文 献 综 述

1.研究背景

我国是一个能源短缺的国家，也是生物质资源大国。据统计，中国每年产生农作物秸秆总量约7亿吨^[1]，除去用于造纸，饲料或饲料原料以及造肥还田外，还约有3.7亿吨秸秆可作为能源物质加以利用^[2]。农作物秸秆是一种重要的富含有机质的生物质能源^[3]。因此，利用现代技术将作物秸秆转化为高效，洁净，方便的高品位能源-沼气，对缓解我国常规能源的紧张状况，促进社会经济的可持续发展和生态环境的改善都具有重要意义。

秸秆中含有大量的木质素，纤维素，这是导致发酵速率低的主要因素^[4]。若将秸秆直接入沼气池进行发酵产气慢，产气量少，不经济，无法大面积推广应用。因此，目前的研究主要集中在稻杆的预处理方面，使秸秆的内部结构发生变化，秸秆变柔软，疏松，以利于厌氧微生物分解利用^[5]。

2.国内研究现状

在沼气工程的运行上，主要从有三个方面进行优化，分别是原料预处理、发酵工艺类型和沼气利用方式。现如今我国在这三个方面的研究现状如下。第一，在原料预处理方面。目前，中国秸秆沼气工程中的原料预处理主要有以下方法：（1）物理方法^[6]，目前使用最多的是机械破碎。这种方法对发酵的效率提高十分有限，因此该方法一般要与其他方法结合使用：（2）化学处理法^[7]，在中国使用的秸秆沼气工程中主要用氢氧化钠进行处理。这种方法在中原地区，东北地区比较常见。不过，高浓度的钠离子会对沼气的发酵抑制而且会引发对环境的二次污染；（3）生物法^[8]，利用微生物进行预处理。生物法处理的成本低，处理条件很温和并且不需要专门的仪器设备，最终的处理效果也较好，所以受到了关注：（4）热处理法^[9]，目前主要是高压水蒸气爆破法，这个仪器主要是要破坏秸秆的结构，用以提高利用率。但是，该方法需要用设备，所以该方法的推广受到了限制^[10]。

虽然秸秆厌氧发酵技术日益成熟，但由于我国对沼气技术的研究还处于初步阶段，已建成的沼气工程运行时间较短，不同工业技术还都存在着一些问题，总结为以下几点：第一，投入与产出比例严重失调^[11]。因为秸秆含高木质纤维素，使得其在厌氧消化技术的投入成本高而回报少；第二，容易造成酸中毒^[12]。秸秆在降解的过程中，由于秸秆的固体浓度较高，在降解的过程中会产生大量的酸，但是从现有的技术来看，又不能有效地在之后的降解中将酸消除，久而久之，非常容易造成酸中毒；第三，进料相对困难^[13]，严重影响了整个工程的进度，最终导致了经济收益的减少。

3.国外研究现状

欧洲作为世界沼气发展的先进水平，是沼气发展较为成熟，政策配套相对完善的地区，其沼气利用形式由发电，供热丰富到净化提纯后作为车用燃料和民用燃气，成功地实现了产业化和商品化^[14]。

法国在2006年7月新上网电价的颁布成为法国沼气发展史中的转折点^[15]。法国是把沼气作为汽车燃料的第一个国家。法国里尔有124辆沼气燃料汽车^[16]。法国最新的沼气垃圾处理厂在法国北边的加来市，在2006年12月8日正式运行^[17]。工厂每年处理垃圾总量有28000吨，主要处理的是经过筛选的能够发酵生物的有机生活垃圾，这些垃圾主要来自于市区和周边59个城镇^[18]。沼气处理后产生的沼渣将用于农业生产，产生的沼气卖给法国电力，可用于发电。