工程應(yīng)用視域下農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵資源化技術(shù)綜述與建議

鮑家澤， 王如平， 馬玉銀， 馬武生， 張軍， 沈停云

(揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009)

生物質(zhì)能源是重要的可再生能源。農(nóng)作物秸稈和畜禽糞污是常見(jiàn)的生物質(zhì)能源，其厭氧發(fā)酵可生產(chǎn)沼氣能源，沼渣和沼液可加工成優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。水稻、玉米、小麥等大宗作物秸稈，因產(chǎn)甲烷潛力較高，成為目前重點(diǎn)研究和利用的秸稈生物質(zhì)[1]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的養(yǎng)殖糞污屬于高含氮原料，也是優(yōu)質(zhì)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的生物質(zhì)，同樣得到高度關(guān)注和綜合利用[2-4]。因此，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈與畜禽糞污等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物的高效高值、綠色安全、低能耗的綜合利用，是事關(guān)當(dāng)前農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染減排的重要課題，農(nóng)作物秸稈-養(yǎng)殖糞污資源化已成為當(dāng)前的研究與技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)之一。

1 國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)秸稈與畜禽糞污資源化利用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外情況

國(guó)外生物質(zhì)能技術(shù)開(kāi)發(fā)是從20世紀(jì)70年代末期開(kāi)始的，現(xiàn)已有很大進(jìn)展，秸稈直燃發(fā)電[5]的先進(jìn)設(shè)備已投放市場(chǎng)，熱解氣化技術(shù)[6]也飛速猛進(jìn)，燃料乙醇[7]等多項(xiàng)技術(shù)裝備已進(jìn)入規(guī)?；蜕唐坊A段。與此同時(shí)，國(guó)外厭氧發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物得到了較好的工程化應(yīng)用，厭氧發(fā)酵沼氣工程在歐洲國(guó)家應(yīng)用最為廣泛，以德國(guó)、丹麥、意大利為代表。

在德國(guó)，幾乎所有的沼氣工程都采用熱電聯(lián)產(chǎn)模式進(jìn)行運(yùn)作，在產(chǎn)生電能的同時(shí)供應(yīng)熱能，提高了能源的利用效率[8]?？紤]到秸稈單獨(dú)發(fā)酵易酸化、畜禽糞便單料發(fā)酵時(shí)易出現(xiàn)氮抑制、產(chǎn)氣性能不佳、產(chǎn)氣穩(wěn)定性較差等問(wèn)題[9-10]，德國(guó)沼氣工程較多傾向于采用農(nóng)作物秸稈-養(yǎng)殖糞污混合厭氧發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)兩種原料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，約90%以上農(nóng)場(chǎng)采用混合發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行沼氣工程建設(shè)，在各種發(fā)酵原料中豬糞、牛糞的應(yīng)用比例在50%～80%。例如，德國(guó)MBB公司采用500 m3兩相混合厭氧罐消化豬糞[11]，中溫產(chǎn)氣率可達(dá)到5 m3·m-3·d-1。沼氣工程中產(chǎn)生的沼液、沼渣在得到適當(dāng)?shù)奶幚砗笾瞥缮鷳B(tài)肥料進(jìn)行利用，沼氣工程的產(chǎn)物又回到循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)零排放。在發(fā)酵原料的使用上更為多樣化，除了使用常見(jiàn)的動(dòng)物糞便、農(nóng)業(yè)廢棄物之外，還有餐廚垃圾、食品工業(yè)生產(chǎn)廢棄物、變質(zhì)的蔬果食物等，此外還有專用于沼氣工程的能源作物作為原料。

丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤邕M(jìn)行秸稈發(fā)電的國(guó)家，已建有130多座秸稈發(fā)電站，秸稈發(fā)電等可再生能源已占該國(guó)能源消耗總量的24%[12]。在該技術(shù)中，秸稈預(yù)處理工序?qū)τ谔岣甙l(fā)酵質(zhì)態(tài)影響較大，利用混合菌劑低能耗地降解秸稈木質(zhì)素、纖維素，有利于加速混合厭氧發(fā)酵啟動(dòng)、提高沼氣產(chǎn)率。

在意大利，馬卡農(nóng)場(chǎng)以糞污和生物質(zhì)(秸稈或青貯玉米)為原料，利用機(jī)械設(shè)備將糞污集中在儲(chǔ)糞池中，然后與生物質(zhì)按比例混合加入沼氣罐，產(chǎn)生沼氣并發(fā)電[13]。通常采取兩種沼氣池，一種沼氣池采用“70%糞污+30%生物質(zhì)”模式，發(fā)電規(guī)模約900 kW·h；另外一種采用沼氣發(fā)電效率更高的“30%糞污+70%生物質(zhì)”模式?；旌涎b置可使沼氣池內(nèi)料液實(shí)現(xiàn)完全均勻或基本均勻狀態(tài)，有助于微生物和原料充分接觸，加快發(fā)酵速度、提高容積負(fù)荷率和體積產(chǎn)氣率。沼氣發(fā)電之后，能夠?qū)φ釉⒄右哼M(jìn)行很好的利用。其中，沼渣經(jīng)過(guò)干燥后作為奶牛場(chǎng)臥床和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的墊料，適當(dāng)時(shí)候再通過(guò)地表施肥和深層施肥方式用于農(nóng)田作物肥料，這樣既減少了施用沼渣壓力，又減少了墊料投入。沼液直接還田，或?qū)φ右哼M(jìn)行曝氣，其氮素通過(guò)消化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}、亞硝酸鹽，再經(jīng)過(guò)反硝化作用產(chǎn)生氮?dú)猓貧庀牡碾娔芸膳c沼氣發(fā)電結(jié)合，還可以對(duì)沼液進(jìn)行4次過(guò)濾，減少沼液體積50%以上，加入Na、Ca將NH3置換排出，排出的NH3與硫酸反應(yīng)生成硫酸銨，形成新的產(chǎn)品。

由此可見(jiàn)，國(guó)外不僅將沼氣工程作為獲取能源和處理污染物的工具，更是將其作為循環(huán)利用資源的手段，其圍繞農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖糞污，以沼氣工程及應(yīng)用為主線，開(kāi)展了厭氧發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了沼氣發(fā)電、沼渣沼液融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈或深度處理加工，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的“多贏”。

1.2 國(guó)內(nèi)情況

國(guó)內(nèi)厭氧發(fā)酵技術(shù)研究與應(yīng)用也在迅速開(kāi)展中，特別是混合厭氧發(fā)酵引起高度關(guān)注。在技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)上，以“中國(guó)知網(wǎng)”為檢索庫(kù)，以“混合厭氧發(fā)酵”為主題詞進(jìn)行結(jié)果檢索，檢索到相關(guān)文獻(xiàn)157篇(截至2020年4月)、476篇(截至2022年2月)，但工程應(yīng)用方面的報(bào)道偏少。查閱專利數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)檢索式“秸稈厭氧發(fā)酵or糞污厭氧發(fā)酵or秸稈糞便混合厭氧發(fā)酵or沼氣產(chǎn)量”，檢索到相關(guān)專利525篇(截至2020年4月)、1 188篇(截至2022年2月)，其中有662項(xiàng)為2017—2021年申請(qǐng)。在技術(shù)應(yīng)用上，截至2016年底，全國(guó)規(guī)?；瘏捬醢l(fā)酵沼氣工程已發(fā)展到11.34萬(wàn)處，其中產(chǎn)氣量5 000 m3·d-1以上的特大型沼氣工程51處、產(chǎn)氣量150～5 000 m3·d-1的大中型沼氣工程約1.8萬(wàn)處[14]。以作者所在的江蘇省揚(yáng)州市為例，全省畜禽糞污總量可達(dá)4 600萬(wàn)t·a-1，糞尿總量年產(chǎn)量7 300萬(wàn)t·a-1，全省每年建設(shè)完善1 000家左右的規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖治污工程。部分企業(yè)依托沼氣發(fā)電工程在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)，將沼渣沼液回用于藕田和大棚蔬菜灌溉以及外售，形成了“種植—養(yǎng)殖—沼氣—肥料—種植”的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

近年來(lái)，國(guó)家支持鼓勵(lì)大中型沼氣工程建設(shè)發(fā)展，出臺(tái)了相關(guān)支持政策措施，特別是在農(nóng)作物秸稈-養(yǎng)殖糞污混合厭氧發(fā)酵方面，開(kāi)展了最新的資源化利用工程示范。例如，2019年安徽省首個(gè)秸稈糞污資源化混合綜合利用工程——歙縣昌農(nóng)秸稈糞污混合大中型沼氣發(fā)電(供氣)工程[15]正式并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目處理秸稈3 000 t·a-1、處置牛糞糞污3 200 t·a-1，為蔬菜基地提供3 600 t·a-1的沼渣沼液有機(jī)肥，產(chǎn)生沼氣28萬(wàn) m3·a-1，發(fā)電40萬(wàn)(kW·h)·a-1，增效約20萬(wàn)元·a-1，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益顯著。

目前我國(guó)以厭氧發(fā)酵為主體技術(shù)的沼氣工程依然處于較低的層次，主要原料是畜禽糞污和農(nóng)作物秸稈，發(fā)酵工序“三沼”利用率低，運(yùn)行困難，資源化利用需要進(jìn)一步提升，其中沼氣產(chǎn)生工藝及裝置設(shè)施需提升專業(yè)化、工程化應(yīng)用層次，沼渣沼液需要全過(guò)程持續(xù)安全低風(fēng)險(xiǎn)消納和深度資源化利用。同時(shí)，現(xiàn)有單一發(fā)酵的技術(shù)穩(wěn)定性差、產(chǎn)氣量受限制、沼液沼渣未形成安全有效的處置出路等問(wèn)題，客觀上要求以混合厭氧發(fā)酵為代表的高效高值、綠色安全、低能耗的技術(shù)工藝得到研發(fā)和推廣應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

2 農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)分析

2.1 發(fā)酵原料及配比對(duì)厭氧發(fā)酵的影響

目前，用于沼氣發(fā)酵的生物質(zhì)原料主要包括農(nóng)作物秸稈、植物落葉、畜禽糞便以及生活垃圾，作物秸稈、畜禽糞污作為厭氧發(fā)酵的主要原料在戶用沼氣中發(fā)揮重要作用。其中，在秸稈生物質(zhì)品種上，研究表明，玉米、水稻等秸稈產(chǎn)甲烷量相對(duì)最大，產(chǎn)甲烷潛力突出[1]，屬于優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)發(fā)酵原料。鑒于秸稈單獨(dú)發(fā)酵時(shí)易酸化、畜禽糞便單料發(fā)酵時(shí)易出現(xiàn)氮抑制[9-10]、產(chǎn)氣穩(wěn)定性較差，混合發(fā)酵具有良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，秸稈與畜禽糞便混合發(fā)酵不僅可解決沼氣發(fā)酵原料不足的問(wèn)題，還能調(diào)節(jié)原料碳氮比，提高發(fā)酵效率?；旌蠀捬醢l(fā)酵是今后沼氣厭氧發(fā)酵技術(shù)的主要方向，而發(fā)酵原料及配比是重要影響因素。

2.2 溫度對(duì)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的影響

溫度對(duì)秸稈厭氧發(fā)酵效率、發(fā)酵周期、產(chǎn)氣質(zhì)量等具有重要影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于溫度與厭氧發(fā)酵之間的關(guān)系進(jìn)行了大量研究，并取得了豐富的成果[16-18]。根據(jù)發(fā)酵溫度，可將厭氧發(fā)酵工藝分為常溫發(fā)酵(10～30 ℃)、中溫發(fā)酵(35～38 ℃)和高溫發(fā)酵(51～53 ℃)。通常情況下，在一定的范圍內(nèi)，發(fā)酵效率隨溫度升高而逐漸提高，但高溫會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生酸化，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而中溫和常溫的甲烷含量均能達(dá)到比較理想的水平，并且系統(tǒng)啟動(dòng)快、運(yùn)行穩(wěn)定。因此，從能量投入產(chǎn)出、產(chǎn)氣穩(wěn)定性等因素綜合考慮，比較理想的農(nóng)作物生物質(zhì)廢棄物的處理方法是中溫厭氧消化。

2.3 pH對(duì)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的影響

pH可影響厭氧發(fā)酵微生物體內(nèi)酶活性及生物體細(xì)胞結(jié)構(gòu)、形態(tài)，進(jìn)而影響厭氧分解活性。研究表明，pH較低時(shí)發(fā)酵過(guò)程中易產(chǎn)生丙酸，其對(duì)厭氧細(xì)菌具有抑制作用，導(dǎo)致沼氣產(chǎn)量降低；pH過(guò)高同樣也會(huì)造成微生物堿中毒影響其生物活性[19]。適宜的pH是秸稈沼氣厭氧發(fā)酵的重要保證，在適宜pH下(一般6.0～7.5)，厭氧發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間明顯加快，沼氣產(chǎn)量一般可顯著提高，同時(shí)也可較大幅度降低發(fā)酵液總固體濃度和揮發(fā)性固體濃度。此外，初始pH也會(huì)影響糞污與秸稈混合發(fā)酵后的沼渣沼液重金屬含量[20]。

2.4 接種物對(duì)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的影響

微生物的種類和數(shù)量對(duì)秸稈、糞污厭氧發(fā)酵效果有著重要作用，適宜的接種比和接種物可以有效提高混合厭氧發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵周期[21-25]。常見(jiàn)的接種物主要有秸稈消化液、糞污消化液、污泥消化液、消化污泥、瘤胃胃液等。同時(shí)，接種比的差異也會(huì)影響到秸稈的產(chǎn)氣速率，接種比過(guò)大易導(dǎo)致產(chǎn)酸過(guò)快而造成pH急劇下降，出現(xiàn)酸累積和產(chǎn)甲烷細(xì)菌受抑制現(xiàn)象；接種比過(guò)小易導(dǎo)致底物酶解速率慢而使產(chǎn)氣效率下降。因此，合適的接種物和接種比對(duì)秸稈的厭氧發(fā)酵十分重要，應(yīng)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)效率與酸累積之間的平衡。

2.5 預(yù)處理對(duì)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的影響

秸稈水解過(guò)程影響秸稈厭氧消化效率，而纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、結(jié)晶聚合度、水分含量、可利用表面積、木質(zhì)素含量等均是秸稈水解影響因素。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常針對(duì)不同的影響因素采用合適的預(yù)處理方法以提高秸稈水解效率和發(fā)酵效率。目前，秸稈的處理方法有物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理、生物預(yù)處理以及聯(lián)合預(yù)處理方法[26-28]。物理預(yù)處理[29]具有高效便捷、清潔有效的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備要求高、資金投入大，不適合工業(yè)化推廣使用；生物預(yù)處理[30]常見(jiàn)方式有堆腐預(yù)處理、白腐菌預(yù)處理等，具有專一性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境無(wú)危害等優(yōu)點(diǎn)，但處理周期長(zhǎng)、預(yù)處理效率不高，環(huán)境要求較高特別是部分菌劑對(duì)環(huán)境溫度要求較嚴(yán)格，因而開(kāi)發(fā)混合菌劑或優(yōu)勢(shì)特異性菌種是重要研究方向之一；化學(xué)預(yù)處理[31]常見(jiàn)的有酸預(yù)處理、堿預(yù)處理[32]，其中堿預(yù)處理常見(jiàn)試劑有NaOH、Ca(OH)2、氨水等，具有高效、低投入，以及防止在酸化階段pH持續(xù)下降從而可以保證發(fā)酵環(huán)境滿足甲烷菌的要求并最終使產(chǎn)氣效率提高等優(yōu)點(diǎn)。單一的預(yù)處理方式存在成本高、效率低等問(wèn)題，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。多種預(yù)處理方式的組合是生物質(zhì)能源預(yù)處理的發(fā)展趨勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)的研究[33]，包括物理-化學(xué)方法、化學(xué)-生物以及物理-生物法聯(lián)合等預(yù)處理方法，而避免使用大量的化學(xué)試劑、開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境危害小的化學(xué)助劑以提高預(yù)處理效率、降低環(huán)境影響，應(yīng)是研究方向之一。

2.6 重金屬、抗生素對(duì)發(fā)酵的抑制作用及其全流程消減

近年來(lái)，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；⒓s化發(fā)展，飼料添加劑、養(yǎng)殖業(yè)抗生素使用量不斷增加。重金屬、抗生素(常見(jiàn)的有四環(huán)素類、氟喹諾酮類、磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素)在畜禽飼料及糞污中有不同濃度的殘留[34]，對(duì)厭氧發(fā)酵具有一定的抑制作用?？紤]到畜禽糞污沼渣沼液還田消納是當(dāng)前我國(guó)厭氧發(fā)酵沼渣沼液處置的主要方式之一，沼渣沼液中重金屬、抗生素類污染物殘留使其還田消納存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其全流程有效削減尤為必要。生物炭對(duì)沼渣沼液重金屬具有良好的鈍化作用[35-38]，成為消減重金屬抑制作用的重要技術(shù)方向。目前關(guān)于抗生素對(duì)厭氧發(fā)酵抑制作用的研究主要圍繞抑制機(jī)制、影響因素等[39-41]，現(xiàn)有處理技術(shù)方法主要是堆肥、厭氧消化、高級(jí)氧化、植物修復(fù)等，大多處于研究階段，工程化應(yīng)用尚需實(shí)踐探索。上述技術(shù)方法傾向于末端處理，如何與厭氧發(fā)酵協(xié)同實(shí)現(xiàn)重金屬、抗生素全流程消減，是一項(xiàng)重要實(shí)踐課題。因此，實(shí)現(xiàn)重金屬鈍化，降低生物有效性以及消減抗生素，化解重金屬、抗生素對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程的抑制，降低沼渣沼液農(nóng)用消納環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有利于促進(jìn)畜禽糞污厭氧生物發(fā)酵沼渣沼液安全利用，事關(guān)厭氧發(fā)酵技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。

3 資源化利用技術(shù)瓶頸與研究開(kāi)發(fā)主攻方向

3.1 資源化利用技術(shù)瓶頸

多原料混合發(fā)酵相比較于單料發(fā)酵具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。雖然我國(guó)在多原料混合發(fā)酵方面也做了很多有成效的工作，包括參數(shù)研究、原料篩選、以生物炭為代表的導(dǎo)電材料等外源投加物開(kāi)發(fā)及其效應(yīng)等，但實(shí)際應(yīng)用范例尚不多，沼氣工程仍然主要以畜禽糞污為主要原料。這說(shuō)明多原料發(fā)酵的關(guān)鍵技術(shù)、工藝條件、水解與發(fā)酵過(guò)程、外源投加物的協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)的研究仍需進(jìn)一步深入，研究成果應(yīng)能更好地指導(dǎo)工程化應(yīng)用。以多原料混合發(fā)酵工藝為切入點(diǎn)，深入細(xì)致地研究混合發(fā)酵產(chǎn)氣率的影響因素，對(duì)提高我國(guó)的厭氧發(fā)酵技術(shù)水平有重要意義。與此同時(shí)，發(fā)酵原料的預(yù)處理、糞污及沼液沼渣中重金屬與抗生素的全流程消減，對(duì)于提高混合厭氧發(fā)酵效率、沼氣產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)電及發(fā)酵工藝全流程資源化利用程度，最終全面提升混合厭氧發(fā)酵工程化應(yīng)用水平具有重要意義。

3.2 基于工程化應(yīng)用的下一步研究開(kāi)發(fā)建議

開(kāi)展基于資源化利用的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵，優(yōu)化秸稈-畜禽糞污混合厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)，關(guān)注發(fā)酵原料及配比、溫度、pH、接種物及預(yù)處理對(duì)厭氧發(fā)酵的影響，關(guān)注重金屬、抗生素對(duì)發(fā)酵的抑制作用及其全流程消減，開(kāi)展綠色環(huán)保的秸稈預(yù)處理方法、混合厭氧發(fā)酵優(yōu)化參數(shù)、重金屬和抗生素厭氧發(fā)酵抑制作用全流程消減、農(nóng)作物秸稈-養(yǎng)殖糞污-沼氣工程化應(yīng)用方案及裝置、沼渣沼液資源化利用等方面技術(shù)研究和工程化應(yīng)用，解決目前單一物料厭氧發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)新能源開(kāi)發(fā)(沼氣高產(chǎn))、高效生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)(農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物高效消納)、環(huán)保(農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物及沼渣沼液安全利用)等多維目標(biāo)，對(duì)破解農(nóng)業(yè)農(nóng)村種植養(yǎng)殖業(yè)普遍面臨的秸稈、糞污大量過(guò)剩難題，重新建構(gòu)生物質(zhì)鏈條，助力“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略實(shí)施，具有重要的實(shí)踐意義。

3.2.1 開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保的秸稈預(yù)處理方法

秸稈纖維素類物質(zhì)含量高、難降解，影響沼氣發(fā)酵的啟動(dòng)速度、產(chǎn)氣量。必要預(yù)處理措施可促進(jìn)纖維素、半纖維素和木質(zhì)素降解，明顯提高甲烷產(chǎn)量和秸稈資源的利用率，進(jìn)而提高秸稈發(fā)酵效率。因此，在混合厭氧發(fā)酵前進(jìn)行秸稈預(yù)處理具有較強(qiáng)的工程化必要性。今后應(yīng)從開(kāi)發(fā)混合菌劑或優(yōu)勢(shì)特異性菌種實(shí)現(xiàn)低能耗生物法預(yù)處理，以及開(kāi)發(fā)綠色、環(huán)保型化學(xué)助劑提高預(yù)處理效率。

3.2.2 混合厭氧發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化

混合發(fā)酵因其具有良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將得到更廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處置是日益迫切的瓶頸問(wèn)題。采用農(nóng)作物秸稈與畜禽糞污的混合發(fā)酵，研究原料最優(yōu)配比、發(fā)酵溫度、pH、接種物及接種比等優(yōu)化參數(shù)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐指導(dǎo)意義。

3.2.3 重金屬、抗生素對(duì)發(fā)酵抑制作用的全流程消減

目前，關(guān)于抗生素對(duì)厭氧發(fā)酵抑制作用的研究主要圍繞抑制機(jī)制、影響因素等，現(xiàn)有報(bào)道的處理方法大多停留于實(shí)驗(yàn)階段，在具體工程措施上研究報(bào)道較少。關(guān)于沼渣沼液，多數(shù)圍繞農(nóng)業(yè)綜合利用進(jìn)行，主要方式是有機(jī)肥(沼渣、沼液)回田、沼液飼養(yǎng)、沼渣堆肥等，對(duì)重金屬關(guān)注已引起重視，但對(duì)沼渣沼液中抗生素問(wèn)題仍然關(guān)注不夠。在現(xiàn)有措施中，圍繞末端處理的較多，結(jié)合養(yǎng)殖場(chǎng)生態(tài)鏈進(jìn)行有機(jī)融合構(gòu)建實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)利用的少。如何在畜禽養(yǎng)殖糞污厭氧發(fā)酵全流程中(預(yù)處理、發(fā)酵、沼渣沼液處置利用)實(shí)現(xiàn)抗生素、重金屬的消減，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

3.2.4 農(nóng)作物秸稈-養(yǎng)殖糞污-沼氣工程化應(yīng)用方案及裝置開(kāi)發(fā)

綜合國(guó)內(nèi)外研究及技術(shù)應(yīng)用，混合厭氧發(fā)酵的溫度、pH、接種比和投加物、預(yù)處理方式等參數(shù)對(duì)發(fā)酵效率、過(guò)程質(zhì)態(tài)均有不同程度、不同作用機(jī)制的影響。目前，針對(duì)這些參數(shù)條件、投加物對(duì)于整個(gè)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的影響及經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化方案的相關(guān)研究比較有限。因此，需要研究混合厭氧發(fā)酵參數(shù)條件，選擇最佳經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)組合，建立預(yù)測(cè)模型，可視化預(yù)測(cè)分析沼氣產(chǎn)率，確定最優(yōu)條件或?qū)ふ易顑?yōu)區(qū)域，形成“農(nóng)作物秸稈-畜禽糞污-沼氣”關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化方案，據(jù)此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的設(shè)施裝置，推進(jìn)工程化應(yīng)用。

3.2.5 混合厭氧發(fā)酵沼渣沼液資源化利用

秸稈-畜禽糞污混合厭氧發(fā)酵的技術(shù)研究目前大多數(shù)仍停留在試驗(yàn)研究階段，大規(guī)模的工程化應(yīng)用示范極少。厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的大量沼渣、沼液，目前主要是農(nóng)業(yè)回田，但受養(yǎng)殖場(chǎng)周圍土地面積、回田閾值等限制，沼渣沼液存在安全、持續(xù)消納的出路問(wèn)題，成為眾多養(yǎng)殖場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。因此，高效的秸稈-畜禽糞便厭氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)沼氣高產(chǎn)、沼液沼渣安全處置，是當(dāng)前秸稈-畜禽糞便混合厭氧發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。這方面的工程示范應(yīng)用是今后重點(diǎn)推廣的技術(shù)方向。