牛糞厭氧消化效率提升技術(shù)研究進(jìn)展

楊紅男，張馭舟，熊 煒，鄧良偉＊

1 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所，四川成都 610041

2 湖北綠鑫生態(tài)科技有限公司，湖北襄陽(yáng) 441413

0 引言

畜禽養(yǎng)殖業(yè)在滿足人們對(duì)肉、蛋、奶食品需求的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量畜禽糞污。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2017年數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)每年產(chǎn)生約38 億噸畜禽廢棄物，其中牛糞污年產(chǎn)生量約14 億噸，占總量的37.00%[1]。不當(dāng)?shù)男笄菁S污管理存在很大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，也造成巨大的資源浪費(fèi)。2017年6月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》，著力治理畜禽糞污養(yǎng)殖帶來(lái)的污染問(wèn)題。厭氧消化（又稱沼氣發(fā)酵）技術(shù)因其在有機(jī)廢棄物處理、可再生能源回收和溫室氣體減排等方面的有益效果，是實(shí)現(xiàn)畜禽糞污資源化利用的首選方法[2～4]。在碳中和目標(biāo)下，沼氣發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展也受到高度重視。

以牛糞作為底物的沼氣發(fā)酵工藝已得到廣泛研究[5～9]。然而，這些研究中的大多數(shù)證明牛糞厭氧消化的甲烷產(chǎn)率較低，一般在70～249 NmLCH4/gVS范圍，并取決于牛的飼養(yǎng)方法和牛糞收集方式等。牛糞最終甲烷產(chǎn)量低于理論甲烷產(chǎn)量（468 ± 6 NmLCH4/gVS）的1/2[10]。據(jù)推測(cè)，牛飼料（草或青貯）中易降解部分已經(jīng)被牛瘤胃中的微生物利用，因此，牛糞含有大量（超過(guò)總固體的50.00%）未消化的不易降解的有機(jī)組分，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[11]。這些成分結(jié)構(gòu)緊密復(fù)雜，表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗生物降解能力[12]。所以在沼氣工程中將牛糞作為單一原料生產(chǎn)沼氣，在經(jīng)濟(jì)上往往不太可行。此外，還有許多因素影響厭氧消化過(guò)程的效率。例如，牛糞中高濃度的氨氮含量可能是抑制產(chǎn)甲烷菌活性的重要原因之一[11]。牛糞的非牛頓流動(dòng)特性可能導(dǎo)致泵送裝置失效、攪拌不足、傳熱效率低下、難以脫水等[13]。因此，針對(duì)牛糞厭氧消化存在的問(wèn)題，提出可能的解決方案，對(duì)建立高效的牛糞厭氧消化技術(shù)十分必要。本文綜述了工藝參數(shù)（如C/N比、溫度、進(jìn)料濃度等）對(duì)牛糞厭氧消化性能的影響，總結(jié)評(píng)估了共消化、預(yù)處理和添加外源添加劑對(duì)提升牛糞厭氧消化性能的作用。通過(guò)對(duì)牛糞厭氧消化技術(shù)的總結(jié)，期望能為牛糞厭氧消化技術(shù)的研究和技術(shù)推廣提供參考。

1 牛糞特性

為了更好地利用牛糞，需要確定牛糞的初始特性。如表1所示，新鮮牛糞含水率較高（77.80%～92.00%），內(nèi)部孔隙度小，通氣性差，不適于直接堆肥，采用厭氧消化技術(shù)處理牛糞，將其轉(zhuǎn)化為能源是一個(gè)更好的選擇。牛糞的總固體含量在7.00%～22.00%，其中揮發(fā)性固體（VS）占75.00%以上。與豬糞、雞糞等畜禽糞便相比，由于攝入飼料的不同，牛糞的木質(zhì)纖維素含量較高（＞50.00%），牛糞的C/N比大于20∶1。此外，牛糞還含有一定濃度的堿性金屬（如Ca和Mg），這些金屬來(lái)源于牛的飼料添加劑[14]。較高的C/N比和堿性金屬的存在使得牛糞在厭氧消化過(guò)程中具有較高的緩沖能力和工藝穩(wěn)定性[15]。這些特征表明，牛糞可以作為沼氣發(fā)酵的原料，但其難降解的木質(zhì)纖維素可能會(huì)影響厭氧消化性能。

表1 牛糞特性描述

2 牛糞厭氧消化影響因素

2.1 C/N比

碳和氮是微生物生長(zhǎng)的能量來(lái)源和重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。C/N比常用于確定發(fā)酵底物的性質(zhì)。在高C/N比條件下，厭氧消化初期底物快速降解，發(fā)生酸化，甚至導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定；另外，高C/N比限制了微生物的生長(zhǎng)，因?yàn)榈娜狈赡軐?dǎo)致甲烷菌失活，甚至過(guò)程失敗，從而降低了甲烷產(chǎn)量。如果C/N比低，說(shuō)明氮含量高，厭氧消化過(guò)程釋放氨氮可能會(huì)抑制厭氧消化性能。C/N比取決于原料的種類，可以通過(guò)高C/N比和低C/N比底物的混合來(lái)維持適宜的C/N比水平。文獻(xiàn)報(bào)道了有效厭氧消化過(guò)程的最佳C/N比為20.00～30.00[21]。然而許多研究人員已經(jīng)證明，較寬的C/N比值范圍對(duì)于厭氧消化也可以取得成功[22]。據(jù)Zhang等[23]和Tsapekos等[24]報(bào)道，食物垃圾和牛糞共消化的最佳C/N比分別為15.80和16.90。雖然牛糞的C/N比在最佳C/N比范圍內(nèi)，但是部分碳存在于難降解的木質(zhì)纖維素中，導(dǎo)致牛糞的原料產(chǎn)氣率較低，共發(fā)酵是解決這個(gè)問(wèn)題的較好策略。

2.2 發(fā)酵溫度

溫度是影響厭氧消化性能最重要的參數(shù)之一。根據(jù)發(fā)酵溫度，厭氧消化工藝分為3 種類型：嗜冷（＜20 ℃），中溫（30～40 ℃）和高溫（45～60 ℃）發(fā)酵。高效的沼氣工程一般采用中溫和高溫發(fā)酵。在中溫條件下，沼氣發(fā)酵過(guò)程更穩(wěn)定，不易累積揮發(fā)性脂肪酸（VFAs），投資較少等。然而，相對(duì)于高溫發(fā)酵，中溫發(fā)酵也有一些限制，如甲烷產(chǎn)量低，木質(zhì)纖維素生物降解性差，啟動(dòng)和發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)等，而高溫發(fā)酵能更有效地去除病原菌，減少臭氣釋放，具有更高的有機(jī)質(zhì)降解（特別是纖維素）效率、較高的pH值和更高的甲烷產(chǎn)率[25]。

2.3 總固體濃度

根據(jù)發(fā)酵底物總固體（TS）濃度的不同，沼氣發(fā)酵可分為濕發(fā)酵（＜10.00%TS）和干發(fā)酵（＞20.00%TS）。兩類發(fā)酵工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般認(rèn)為濕式沼氣發(fā)酵裝置具有投資低，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)規(guī)?；託夤こ唐毡椴捎脻癜l(fā)酵技術(shù)。然而，濕發(fā)酵存在沼液產(chǎn)量大，難以完全還田利用；沼液達(dá)標(biāo)處理困難，運(yùn)行成本高等問(wèn)題，制約濕發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)一步推廣[19]。干發(fā)酵的底物呈固態(tài)，具有有機(jī)負(fù)荷高，反應(yīng)器體積小，用水量少，能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了濕發(fā)酵的不足。與濕發(fā)酵相比，干發(fā)酵在處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的效率和容積產(chǎn)率方面具有優(yōu)勢(shì)，消化殘余物容易還田利用[26]。在牛糞沼氣發(fā)酵的研究中發(fā)現(xiàn)，干式沼氣發(fā)酵能降低Firmicutes和Proteobacteria兩種抗性基因的主要潛在宿主的豐度，從而顯著減少了70.00%的抗性基因和移動(dòng)遺傳因子[27]。因此，干式沼氣發(fā)酵可視為一種降低畜禽糞便中抗生素抗性基因風(fēng)險(xiǎn)的方法。由于這些原因，干式沼氣發(fā)酵在過(guò)去的10年里受到了較多關(guān)注。但是，干式沼氣發(fā)酵還存在物料傳質(zhì)困難、反應(yīng)器容易堵塞、啟動(dòng)慢、容易發(fā)生抑制成分如氨、VFAs和重金屬等的累積，導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量和有機(jī)物降解效率低，從而限制其應(yīng)用[19]。將厭氧消化液作為接種物再循環(huán)可以部分抵消這些缺點(diǎn)。

3 提高牛糞厭氧消化的措施

3.1 預(yù)處理

牛糞的厭氧消化通常受到木質(zhì)纖維素降解緩慢的限制。木質(zhì)纖維素特別是木質(zhì)素在厭氧條件下不能或只能輕微降解[14，35]。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可以有效地改變木質(zhì)纖維素的物理結(jié)構(gòu)與形狀，改善其可生化性和溶解度，可顯著提高水解發(fā)酵速率及產(chǎn)氣量，對(duì)大規(guī)模干式沼氣發(fā)酵過(guò)程尤其重要。常見(jiàn)預(yù)處理方法包括機(jī)械、熱、化學(xué)和（或）生化預(yù)處理。

3.1.1 機(jī)械預(yù)處理

機(jī)械預(yù)處理是農(nóng)業(yè)廢棄物最常使用的方法，包括粉碎、超聲波和空化等，主要是降低底物中大顆粒的粒徑，增加的表面積有利于水解菌和可降解顆粒之間的接觸，從而有助于后續(xù)沼氣發(fā)酵。例如，牛糞纖維粒徑為1.0～2.0 mm時(shí)，其產(chǎn)沼氣量比纖維粒徑大于5.0 mm時(shí)高16.00%[36]。牛糞經(jīng)切碎、混合和調(diào)配等處理后的粒徑集中在4.0～31.5 mm，相對(duì)于未處理組，產(chǎn)甲烷潛力為235 mL/gVS，提升了11.90%[37]。在牛糞與餐廚垃圾、剩余污泥的共發(fā)酵過(guò)程中，超聲波預(yù)處理后的甲烷產(chǎn)率較高，但是提升的甲烷產(chǎn)量所獲得的額外能量并不能抵消產(chǎn)生超聲波的能量[21]?？栈且后w內(nèi)局部壓力降低時(shí)，液體中氣泡的形成、增長(zhǎng)和隨后的內(nèi)爆坍塌的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程變化會(huì)引起機(jī)械剪切應(yīng)力和自由基反應(yīng)。在空化預(yù)處理下，牛糞的分解效率提高5.80%～15.80%，后續(xù)的甲烷產(chǎn)量提高2.70%～5.90%[11]。機(jī)械預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低；缺點(diǎn)是需要大量能量投入，去除病原體的效果有限。

3.1.2 熱預(yù)處理

熱預(yù)處理是在高溫條件（50～250 ℃）下，將高分子物質(zhì)分解成小分子，從而提高發(fā)酵底物的溶解性和厭氧消化效率[38]。水熱法[39]、微波法[20]和熱壓法[35]是較好的牛糞熱預(yù)處理方法。熱預(yù)處理的溫度和時(shí)間是破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)非常重要的兩個(gè)參數(shù)。低溫足夠斷裂連接纖維素和半纖維素細(xì)胞壁的氫鍵，當(dāng)熱處理溫度在150～180 ℃范圍可增加纖維素和半纖維素的溶解率[39]。將牛糞、玉米青貯和甜菜粕的混合物料在180 ℃處理60 min后，其產(chǎn)氣量最高可達(dá)362.1 mL/g TS，相比未處理組，溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）值提高了124.60%。沼氣產(chǎn)量增加了1.0 倍[38]。但是，過(guò)高的預(yù)處理強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致類木質(zhì)素物質(zhì)增多，抑制牛糞產(chǎn)甲烷性能。當(dāng)牛糞水熱預(yù)處理溫度超過(guò)170 ℃時(shí)，甲烷產(chǎn)量會(huì)降低6.90%[40]。熱壓法處理牛糞的最佳溫度為180 ℃，此時(shí)甲烷產(chǎn)率相比對(duì)照組提升58.00%；當(dāng)溫度超過(guò)200 ℃，有毒副產(chǎn)物（糠醛）迅速增加，對(duì)厭氧消化產(chǎn)生不利影響[35]。因此，為了克服高溫?zé)犷A(yù)處理的潛在缺點(diǎn)，可以采用中熱或中熱與其他預(yù)處理方法（化學(xué)預(yù)處理）的組合。熱預(yù)處理在破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，提高厭氧消化率同時(shí)，還可滅活牛糞中的病原體，加上安裝和維護(hù)成本低，使熱預(yù)處理成為最受重視的方法之一。但是當(dāng)處理溫度和時(shí)間不合適時(shí)，易引發(fā)美拉德反應(yīng)，破壞厭氧消化過(guò)程[35]。

3.1.3 化學(xué)預(yù)處理

化學(xué)預(yù)處理通過(guò)使用酸、堿和氧化劑破壞木質(zhì)纖維素類原料微觀結(jié)構(gòu)，降低纖維素的結(jié)晶度促進(jìn)木質(zhì)纖維素的分解。酸、堿預(yù)處理能夠使原料中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的自身晶體結(jié)構(gòu)因吸脹作用而被破壞，將其中大分子物質(zhì)溶解，從而達(dá)到提高降解率的目的。酸預(yù)處理一般采用稀酸如醋酸[41]，以避免造成碳的過(guò)度損失。在堿預(yù)處理中常用的試劑有NaOH、Ca（OH）2和CaO2[42]。酸、堿預(yù)處理也可與高溫相結(jié)合，例如，將牛糞在高溫（100 ℃）條件下添加10.00% NaOH處理5 min 或中溫（37 ℃）添加2.00%HCl處理20 min，甲烷產(chǎn)量分別提高23.60%和20.60%[43]。氧化劑如過(guò)氧化氫（H2O2）和臭氧（O3）通過(guò)去除原料中的半纖維素和木質(zhì)素來(lái)促進(jìn)纖維素的可降解性，并通過(guò)H2O2和O3釋放出活性強(qiáng)的羥基自由基破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)[44]。雖然大多數(shù)文獻(xiàn)中報(bào)道的化學(xué)預(yù)處理效果顯著，但是化學(xué)預(yù)處理也存在一定的缺點(diǎn)，如腐蝕設(shè)備，對(duì)環(huán)境造成二次污染等。此外，由于產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境的變化較為敏感，酸、堿預(yù)處理后的原料還需要進(jìn)一步中和，這給整個(gè)過(guò)程增加了額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3.1.4 生物預(yù)處理

大多數(shù)機(jī)械、化學(xué)和熱預(yù)處理需要密集的能量或化學(xué)輸入，導(dǎo)致發(fā)酵體系內(nèi)的溫度或pH值變幅較大，甚至產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。生物預(yù)處理是通過(guò)添加工業(yè)纖維素分解微生物或酶，在受控和溫和的環(huán)境中分解木質(zhì)纖維素成分。微生物主要有白腐真菌[45]、煙曲霉菌[46]等，酶主要有纖維素酶、漆酶等[47]。研究表明，采用白腐真菌Trametesversicolor處理牛糞后，牛糞產(chǎn)甲烷量提升10.00%～18.00%，纖維素降解率提高到80.00%[45]。使用煙曲霉SK1處理后，牛糞中木質(zhì)素的去除率達(dá)60.00%，沼氣產(chǎn)量顯著提高[46]。生物預(yù)處理具有能源和化學(xué)品的需求較低，產(chǎn)物無(wú)毒等方面的優(yōu)勢(shì)。然而，酶的生產(chǎn)需要穩(wěn)定的發(fā)酵，且在生物預(yù)處理過(guò)程中，碳水化合物損失嚴(yán)重，預(yù)處理時(shí)間較長(zhǎng)，這可能需要額外的設(shè)備，增加了投資成本。

3.2 共發(fā)酵

將不同的廢棄有機(jī)物進(jìn)行混合發(fā)酵，是一種提高厭氧消化系統(tǒng)甲烷產(chǎn)量的有效方法。不同原料的混合不僅可以提高甲烷產(chǎn)率和降低生命周期成本，而且由于C/N比更加適合，pH值維持中性平衡和緩沖能力的提高，可以提供更好的厭氧消化環(huán)境，進(jìn)而提升有機(jī)負(fù)荷去除效率。大量文獻(xiàn)報(bào)道已證明，牛糞與其他底物共消化是提高甲烷產(chǎn)量和工藝穩(wěn)定性的常用策略。牛糞共發(fā)酵底物包括燕麥秸稈[17]、柳枝稷草[28]和小麥秸稈[29]等高C/N比原料，餐廚垃圾[30]、雞糞[29]和馬糞[31]等低C/N比原料，以及不含木質(zhì)纖維素的原料如粗甘油[32]。這些研究結(jié)果表明，與牛糞為單一底物的沼氣發(fā)酵相比，共發(fā)酵能獲得更高的甲烷產(chǎn)量。但是產(chǎn)氣的提高更多歸因于牛糞的共發(fā)酵底物，而不是牛糞中木質(zhì)纖維素的降解。只有少數(shù)文獻(xiàn)通過(guò)測(cè)定厭氧消化前后纖維素和半纖維素的組分，證明了共發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)甲烷性能的改善來(lái)自于牛糞中纖維素和半纖維素降解的提高[32，33]。事實(shí)上，以牛糞為底物進(jìn)行沼氣發(fā)酵時(shí)，木質(zhì)素含量與最終甲烷產(chǎn)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，木質(zhì)素含量的增加對(duì)厭氧消化有抑制作用[34]。例如，在牛糞與路邊草的共發(fā)酵中，隨著路邊草比例的增加，牛糞的纖維素和半纖維素的降解率減少[34]。因此，為了避免木質(zhì)素的抑制，應(yīng)選擇木質(zhì)素含量較低的原料與牛糞共消化，以獲得最大的甲烷產(chǎn)量。

3.3 添加外源添加劑

在沼氣發(fā)酵過(guò)程中引入外源添加劑，即微量元素、納米金屬顆粒和纖維素降解菌或酶等，可改善產(chǎn)甲烷性能，有助于維持反應(yīng)器內(nèi)的有利條件，如pH值，抑制/促進(jìn)醋酸生成和甲烷生成，以快速產(chǎn)氣[14]。

3.3.1 微量元素

微量元素已被證實(shí)在促進(jìn)微生物的代謝活動(dòng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。Fe、Co和Ni元素通常被認(rèn)為是厭氧消化體系中最重要的微量元素，對(duì)厭氧體系中許多酶、輔酶和輔助因子的活性至關(guān)重要[48，49]。其中，F(xiàn)e與產(chǎn)甲烷菌和酶的活化有關(guān)，是各種參與甲烷生成的酶（如甲酰-MF-脫氫酶、氫化酶、CO脫氫酶）的輔助因子[49，50]。此外，F(xiàn)e與S反應(yīng)形成沉淀，從而減少了S對(duì)微生物活性的負(fù)面影響[51]。Co是維生素B12的金屬配體（甲基轉(zhuǎn)移酶），可使微生物降解甲醇。Ni與產(chǎn)甲烷古菌中輔酶F420的形成關(guān)系密切[49]。在牛糞批次試驗(yàn)中，添加Fe2（SO4）3、Fe（NO3）3、FeCl3和FeCl2等鐵鹽，以及尿素、磷酸二銨和檸檬酸組成的復(fù)合添加劑，結(jié)果顯示，與不添加添加劑的對(duì)照反應(yīng)器相比，添加鐵鹽和復(fù)合添加劑提高了沼氣產(chǎn)量（35.80%～52.70%），縮短了消化周期，提高了總COD去除率（41.40%～69.30%）[52]。微量元素的添加受底物組成、金屬含量、降解機(jī)理、操作參數(shù)和活性微生物群落等多種因素的影響，且微量元素的生物有效性隨微量元素濃度的變化而變化，不適當(dāng)?shù)奈⒘吭貪舛然蚍N類可能阻礙厭氧消化中的微生物活性[53]。

3.3.2 納米金屬顆粒

由于納米顆粒（NPs）尺寸微小，比表面積巨大，具有更大的反應(yīng)活性等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在環(huán)境治理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。其中，納米尺度的金屬顆粒具備許多塊體顆粒沒(méi)有的優(yōu)越性質(zhì)。在牛糞厭氧處理系統(tǒng)中添加納米顆粒會(huì)影響微生物生長(zhǎng)、污染物降解和沼氣產(chǎn)量[14，54，55]。已研究的納米金屬顆粒包括納米金屬單體如納米零價(jià)鐵（nZVI）、納米金屬離子如NiNPs、納米金屬氧化物如Fe3O4NPs等。nZVI作為電子供體，可優(yōu)化微生物種群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷過(guò)程，加快生物可降解化合物的釋放，并參與污泥厭氧消化過(guò)程中關(guān)鍵酶的合成[54]。據(jù)報(bào)道，牛糞厭氧消化過(guò)程中添加80 mg/L 和160 mg/L nZVI，甲烷產(chǎn)量提高了6.430%～6.560%，160 mg/L nZVI濃度可加速抗性基因豐度的降低[54]。分別添加1 mg/L Co NPs、2 mg/L Ni NPs、20 mg/L Fe NPs和20 mg/L Fe3O4NPs. 沼氣產(chǎn)率提升1.5～1.8倍，發(fā)酵停滯期明顯縮短，產(chǎn)氣高峰期提前[55]。如部分重金屬會(huì)抑制厭氧消化過(guò)程一樣，對(duì)應(yīng)的金屬納米顆粒也可能表現(xiàn)出一定的毒理學(xué)效應(yīng)。例如，240 mg/L ZnO和15 mg/L ZnO對(duì)間歇牛糞厭氧消化過(guò)程產(chǎn)氣的抑制率分別高達(dá)74.00%和30.00%[56]。

3.3.3 生物強(qiáng)化菌劑

生物強(qiáng)化是向厭氧消化反應(yīng)器中一次性或重復(fù)投加纖維素降解微生物來(lái)增強(qiáng)水解反應(yīng)，為下游階段提供更多的糖、VFAs等底物，從而提高發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)氣效率。目前，已經(jīng)在厭氧消化器中應(yīng)用了多種纖維素降解微生物，在生物甲烷化方面取得了相當(dāng)有前景的結(jié)果[57，58]。例如，4 種分離瘤胃真菌（Orpinomycessp.、Piromycessp.、Anaeromycessp.和Neocallimastixfrontalis）在接種劑量15.00%條件下可顯著增強(qiáng)牛糞厭氧消化過(guò)程中木質(zhì)纖維素的生物降解，獲得60.00%沼氣產(chǎn)量提升[59]。但大多數(shù)研究都集中在批次試驗(yàn)上，對(duì)連續(xù)操作的實(shí)際影響仍然存在問(wèn)題。研究已證明，生物強(qiáng)化可以迅速但相當(dāng)短的促進(jìn)甲烷生產(chǎn)，而不是持續(xù)的改善[60，61]。Tsapekos等[60]在以牛糞為主木質(zhì)纖維素廢棄物的批次試驗(yàn)和連續(xù)消化試驗(yàn)中，接種兩種纖維素降解菌（Clostridium thermocellum和Melioribacterroseus），結(jié)果表明，在接種Clostridium thermocellum的反應(yīng)器中，批次試驗(yàn)的甲烷產(chǎn)率提高了13.70%。連續(xù)試驗(yàn)只有7.50%。此外，在生物強(qiáng)化過(guò)程中，新引入的微生物在含有復(fù)雜微生物群體的反應(yīng)器中可能很脆弱敏感，此時(shí)接種物的來(lái)源很重要[62]。在實(shí)踐中，通常從廢水處理廠、有機(jī)廢棄物處理設(shè)施等的生物反應(yīng)器中獲得接種物[63]。

4 結(jié)論

厭氧消化（沼氣發(fā)酵）是處理牛糞的有效手段。但是，在厭氧消化過(guò)程中，由于難降解的木質(zhì)纖維素的存在而導(dǎo)致產(chǎn)甲烷效率低和系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。本文總結(jié)了幾種提高牛糞厭氧消化產(chǎn)甲烷水平的策略，如不同的預(yù)處理方法，與有機(jī)廢物共發(fā)酵和添加外源促進(jìn)劑。提升策略的選擇很大程度上取決于牛糞厭氧消化性能的改善效果和經(jīng)濟(jì)可行性。選擇預(yù)處理技術(shù)需要考慮處理成本、二次污染、能量損失等問(wèn)題。為了充分利用共發(fā)酵使牛糞厭氧消化產(chǎn)生更多的甲烷，共發(fā)酵底物應(yīng)選擇木質(zhì)纖維素含量較低的有機(jī)廢物，通過(guò)協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)牛糞中木質(zhì)纖維素的降解。微量金屬及其對(duì)應(yīng)的納米金屬顆粒在厭氧消化中對(duì)微生物活性的影響還需要更多的研究。生物強(qiáng)化技術(shù)的不確定性仍然存在。所以現(xiàn)有的牛糞厭氧消化效率提升技術(shù)的效果和經(jīng)濟(jì)性還需進(jìn)一步的探究和優(yōu)化。