼气得到的是一种清洁能源，缓解了环境压力，而且生产了优质的可再生能源，符合国家提倡的可持续科学发展观和循环经济的理念。
沼气发酵系统可以有效地回收农村废弃物，是理想的农业废弃物能源回收系统，具有很好的可用率和可持续循环率。沼气是有机物通过厌氧发酵形成的一种可燃性气体，主要成分是甲烷和二氧化碳，这就使沼气具有一个很好的提供能源的效果。沼气是一种能够几乎可以一直使用的新型清洁可持续能源，并且具有资源丰富、清洁卫生、热效率高、造价低廉等特点。
我国秸秆的产沼气潜力十分巨大，但是，我国目前与秸秆作为沼气发酵原料的相关科学研究却比较缺乏。缺乏技术的支持，所以秸秆生产沼气出现了一系列问题，慢慢被研究所抛弃。渐渐的沼气发酵原料转向了畜禽粪便，但是随着农村经济的不断发展和农业产业结构的不断调整，出现人畜分离的趋势，所以现有以畜粪为主的沼气发酵因为没有发酵原料而停止运行。因此，秸秆制取沼气的利用必然会成为中国沼气研究的重点。
2 厌氧发酵概况简述
2.1 沼气厌氧发酵的原理概况
厌氧发酵又称厌氧消化。在厌氧的条件下，将有机废物通过各类微生物的生命活动进行有效地转化，目的则是生产沼气供生产生活使用。沼气发酵的过程，实际上就是微生物的物质代谢和能量转换过程，在分解代谢过程中获得能量和物质，使自身微生物得到生长和繁殖，从而产生甲烷和二氧化碳。
沼气发酵与酒精发酵、柠檬发酵不同，有着许多独特的特点。
参与反应的微生物种类十分繁多、且发酵底物也比较复杂，来源广泛、能处理各种不同浓度的废物和废水、而且沼气微生物自身的能耗特别少、发酵装置种类繁多，温度范围梯度广、要求严格的厌氧环境。可以看出，许多有机的废物与废水都可以作为沼气发酵的发酵原料，达到利用废水生产沼气、降低COD的目的。
沼气发酵有三个主要阶段，分别是液化阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。三个阶段在沼气发酵的过程中一步接一步，不能倒换也不能分隔，共同维持发酵系统的持续产气。第一阶段为水解发酵阶段，将复杂的有机物在生物酶的作用下水解和发酵，从而使大分子物质破坏分解变成小分子物质，为后一阶段的顺利进行做准备。第二阶段为产氢、产乙酸的阶段，该阶段是在产酸菌的作用下分解上一阶段被生物酶水解产生的小分子物质，从而生成乙酸和氢。这一阶段中，产酸的速率很快，会使料液的pH值迅速下降，因此料液会具有腐烂气。第三阶段为产甲烷阶段，有机酸和含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和二氧化碳、氢气、甲烷等。甲烷菌将乙酸分解成甲烷和二氧化碳，然后利用氢又将二氧化碳还原成甲烷，在此阶段中，pH值会上升。三个阶段连续进行，并且是相互依赖的，共同维持发酵系统的动态[2~3]。