1、目前，我國秸稈理論資源量為8.4億噸，可收集資源量約為7億噸。由于缺乏有效的處理方式，約有2.47億噸的秸稈被廢棄或直接焚燒，不僅污染了環(huán)境，更是對資源的極大浪費。我國同時也是生豬養(yǎng)殖大國，2012年統計數據顯示，生豬糞污產生量近30億噸，合理有效地處置秸稈及畜禽糞便已成為當務之急。
　　本論文選擇玉米秸稈和生豬糞便為混合原料，采用固態(tài)產酸和液態(tài)產甲烷兩階段厭氧消化新工藝，研究了兩階段厭氧消化的反應機理、影響因素、關鍵工藝參數及微

2、生物群落結構動態(tài)變化規(guī)律。論文研究成果可為玉米秸稈與豬糞混合原料固-液兩階段厭氧發(fā)酵工藝開發(fā)與應用提供理論依據和技術支撐。
　　論文分析了13種木質纖維素原料的理化特性和產甲烷潛力，研究發(fā)現累積沼氣產量、累積甲烷產量與木質纖維素類原料的半纖維素含量呈顯著的正相關關系(p<0.05)；與木質素含量呈顯著的負相關關系(p<0.05)；而與原料的可溶性糖含量、VS/TS含量、TOC含量、TC含量以及C/N無明顯的相關關系。其中玉米秸稈的

3、產沼氣潛力最高，其沼氣產率與甲烷產率分別為478.6Nml/gVS與252.2Nml/gVS。豬糞的沼氣產率與甲烷產率分別為617Nml/gVS和337Nml/gVS，最大產甲烷速率為39.7Nml/(g·d)VS。玉米秸稈與豬糞混合后，可使發(fā)酵原料C/N和含水率更適合厭氧消化。
　　論文得出固體產酸發(fā)酵的工藝優(yōu)化條件為：豬糞與秸稈原料配比為2:1，沼液回流量25％，沼液回流間隔時間12～24h。靜態(tài)固體產酸過程在6～10d為高峰

4、期，20d以后維持在較低水平。固體產酸消化為乙酸型發(fā)酵，消化產物 VFA中乙酸占有機酸60%以上，丙酸濃度低于1.0g/L，適合于產甲烷厭氧消化。
　　液態(tài)產甲烷反應的實驗結果顯示，在相同pH水平下，35℃厭氧消化的沼氣產率高于55℃；相同消化溫度下，當pH高于7.0時，沼氣產率隨pH的升高而降低。實驗結果得出，pH為7.0，35℃為液態(tài)產甲烷發(fā)酵的最適參數。中溫消化中，乙酸營養(yǎng)型甲烷鬃毛菌屬Methanosaeta為優(yōu)勢菌屬，主

5、要通過乙酸氧化生產甲烷，在中低 pH（6.5～7.5）下相對豐度高于>70%；高溫消化中，Methanosarcina甲烷八疊球菌屬為優(yōu)勢菌屬，在pH為7.0～7.5時相對豐度在60%以上，除可利用乙酸合成甲烷外，還可利用H2和CO2生成CH4，但速率較低，使高溫消化甲烷產量低于中溫消化甲烷產量；游離氨的增加是甲烷產率降低的主要原因，對于高含氮有機廢棄物厭氧消化，不宜采用高溫厭氧消化。
　　通過連續(xù)動態(tài)試驗，得出兩階段厭氧混合發(fā)酵

6、的最佳豬糞與秸稈原料比、沼液回流比、沼液回流間隔時間、固體產酸反應器有效容積與液體產甲烷反應器有效容積比、固體消化停留時間，液態(tài)消化階段的有機負荷、水力停留時間等最佳工藝參數。試驗結果還顯示，沼液回流對調節(jié)產酸消化體系pH具有明顯作用，沼液回流量和回流間隔時間是調控固體產酸消化的重要參數。沼液回流參數也受液體產甲烷消化參數影響，是耦合兩階段厭氧消化，減少沼液排放的關鍵；
　　通過對兩階段厭氧消化過程中不同階段種群結構的分子生物學試

7、驗檢測發(fā)現，固態(tài)產酸階段細菌和古菌優(yōu)勢種群隨著消化時間的延長存在明顯的演替，其中厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)與浮霉菌門(Planctomycetes)為細菌中優(yōu)勢種群；古菌以氫營養(yǎng)型的甲烷細菌屬為優(yōu)勢種群。產甲烷階段，細菌和古菌群落結構較穩(wěn)定。其中厚壁菌門為細菌中的優(yōu)勢種群；氫營養(yǎng)型的甲烷桿菌屬、甲烷囊菌屬與乙酸營養(yǎng)型的甲烷八疊球菌屬為優(yōu)勢種群。