文 献 综 述

一、研究背景

受市场经济影响，近年来，我国生猪养殖业越来越呈现出扩大化、规模化的特点。中国的生猪养殖具有明显的区域性，主要分布于长江流域以及东南沿海。而随着农村经济的发展和农业结构的调整, 畜禽养殖由过去的农户分散养殖逐步过渡为集中养殖 ,并大多集中在城市附近。因此向江河湖水和城市周边排放大量的畜禽粪便及污水 , 使畜禽粪便污染成为极突出的环境问题, 严重威胁城乡环境质量^[1]，据报道，畜牧业COD排放总量约是生活污水和工业废水COD排放总量的2倍，BOD甚至高达3倍^[2]。换言之，养猪业可视为一个巨大的有机污染源，猪排泄物处理不当不仅会对人畜的健康造成危害，而且对生态环境也将造成巨大威胁。与此同时，我国作为世界第二大能源消费国，由于消费人口数量庞大，存在严重的能源短缺问题，日益成为制约我国社会经济发展的瓶颈。寻求经济发展的新动力被视为解决能源问题的重要途径而提上日程。

沼气作为生物质新能源为解决农村能源问题开辟了新的有效途径^[3]。利用厌氧消化技术转化处理猪粪等畜禽粪便已被证明是一种经济、有效的生物转化方式，这种方法不仅能防止在转化过程中原有的氮、磷、钾及其他各种养分产生的负面影响，而且能产生清洁能源沼气。

废弃生物质有机物厌氧发酵转化为生物燃气的过程，被认为是生物转化中最为复杂、最为困难的过程，因为它涉及多菌群、多反应、多相（固-液-气共存），该过程可分成水解、酸化-乙酸化-产甲烷3个阶段。

将畜禽粪便有机废弃物（如猪粪）进行厌氧发酵产生沼气，可替代农村生活能源， 并可用于供热及发电， 有利于缓解中国能源供求紧张的形势， 拓展解决中国能源问题的途径；同时沼渣可以部分代替化肥、 农药， 减少化肥农药的使用量，保证农产品安全生产， 提高农产品质量和市场竞争力。实现了猪粪的的能源化转换, 减少化石燃料的消耗和环境污染。因此 ,实施畜禽粪便厌氧发酵对于发展再生能源和保护环境有重大意义^[4] 。

厌氧发酵受到诸多因素影响，如接种物、碳氮比、水力停留时间、氨氮浓度、有害物质控制等。其中温度是影响厌氧过程的重要因素之一。发酵温度升高 , 能加速沼气生产, 但维持温度恒定的能耗也大大提升 。如何兼顾畜禽粪便消化效率和产能的关系成为重要的课题。一般来说，大多数甲烷菌在10~30℃（低温）、30~40℃（中温）和50~60℃（高温）^[5]条件下均能生存，相应的厌氧处理工艺也得到广泛研究。与中温发酵相比，高温厌氧发酵具有诸多显著优势，如更好的灭菌效果、更高的产气效率、以及更快的有机物降解速率^[6]而备受青睐。对于高温发酵相关的研究也与日俱增#8212;#8212;2002年，丹麦VEGGER沼气实验常以牛粪为主，实验得在50度高温发酵条件下产气率为5mshy;shy;shy;^3.m^-3d^-1.刘荣厚等进行猪粪常温、中温、高温厌氧发酵实验，由于选用的接种物为中温发酵沼气池底物，并未经过驯化，高温和失稳实验组中微生物的活性因环境因素而受到明显抑制，在发酵初、中期，中温实验组显现出明显的优势，但在发酵后期，高温实验组日产气量上升，并显著高于室温和中温实验组^[7]。同时研究发现，高温厌氧消化过程中，氨氮浓度始终处于合适的浓度范围内，极少出现氨氮抑制现象，但与中温发酵相比，高温条件下则相对更易发生氨抑制作用。

图2- 中、高温猪粪发酵产气情况对比

图3- 中、高温发酵pH、氨氮、VFA及TS/VS去除率对比