文献综述
- 研究背景和意义
近年来，随着经济的飞速发展，煤炭、石油等传统能源被大量开采和应用，我国是能源大国，资源需求和消耗量极大。2019年全年，我国能源消费总量48.7亿吨标准煤，比上年增长3.3%，煤炭消费量增长1.0%，原油消费增长6.8%，煤炭消费量占能源消费总量的57.7%[1]。伴随着化石能源的应用，能源短缺和环境污染问题日益严重，雾霾、温室效应、酸雨等环境问题严重影响了人类的身体健康和社会的可持续发展。为解决这些问题，必须要调整能源消费结构，大力开发可再生能源来代替一次性能源，这对节约资源、保护环境以及促进可持续发展具有重要意义。
生物质能作为重要的可再生能源，同时也是唯一一种可再生碳源，居于世界能源消费总量第四位，仅次于石油、煤炭和天然气，很多国家都积极展开了对生物质能源的研究。生物质利用过程中具有二氧化碳零排放特性，即生物质在生长过程中需要的二氧化碳相当于它燃烧时排放的二氧化碳的量，可有效降低温室效应。同时，生物质的硫、氮含量较低，灰分含量少，是一种清洁的燃料。我国生物质资源丰富，国家能源局发布的《生物质能发展“十三五”规划》明确，全国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤[2]。现阶段，生物质能主要用于发电，能源利用率较低且对环境污染较大。
厌氧消化技术是最重要的生物质能利用技术之一，它能使固体有机物变为溶解性有机物，再将蕴藏在废弃物中的能量转化为氢气与甲烷，沼渣可以用作饲料或者有机肥以实现资源和能源的回收；厌氧消化极大地改善了有机废弃物处理过程的能量平衡，在经济上和环境上均有较大优势，对厌氧消化技术的研究符合社会所需。
- 厌氧消化技术的国内外研究现状
2.1厌氧消化理论研究现状
厌氧消化过程，又称“厌氧发酵”，指有机物在缺氧环境中被厌氧微生物分解产生甲烷、二氧化碳、硫化氢等简单化合物的生化过程。厌氧消化过程是一种非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。经过大量研究，提出了现今广泛接受的两阶段理论、三阶段理论和三阶段四种群理论。
- 两阶段理论
两阶段理论由Thumm、Reichie(1914)和Imhoff(1916)提出，经Buswell和Neave完善而成，该理论将厌氧消化过程分为发酵（产酸阶段）和产甲烷（碱性发酵）两个阶段，对应作用的微生物为产酸菌和产甲烷菌。发酵阶段产酸细菌将复杂有机物水解、酸化为脂肪酸、醇类、和，产酸细菌生长速率快，对环境条件适应性强（温度、PH等）；产甲烷阶段产甲烷菌利用发酵阶段中产生的酸类与醇类中间产物生成甲烷、等气体，产甲烷菌生长速率慢，对环境条件（温度、PH、抑制物等）非常敏感。
- 三阶段理论
三阶段理论是从两阶段理论的基础上发展而来，由M.P.Bryant于1979年提出。在两阶段理论的产酸阶段与产甲烷阶段中间增加了一个产氢产乙酸阶段，示意图如下：
图1.三阶段理论示意图
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