微量金属元素添加物对秸秆厌氧发酵制取沼气的试验研究(2)

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参考文献 11

致谢 13

1 前言

1.1 选题的背景及意义

进入了21世纪以后，随着中国经济水平的逐渐提高，煤炭、石油、天然气等的不可再生的燃料的使用越来越大，并在总能源使用量中占到80﹪以上，可是我国的能源利用面临着越来越严峻的形势，因此新能源的开发以及利用变得非常的紧急和迫切。生物质能有很多非常突出的特点，比如没有污染、还能够再生、并且存在广泛，这非常大的潜力在未来会成为传统化石燃料的替代。

根据国际能源署（IEA）的研究，国际上所有的电力供给中来自可再生能源的发电总量在将来的二十年内的增长速度将会是最快的。同时研究还指出，生物质能的发电量将会比传统的燃料发电都要有更快的增长速度，而且年平均增长速度预计会在6%左右，在未来二十年内将会增加到现在的六倍，预计到本世纪中叶，地球上总电力的5%将由可再生能源发电提供，其中生物质能将占绝大部分。

农作物秸秆的处理和利用一直是中国这样一个传统农业大国面临的棘手问题，每年有总量16亿吨的农作物秸秆产生，其中可回收并作为新能源利用的有5亿吨以上。随着时代发展，农村经济和农民们生活水平不断提高，绝大多数农村地区的日常生活依赖着液化气及电力。然而每年有大量的剩余秸秆得不到有效利用，被丢弃在田间，农民们为图方便经常将这些秸秆付之一炬，这样不仅是对资源的浪费也是一种环境的一种污染。所以关于如何有效地将农作物秸秆作为未来能源来利用，是未来的能源学科与环境学科的热门课题。所以这是非常有现实意义的，研究农作物秸秆转化成可利用的能源的技术。

秸秆沼气发酵生物法即为秸秆生物气化，是秸秆在厌氧条件下经微生物发酵而产生沼气和有机肥料的技术工程，可利用稻草、麦秆、玉米杆等多种秸秆并与农村生活垃圾、果蔬废物、粪便等混合发酵，原料组合非常灵活来源充足，有广阔的发展空间和发展潜力[1]。

我们希望将秸秆通过厌氧发酵系统产生沼气的研究推入新的高度，研究在特殊的试验条件下，即加入某些特殊成分时整个试验的变化情况。如加入几种微量金属元素（Cu、Co、Mn、Zn），通过每天对沼气产量和系统pH值的测定，进行理论研究，以期待能推进新能源的研究来解决我们实际遇到的问题。

2 选题的理论背景简述

2.1 沼气厌氧发酵原理

厌氧发酵的别称是厌氧消化，厌氧发酵的情况下，将有机废物在系统中各类微生物的消化分解下进行有效地转化，同时产生的沼气可供供生产生活使用。在微生物学中，系统中的有机物互作为氧化剂和还原剂，这也是发酵的定义。在生态学中，沼气发酵系统可分为两大类，分别为，和不稳定系统稳定系统。沼气发酵的过程不是一个简单的过程，它是一个有着多层次的细菌群落的系统。整个作用机理是在秸秆预处理物发酵时，最初的营养基质通过菌落的作用不断转化为中间物，这个过程中的微生物和优势种群的作用和数量都在不断地发生着变化，并且最终形成的依旧是一个不稳定的生态系统。源'自:优尔-'论.文'网"]www.youerw.com

当进行连续进料和出料的阶段，如果基质成分和环境条件下是稳定的，而微生物和优势种群的组成也相对稳定，生态将最终形成相对稳定的。厌氧消化是一个时分复杂的微生物群落降解有机物的过程，其中间产物主要是以丁酸为代表的一类挥发性脂肪酸 , 其浓度大小直接地影响甲烷菌的活性 , 进而影响反应器运行的状态[2,3,4]。在沼气池中微生物的物质的代谢及能量转换的过程中，微生物不仅有剩余足够的能量及物质来生长繁殖，与此同时，大部分的营养物质被微生物生命活动转化为二氧化碳及甲烷[5]。沼气厌氧发酵的基本过程分为三个阶段，分别是：液化、产酸、产甲烷。产甲烷菌和非产甲烷菌两菌为主要细菌的沼气微生物组[6,7]。厌氧消化是不产甲烷菌的生长和生命活动的代谢，和不产甲烷菌将继续的碳水化合物，蛋白质的降解，脂肪和其他有机物，营养物质的生成需要的甲烷菌和产甲烷，甲烷菌生长代谢不产生厌氧环境是非常有利于产甲烷菌的繁殖。二氧化碳、乙酸、氢等代谢废物，在累积太多的时候，会抑制反应进行的活性，应当及时地清除，而此时产甲烷菌就可以为产酸菌清理代谢废物，在沼气发酵系统里，有效地防止酸累积过多，同时为产酸菌提供了一个良好繁殖的环境条件。在酸性条件下,非离子态的酸抑制了微生物的活性, 而在碱性条件下，化学作用占主导地位因此,只有中性条件下才能有效地促进秸秆处理物的酸化水解；并在中性条件下产甲烷菌的活性也较强，同时可促进产气[8,9]。