農作物秸稈產沼氣研究進展與展望

吳后興

摘 要：文章具體探究了近幾年我國以及國外在應用秸稈制造沼氣方面的具體研究進展，并展望了未來將秸稈當作原料生產沼氣能源的研究方向，希望能夠提高農作物秸稈的實際利用率，進而解決我國資源短缺的問題。

關鍵詞：農作物秸稈；沼氣；研究進展；展望

中圖分類號：S861 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160333124

1 研究進展

1.1 對原料進行預處理

通過預處理秸稈可以提高秸稈的實際產氣率以及利用率，人們通常會從改善質地與調節(jié)營養(yǎng)等2方面研究秸稈的預處理。調節(jié)營養(yǎng)一般是對碳氮比進行調整。常見的調節(jié)營養(yǎng)的方法分別是：與部分碳氮比不高的原料進行混合實現(xiàn)發(fā)酵的目的；適當?shù)募尤牖瘜W元素[1]。如以zhang為代表的研究人士在秸稈中加入2%的氨水，并在110℃下通過2h的處理，產氣率高達0.47L/g，比處理的秸稈產氣率高17.6%。改善質地大致包括化學處理、生物處理與物理處理等。物理處理即應用熱處理或機械處理改變秸稈的內部結構以及外部形態(tài)。

1.2 反應器接種

秸稈與糞便等發(fā)酵原料進行比較，其自身附著較少的微生物，只通過自身馴化很難達到發(fā)酵目的。所以，想要應用秸稈來制沼氣，必須提前準備河泥、牛糞、城市污水等接種物。Letinga等人研究了各種接種物的具體產烷活性，其研究結果顯示，最好的接種物為城市污水，它在30℃下要比牛糞產烷活性高10倍左右。

1.3 對發(fā)酵條件進行控制

投加原材料的數(shù)量、溫度以及水動力等一直為沼氣研究的重點，在秸稈沼氣發(fā)酵研究中也是如此[2]。通過攪拌使水動力加快循環(huán)，進而使微生物可以與底質充分接觸，這是提高產氣率的一很好方法。可是，在秸稈制沼氣中，反應器中有著較大的原料濃度，想應用攪拌來加快水動力會受到極大的阻力影響，且有較大的能耗，因此，人們通常不會應用此方法。Lars Mattias等人應用循環(huán)回流的方式對秸稈進行了處理，產氣率明顯有所增加，產氣量能夠達到1.35m3/（m3·d）。Zhang等人又將稻草作為發(fā)酵原料進行沼氣生產，分別以50g/L、75g/L和100g/L的數(shù)量投入稻草，結果發(fā)現(xiàn)在增加原材料的投入量過程中，產氣量也會隨著增加。

2 對未來的展望

2.1 對原材料預處理的展望

通過研究發(fā)現(xiàn)秸稈的成分以及質地會影響到產氣率。秸稈由果膠、半纖維素、蠟質和纖維素等組成，質地非常輕，很難進行分解，并且秸稈中還沒有充足的氮、磷等成分，使微生物難以利用其進行發(fā)酵。應用物理法、生物法以及化學法來處理秸稈一直是眾多專家學者人研究的內容，并且現(xiàn)階段已經獲得相應效果?？墒瞧渲袇s存在著很多問題等待解決：增加了處理費用；化學處理會造成二次污染；生物處理一直都在試驗的初級階段。所以，未來必須要找到一個科學的秸稈處理方法，以提高產氣率。

2.2 對反應器接種的展望

在應用秸稈制沼氣的過程中，應該由接種物引發(fā)反應，現(xiàn)在眾多研究中也一直都應用傳統(tǒng)接種物來引發(fā)秸稈發(fā)酵反應?？墒窍率鰩追矫嬖驅е聜鹘y(tǒng)接種物的引發(fā)效率低，且代價還非常高。傳統(tǒng)接種物有著不同的來源，含有的微生物數(shù)量以及類型存在著非常大的差異，還很難與秸稈原料特點相適應，所以，不同接種物會對發(fā)酵的啟動和運行造成極大影響[3]；因為傳統(tǒng)接種物沒有較高的效率，在引起反應時需要眾多接種物，這不但加大了進料強度，還增加了成本；因為眾多因素的影響，在獲取接種物方面也存在著很多困難，阻礙反應器的開啟。所以，研發(fā)一些高效的接種物能夠提高秸稈的產氣率，這值得人們進行深入研究。

2.3 對發(fā)酵條件控制的展望

發(fā)酵原料的濃度與水動力的控制要比溫度控制容易很多。通常高溫情況下，微生物會加快代謝速度，反應器的效率也非常高?？墒?，在實際操作中，不但要考慮效率，還要考慮操作管理與經濟性等。尤其是從產能與節(jié)能這2個觀點分析，沼氣的發(fā)酵需要根據(jù)凈產能量進行設計。所以，從理論上講最適合發(fā)酵的溫度與工程最佳溫度不相同。對于工程最適溫度應該通過綜合比較之后才可以確定。同時，沼氣發(fā)酵還會受到溫度變化所影響，如果發(fā)酵溫度突然改變3℃，那么發(fā)酵過程就會發(fā)生改變。所以，控制發(fā)酵溫度以及促使反應式保持恒溫，是未來秸稈制沼氣的重點研究方向。

3 結 語

隨著經濟的發(fā)展，我國面臨著環(huán)境保護與經濟增長2種壓力，這就需要農村利用秸稈發(fā)酵制沼氣為獲取能源，進而在環(huán)境與能源這2方面獲得成效。我國目前在此方面的研究已經有了相應的進展，但是還有不足之處，需要眾多研究人士可以對其加強完善與改進，進而使秸稈產氣率大幅度提高。

參考文獻

[1] 馮偉，張利群，何龍娟等.基于循環(huán)農業(yè)的農作物秸稈資源化利用模式研究[J].安徽農業(yè)科學，2012，40（2）：921-923，973.

[2] 汪翔.江蘇農作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀及對策研究[J].安徽農業(yè)科學，2012（5）：2945-2947.

[3] 方放，李想，石祖梁等.黃淮海地區(qū)農作物秸稈資源分布及利用結構分析[J].農業(yè)工程學報，2015（2）：228-234.