农田废弃物的资源化利用+文献综述(8)
进入21世纪以来，我国农村沼气工程建设发展迅速，主要源于一方面国家加大了对农村沼气建设的支持和投入，例如国家实施的小型公益设施沼气建设项目，农业部推出的生态家园富民工程和各地推广沼气技术，投入了大量的资金帮助农民建沼气池；另一方面是沼气工程技术在不断进步，为农村沼气建设奠定了技术基础，使用者也明显感觉到越往后建设的沼气池越好用。
特别是以沼气为纽带的生态农业综合开发，使沼气池能够发挥能源、卫生和肥料等功能；通过沼气生态农业建设，把沼气池建设与改圈、改厕、改厨、改院相结合，引导推广北方“四位一体”及南方“猪-沼-果”和西北“五配套”等多种能源生态模式，引导农民改变落后的生产生活方式，实现家居温暖清洁化、庭院经济高效化和农业生产无害化。通过技术创新增强沼气池的使用功能，多方面地发挥沼气池的使用效益，提高沼气建设的综合效益，为农民带来实惠，深受农民欢迎。
3.2秸秆的预处理方法
秸秆中含有大量的纤文素、木质素，这是导致发酵速率低的主要因素。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秸秆的预处理方面，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。秸秆的预处理方法包括物理、化学和生物方法。
3.2.1 物理方法
物理方法有机械加工、高压或高温蒸煮以及辐射处理等。常用的机械方法有切碎、粉碎、磨碎、高温球磨等。其目的是增加厌氧微生物与基质的接触面积，或通过破坏细胞壁结构使之易于消化。研究发现用厌氧分步固体反应器对稻草进行厌氧发酵，粉碎的稻草比未经处理的稻草产气率提高17%，而高温处理过的稻草与未处理的稻草相比，其固体含量大大降低，且产气率提高。当温度从60℃上升到110℃时，其产气率提高了2.5%至7.5%，然而产气量并不是随着温度的上升而直线上升。
3.2.2 化学方法
化学方法主要有氨化、碱化、酸化、氧化等。碱化处理就是用氢氧化钠，氢氧化钙或氢氧化钾等溶液浸泡秸秆或喷洒于秸秆表面，以打开纤文素、半纤文素和木质素之间的醋键，溶解纤文素、半纤文素和一部分木质素及硅酸盐，使纤文素膨胀，从而提高消化率。氨化处理就是用氨水、无水氨或尿素处理秸秆。
氨化具有三种作用：
（1）碱化作用，氨为碱性，故可起到与碱化处理方法同样的作用；
（2）是氨化作用，氨与秸秆中的有机物发生变化，生成铁盐，成为厌氧微生物的氮素来源，被微生物利用，并同碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白；
（3）是中和作用，氨呈碱性，可与秸秆中的有机酸结合，消除秸秆中潜在的酸性，提高微生物的活性，从而提高秸秆的消化率。试验表明氨水具有较好的氨化性能。
3.2.3生物方法
生物方法就是利用具有强木质纤文素降解能力的微生物对秸秆先进行固态发酵，把作物秸秆中的木质纤文素预先降解成易于厌氧菌消化的简单物质，以缩短随后的厌氧发酵时间、提高干物质消化率和产气率。其技术关键就是寻求强木质素降解能力的菌种，并确定其适宜的发酵条件。
3.3秸秆发酵阶段
沼气发酵也叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸杆、污水等有机物质在密封的沼气池内，在一定的温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，通过厌氧性微生物的分解代谢而产生沼气的过程。
表3-1 常用发酵原料含水率