農(nóng)作物秸稈產(chǎn)沼氣研究進(jìn)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(yīng)用秸稈制造沼氣方面的具體研究進(jìn)展，并展望了未來將秸稈當(dāng)作原料生產(chǎn)沼氣能源的研究方向，希望能夠提高農(nóng)作物秸稈的實(shí)際利用率，進(jìn)而解決我國資源短缺的問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物秸稈；沼氣；研究進(jìn)展；展望

中圖分類號：S861 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160333124

1 研究進(jìn)展

1.1 對原料進(jìn)行預(yù)處理

通過預(yù)處理秸稈可以提高秸稈的實(shí)際產(chǎn)氣率以及利用率，人們通常會從改善質(zhì)地與調(diào)節(jié)營養(yǎng)等2方面研究秸稈的預(yù)處理。調(diào)節(jié)營養(yǎng)一般是對碳氮比進(jìn)行調(diào)整。常見的調(diào)節(jié)營養(yǎng)的方法分別是：與部分碳氮比不高的原料進(jìn)行混合實(shí)現(xiàn)發(fā)酵的目的；適當(dāng)?shù)募尤牖瘜W(xué)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(chǎn)氣率高達(dá)0.47L/g，比處理的秸稈產(chǎn)氣率高17.6%。改善質(zhì)地大致包括化學(xué)處理、生物處理與物理處理等。物理處理即應(yīng)用熱處理或機(jī)械處理改變秸稈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部形態(tài)。

1.2 反應(yīng)器接種

秸稈與糞便等發(fā)酵原料進(jìn)行比較，其自身附著較少的微生物，只通過自身馴化很難達(dá)到發(fā)酵目的。所以，想要應(yīng)用秸稈來制沼氣，必須提前準(zhǔn)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(chǎn)烷活性，其研究結(jié)果顯示，最好的接種物為城市污水，它在30℃下要比牛糞產(chǎn)烷活性高10倍左右。

1.3 對發(fā)酵條件進(jìn)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(diǎn)，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(jìn)而使微生物可以與底質(zhì)充分接觸，這是提高產(chǎn)氣率的一很好方法。可是，在秸稈制沼氣中，反應(yīng)器中有著較大的原料濃度，想應(yīng)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(yīng)用此方法。Lars Mattias等人應(yīng)用循環(huán)回流的方式對秸稈進(jìn)行了處理，產(chǎn)氣率明顯有所增加，產(chǎn)氣量能夠達(dá)到1.35m3/（m3·d）。Zhang等人又將稻草作為發(fā)酵原料進(jìn)行沼氣生產(chǎn)，分別以50g/L、75g/L和100g/L的數(shù)量投入稻草，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在增加原材料的投入量過程中，產(chǎn)氣量也會隨著增加。

2 對未來的展望

2.1 對原材料預(yù)處理的展望

通過研究發(fā)現(xiàn)秸稈的成分以及質(zhì)地會影響到產(chǎn)氣率。秸稈由果膠、半纖維素、蠟質(zhì)和纖維素等組成，質(zhì)地非常輕，很難進(jìn)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(jìn)行發(fā)酵。應(yīng)用物理法、生物法以及化學(xué)法來處理秸稈一直是眾多專家學(xué)者人研究的內(nèi)容，并且現(xiàn)階段已經(jīng)獲得相應(yīng)效果。可是其中卻存在著很多問題等待解決：增加了處理費(fèi)用；化學(xué)處理會造成二次污染；生物處理一直都在試驗(yàn)的初級階段。所以，未來必須要找到一個(gè)科學(xué)的秸稈處理方法，以提高產(chǎn)氣率。

2.2 對反應(yīng)器接種的展望

在應(yīng)用秸稈制沼氣的過程中，應(yīng)該由接種物引發(fā)反應(yīng)，現(xiàn)在眾多研究中也一直都應(yīng)用傳統(tǒng)接種物來引發(fā)秸稈發(fā)酵反應(yīng)。可是下述幾方面原因?qū)е聜鹘y(tǒng)接種物的引發(fā)效率低，且代價(jià)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(diǎn)相適應(yīng)，所以，不同接種物會對發(fā)酵的啟動和運(yùn)行造成極大影響[3]；因?yàn)閭鹘y(tǒng)接種物沒有較高的效率，在引起反應(yīng)時(shí)需要眾多接種物，這不但加大了進(jìn)料強(qiáng)度，還增加了成本；因?yàn)楸姸嘁蛩氐挠绊懀讷@取接種物方面也存在著很多困難，阻礙反應(yīng)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(chǎn)氣率，這值得人們進(jìn)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(yīng)器的效率也非常高。可是，在實(shí)際操作中，不但要考慮效率，還要考慮操作管理與經(jīng)濟(jì)性等。尤其是從產(chǎn)能與節(jié)能這2個(gè)觀點(diǎn)分析，沼氣的發(fā)酵需要根據(jù)凈產(chǎn)能量進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(yīng)該通過綜合比較之后才可以確定。同時(shí)，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(yīng)式保持恒溫，是未來秸稈制沼氣的重點(diǎn)研究方向。

3 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國面臨著環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長2種壓力，這就需要農(nóng)村利用秸稈發(fā)酵制沼氣為獲取能源，進(jìn)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(jīng)有了相應(yīng)的進(jìn)展，但是還有不足之處，需要眾多研究人士可以對其加強(qiáng)完善與改進(jìn)，進(jìn)而使秸稈產(chǎn)氣率大幅度提高。

參考文獻(xiàn)

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