能源是社会和经济发展的重要物质基础，必须要通过消耗资源来获取。化石能源资源消耗迅速，严重威胁到社会的可持续发展，迫使人类去寻求替代能源，尤其是可再生能源。沼气发酵作为目前最经济、实用、有效的生物质能利用途径将在可持续发展中发挥越来越重要的作用和产生巨大的贡献（1）。

沼气发酵就是指有机物经沼气发酵微生物的发酵作用而产生的一种混合气体（2）。沼气发酵的原料来源很多且大多数为生物质资源，包括农作物秸秆、薪柴、畜禽粪便、生活垃圾等。 我国农村生物质能的传统利用方式浪费严重，利用效率仅在1O%左右，而且不合理的能源利用方式导致了资源的白白浪费，同时也对环境造成了一定程度的污染（3）。中国每年产生的畜禽粪便有20多亿吨，其中猪粪占到50％左右（4）。长期以来，猪粪作为养猪产业的废弃物，经常采取的方式就是丢弃，造成了对环境的污染，也造成了生物资源的浪费。截至2001年,上海市郊县(区)规模化猪饲养场年畜禽粪便的排放量高达711万吨, 远远超过了农田承受的上限。据估算, 全年进入水环境的粪便量为206万吨, 占总量的30%（5）。

猪粪作为生物能源物质，是厌氧发酵产沼气的重要原料。厌氧发酵产生的沼气的主要成分是甲烷占55% ～70%左右，二氧化碳占25% ～40%左右，此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。沼气经过提纯纯化后可以用于发电或作为燃料使用。在产生沼气的同时 ，发酵后会产生固液混合剩余物，这些剩余物经过脱水处理后。脱水后形成的沼渣可以进行填埋，或作为肥料；沼液也可以进人污水处理厂处理，或作为过程水回流等来调节厌氧消化，大大提高了综合效益（6）。

猪粪厌氧发酵产沼气的基本过程是指固态有机物经过发酵变为沼气的过程。发酵过程通常分为水解液化、产酸和产甲烷三个阶段（7），如图1-1所示。

(一) 液化水解阶段

沼气发酵系统中，发酵细菌主要以淀粉、脂肪和蛋白质为基质。这些复杂的有机物首先是在水解酶的作用下分解为水溶性的简单化合物。经过水解作用后，多糖分解为可溶性单糖，蛋白质分解为肽或氨基酸，脂肪分解为甘油和脂肪酸。然后这些水解产物可以进入微生物细胞，参与细胞内的生物化学反应（8）。

(二)产酸阶段

水解产物进入微生物细胞后，由产氢细菌、产乙酸细菌在胞内酶的作用下，将水解阶段分解的物质进一步分解成小分子化合物。如低级挥发性脂肪酸、醇、醛、酮、氢、二氧化碳、游离态氨等等。其中主要是挥发性脂肪酸、乙酸比例最大，约占80％，故此阶段称为产酸阶段，而参与这一阶段的细菌统称为产酸菌。

(三)产甲烷阶段