文 献 综 述

1.1厌氧发酵的研究背景与意义

人类进入21世纪后，面临最大的问题就是能源枯竭和环境污染问题。目前人类高度依赖于石油、煤炭、天然气等化石能源，但这些能源储量有限，终究会枯竭。同时，燃烧这些化石能源造成了日益严重的环境污染问题^[1]。因此，寻找开发新的能源以及能够解决环境污染的有效方法势在必行。

生物质能（biomass energy）是太阳能在生物质中以化学能贮存的能力形式^[2]。生物质能间接或直接来源于绿色植物的光合作用，它可以转化为固态、液态、气态的燃料，是一种可以再生资源，同时也是唯一的可再生碳源^[3]。生物质能属于世界第四大能源，仅次于煤、石油、天然气，是最为广泛的可再生能源。目前，人类对生物质能的利用，基本包括直接作为燃料的农作物秸秆、薪柴等，间接作为燃料的农林废弃物，动物的粪便、藻类等，它们主要是通过微生物的厌氧发酵作用生产沼气^[4]。

秸秆降解是一个微好氧过程，因此沼气生产的严格厌氧环境不利于秸秆的降解，且秸秆厌氧消化产生的沼气中含有微量的硫化氢，限制了沼气的直接利用。采用外加电压电解水可以连续地产生氧气和氢气。阳极产生的微量氧气为秸秆降解提供了微好氧环境，促进纤维素酶生产菌的生长，有利于秸秆的降解。同时电解水产生的氧气可以与沼气中的硫化氢发生氧化还原反应，将硫化氢氧化成硫单质，从而有效地降低沼气中有毒气体硫化氢的含量。阴极电解产生的氢气被氢营养型甲烷菌转换成甲烷，提高了甲烷的产率。因此本文以水稻秸秆为发酵原料，以南京工业大学沼气站秸秆发酵液为发酵接种物，极具针对性地研究了微电解对处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响，因此其具有着重要的研究与现实意义。

1.2厌氧发酵产沼气的机理

秸秆发酵产沼气是一个复杂的化学过程，大致可以分成三个阶段：水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。糖类、脂类、木质素、蛋白质四大类有机物是现如今在厌氧消化产甲烷过程中研究的主要代谢途径^[5]。

（1）水解、酸化阶段

水解性细菌或发酵性细菌群将复杂的有机物水解和发酵。纤维素、淀粉等碳酸化合物分解成糖类，糖类再分解成丙酮酸；蛋白质水解成氨基酸，再经过脱氨基作用形成有机酸和氨；脂类水解后形成甘油和脂肪酸，有机酸类进一步降解形成各种低级的有机酸，如丙酸、乙酸、丁酸、长链脂肪酸和乙醇等，同时还生产氢气和二氧化碳。氢气的产生是由于甲酸和铁氧还蛋白氧化作用的结果。含硫的氨基酸分解时形成硫化氢（一种有毒气体）。

（2） 产氢产乙酸阶段