楊開(kāi)宇，林常楓

(中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力建設(shè)有限公司，江西 南昌 330001)

0 引 言

我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖業(yè)大國(guó)，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)值40 266.67億元，年底全國(guó)豬、牛、羊存欄量分別為40 650.42萬(wàn)頭、9 562.06萬(wàn)頭和30 654.77萬(wàn)頭。農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)表明，我國(guó)年畜禽糞污總量超38億噸，畜禽糞污排放已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)的首要污染源。糞污中含有大量的有機(jī)污染物、重金屬、病原體等有害物質(zhì)，直接排放會(huì)造成土壤、水體、空氣污染，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康[1-3]。此外，糞污中蘊(yùn)藏著豐富的有機(jī)質(zhì)，若不加以利用還將造成資源的巨大浪費(fèi)[4]。當(dāng)前，糞污的安全處理已成為制約我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的頭號(hào)難題。

以厭氧發(fā)酵技術(shù)為核心的畜禽糞污處理工藝可獲得沼氣、沼肥多種副產(chǎn)品，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，解決環(huán)境污染的同時(shí)還能獲取清潔的沼氣能源，因此廣受業(yè)內(nèi)關(guān)注[5]。研究表明，糞污原料直接進(jìn)行發(fā)酵時(shí)普遍存在一些制約甲烷產(chǎn)生的因素，以最主要的牛糞、豬糞和雞糞三種養(yǎng)殖糞污為例，三種糞污中含有的木質(zhì)素會(huì)抑制酶對(duì)纖維素和半纖維素的降解，導(dǎo)致厭氧消化困難[6]；豬糞、雞糞中高含量的氨氮同樣會(huì)抑制微生物活性，阻礙厭氧反應(yīng)進(jìn)程[7]。為獲得更高的甲烷產(chǎn)量和發(fā)酵速率，在糞污原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵前通常需要進(jìn)行預(yù)處理。本文綜述了近年來(lái)的畜禽糞污厭氧發(fā)酵預(yù)處理研究成果，并對(duì)預(yù)處理技術(shù)機(jī)理進(jìn)行分析，以便為研發(fā)可工業(yè)應(yīng)用的高效畜禽糞污厭氧發(fā)酵預(yù)處理技術(shù)和促進(jìn)糞污厭氧發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供參考。

1 糞污中木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)

1.1 預(yù)處理的必要性

有研究表明牛糞、豬糞和雞糞中均具有大量的木質(zhì)纖維素，該三種糞污中木質(zhì)纖維素干基占比依次高達(dá)67.4%、51.4%、42.1%[8]。厭氧發(fā)酵的第一步是水解作用，即將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)供微生物新陳代謝產(chǎn)生沼氣，而該反應(yīng)往往是整個(gè)厭氧反應(yīng)的限速步驟，因此木質(zhì)纖維素的生物降解性能是決定糞污甲烷產(chǎn)量的關(guān)鍵。

木質(zhì)纖維素是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的統(tǒng)稱，預(yù)處理前后的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)如圖1所示。半纖維素由多糖鏈組成，結(jié)構(gòu)疏松易被微生物分解。纖維素為D-吡喃葡萄糖單體形成的長(zhǎng)鏈糖類物質(zhì)，聚合度通常1 000以上，不溶于水和有機(jī)溶劑，較難降解[9]。木質(zhì)素由苯丙烷及其衍生物單體聚合而成，通過(guò)碳-碳鍵、醚鍵等多種化學(xué)鍵緊密相連，斷鍵能耗非常高，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性[10]。自然界中能對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行降解的微生物種類極少，即使是在木質(zhì)素分解酶催化下分解效率也同樣很低，這為植物的生長(zhǎng)構(gòu)建了避免微生物侵害的屏障，但同時(shí)也讓對(duì)木質(zhì)素的厭氧降解難度增大。Benner等的研究表明，294天的厭氧消化只能實(shí)現(xiàn)草中木質(zhì)素16.9%的分解轉(zhuǎn)化[11]。

圖1 木質(zhì)纖維素預(yù)處理前后的結(jié)構(gòu)[12]Fig.1 Structures of lignocellulose before andafter pretreatment[12]

此外，木質(zhì)素所形成的三維不定型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)固，將纖維素和半纖維素緊密包裹其中。在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，只有將大分子有機(jī)物水解成可溶性分子方能為后續(xù)微生物所利用。網(wǎng)狀的木質(zhì)素將纖維素、半纖維素與分解酶之間產(chǎn)生物理屏蔽作用，抑制水解進(jìn)程，造成甲烷產(chǎn)量低。研究表明厭氧發(fā)酵過(guò)程中，木質(zhì)纖維素原料的生物降解率不到50%，即甲烷產(chǎn)氣量低于200 mL/g干物質(zhì)[13]。

為此，在將畜禽糞污送入?yún)捬豕捱M(jìn)行發(fā)酵之前非常有必要對(duì)豬糞、牛糞和雞糞進(jìn)行預(yù)處理，提高糞污中木質(zhì)纖維素的降解性能，從而促進(jìn)有機(jī)物的分解率，提升甲烷產(chǎn)量。

1.2 物理預(yù)處理

1.2.1 機(jī)械預(yù)處理

物理預(yù)處理法通常有機(jī)械處理、熱處理等。機(jī)械處理法可通過(guò)固液分離的方式，將糞污原料分成含水率60%左右的固態(tài)糞渣和低含固率的分離液[14]。實(shí)驗(yàn)表明[14-15]，牛糞固液分離后近95%的木質(zhì)纖維素集中在糞渣中，使得固態(tài)糞渣中木質(zhì)纖維素TS占比高達(dá)82.74%，簡(jiǎn)單的固液分離可高效去除發(fā)酵原料中生物降解性低的木質(zhì)纖維素。與相同VS含量的稀牛糞污相比，分離液發(fā)酵具有如下幾方面優(yōu)勢(shì)：分離液中木質(zhì)纖維素含量極低，因此加快了水解步驟速率，產(chǎn)沼氣速率更高，可有效縮短發(fā)酵周期；同時(shí)，難以厭氧消化的木質(zhì)纖維素的去除讓原料利用率得到大幅提升，單位干物質(zhì)沼氣產(chǎn)量增加了36.8%；此外，COD去除率高，厭氧出水更容易達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。而分離的固態(tài)糞渣則可用于堆肥、制備壓縮成型燃料等?？梢?jiàn)，固液分離的方式為糞污厭氧發(fā)酵工藝提供了更多的衍生形式，對(duì)于沼氣工程周邊無(wú)大量種植面積可消納沼液時(shí)，該方式更容易實(shí)現(xiàn)沼液的達(dá)標(biāo)排放，減輕環(huán)保壓力。

1.2.2 蒸汽爆破

熱處理方式包括蒸汽爆破法、加熱法等。蒸汽爆破法利用參數(shù)為160～260 ℃、0.69～4.83 MPa的水蒸氣瞬間爆破降壓的方式破壞木質(zhì)纖維素晶體結(jié)構(gòu)，讓細(xì)胞內(nèi)可溶性有機(jī)物得到釋放，同時(shí)降低了木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素的物理屏蔽作用，增加原料中有機(jī)物的生物降解性[16]。170 ℃的蒸汽進(jìn)行爆破預(yù)處理30 min后，可將豬糞甲烷產(chǎn)量提升一倍，明顯縮短發(fā)酵周期[17]。但蒸汽爆破法處理?xiàng)l件苛刻，對(duì)設(shè)備要求高，處理成本也較大。

1.2.3 加熱法

加熱法通過(guò)加熱將纖維素和半纖維素部分溶解，破壞木質(zhì)素、纖維素和半纖維素分子之間形成的相互作用，降低纖維素結(jié)晶度。在豬糞、牛糞的預(yù)處理中，將原料加熱一段時(shí)間再降溫后進(jìn)行厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)可明顯獲得更高的甲烷產(chǎn)率[18-19]。加熱處理溫度為70～190 ℃時(shí)，可起到增加可溶有機(jī)組分占比、提升甲烷產(chǎn)量的作用，190 ℃時(shí)可獲得最佳的產(chǎn)氣量[20]。另外，僅從簡(jiǎn)單能量衡算來(lái)看，加熱法所提升的甲烷產(chǎn)量可覆蓋預(yù)處理額外消耗的能量[19]。但對(duì)于沼氣工程項(xiàng)目，處理糞污量巨大，使用加熱法實(shí)施難度和成本均很大。

1.3 化學(xué)預(yù)處理

化學(xué)預(yù)處理指的是通過(guò)化學(xué)試劑將糞污中的木質(zhì)纖維素進(jìn)行斷鍵、溶解等處理的方法?；瘜W(xué)預(yù)處理具有處理效率高，可有效破壞木質(zhì)纖維素晶體結(jié)構(gòu)，增加木質(zhì)纖維素與微生物接觸比表面積，加快水解進(jìn)程的作用[21]。但同時(shí)化學(xué)法成本高，對(duì)設(shè)備容易造成腐蝕，還可能造成環(huán)境污染。此外，化學(xué)試劑如果選用不當(dāng)也將破壞后續(xù)厭氧發(fā)酵進(jìn)程，具有降低甲烷產(chǎn)量的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前化學(xué)預(yù)處理法仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，而在畜禽糞污工程處理中的使用案例仍極少。常用的化學(xué)預(yù)處理法主要有酸法和堿法。

1.3.1 酸法預(yù)處理

酸法通常選用鹽酸、磷酸、硫酸、醋酸等對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。酸處理可有效破壞纖維素和半纖維素之間較弱的醚鍵結(jié)構(gòu)，將半纖維素分解成小分子，同時(shí)還能溶解纖維素，降低纖維素和半纖維素結(jié)晶度，預(yù)處理后纖維素和半纖維的TS占比明顯減少，利于厭氧消化[22-23]。酸預(yù)處理的溫度控制上，通常認(rèn)為濃度大于10%的酸處理可在100 ℃下進(jìn)行，而濃度低于5%的酸處理則需要將溫度升至100～240 ℃[9]。但研究也表明，原料中的木質(zhì)素幾乎不受酸處理的影響，其TS占比和分子結(jié)構(gòu)變化均不顯著。同時(shí)，在酸的催化下，原料水解產(chǎn)生的多聚糖更加容易形成糠醛、5-羥甲基糠醛等抑制后續(xù)厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物[24]。因此，酸預(yù)處理法對(duì)畜禽糞污中的木質(zhì)纖維素類原料的處理效果有限，考慮到酸處理容易帶來(lái)的設(shè)備腐蝕和發(fā)酵酸化的風(fēng)險(xiǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中酸法預(yù)處理將面臨較大的阻礙。

1.3.2 堿法預(yù)處理

相較于酸法而言，堿法反應(yīng)條件更加溫和，可避免發(fā)酵系統(tǒng)酸化和降低設(shè)備腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，因此從實(shí)施條件來(lái)看具有更大的前景。常用的堿性試劑有NaOH、氨水、Ca(OH)2等。堿預(yù)處理后，羥基可作用于纖維素、半纖維素之間的氫鍵和皂化酯鍵，幫助纖維素和半纖維素脫離木質(zhì)素的束縛[25]。另一方面，堿處理使得木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)潤(rùn)脹，增加原料表面積和孔隙度，破壞木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，促進(jìn)木質(zhì)纖維素水解[26]。對(duì)豬糞原料進(jìn)行NaOH預(yù)處理后，原料中木質(zhì)纖維素降解顯著，可溶性有機(jī)物分子量提升了57%[27]，5%的Ca(OH)2預(yù)處理實(shí)驗(yàn)則證實(shí)能讓豬糞發(fā)酵產(chǎn)甲烷量提升12%[28]。氨水預(yù)處理可讓牛糞與秸稈混合厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)量和發(fā)酵周期分別增加和縮短20%左右[29]。

1.4 生物預(yù)處理

生物預(yù)處理有降解酶法和木質(zhì)纖維素降解菌法兩類。糞污中的木質(zhì)纖維素雖然難以被厭氧微生物侵蝕，但卻容易被真菌降解[30]。在研究中，如白腐菌[31]、褐腐菌[32]等木腐菌常用于降解木質(zhì)素。生物預(yù)處理具有成本低、實(shí)施簡(jiǎn)單、條件溫和、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，對(duì)糞污原料進(jìn)行該類生物預(yù)處理還能達(dá)到降解臭氣分子的效果，但生物預(yù)處理也存在處理時(shí)效長(zhǎng)的缺點(diǎn)[33]。在豬糞預(yù)處理中，使用木質(zhì)纖維素降解菌群處理之后纖維素和半纖維素的降解得以提升，送入發(fā)酵罐中進(jìn)行厭氧消化沼氣產(chǎn)量提升了40%，單位VS沼氣產(chǎn)量可達(dá)355 mL/g[34]。降解酶也可用于糞污中木質(zhì)纖維素的預(yù)處理，具有綠色環(huán)保、過(guò)程溫和的特性，但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。將淀粉酶用于豬糞的預(yù)處理過(guò)程中，原料中的TS、VS轉(zhuǎn)化率得以明顯提升，發(fā)酵產(chǎn)沼氣量增加了13.1%[35]。

此外，考慮到厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌所需最優(yōu)反應(yīng)條件的不同，有學(xué)者提出將產(chǎn)酸和產(chǎn)氣反應(yīng)由在單一反應(yīng)器中進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)樵诓煌磻?yīng)器中進(jìn)行的思路，即兩相厭氧發(fā)酵反應(yīng)[15,36]。如此便可調(diào)控各階段反應(yīng)均處于最適宜條件之中，提升甲烷產(chǎn)氣量，在工程實(shí)踐中得到了較多應(yīng)用。研究表明[37-38]，產(chǎn)酸菌最適宜的pH為5.5～7.0，最佳溫度為20～35 ℃，所需水力停留時(shí)間約為3 d左右，相較而言產(chǎn)甲烷菌適宜的pH、反應(yīng)溫度以及水力停留時(shí)間均更高，通過(guò)產(chǎn)酸菌預(yù)處理可顯著提升甲烷產(chǎn)量。

1.5 聯(lián)合預(yù)處理

在解決糞污中木質(zhì)纖維素降解難的問(wèn)題上，單種預(yù)處理方式總存在一定局限性。例如，化學(xué)法對(duì)環(huán)境有污染、成本較高、生物法處理周期長(zhǎng)、物理法能耗大等。事實(shí)證明，多方法耦合在許多情景中均能起到發(fā)揮協(xié)同優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免各方法劣勢(shì)的效果。熱處理和化學(xué)處理聯(lián)合對(duì)糞污進(jìn)行預(yù)處理，可通過(guò)加熱的方式加快化學(xué)反應(yīng)速率，增加木質(zhì)纖維素的降解度，對(duì)于減少化學(xué)試劑的使用也有幫助。例如，在對(duì)豬糞預(yù)處理時(shí)，NaOH處理和加熱法耦合，可讓沼氣產(chǎn)量得到明顯提升，并在預(yù)處理?xiàng)l件為pH=10、溫度150～190 ℃時(shí)，獲得最優(yōu)的預(yù)處理?xiàng)l件[39]。而當(dāng)使用Ca(OH)2在不同溫度下加熱進(jìn)行豬糞預(yù)處理時(shí)，原料產(chǎn)氣量均得以提升，優(yōu)化后的加熱溫度為70 ℃，較之空白組，該預(yù)處理方法可讓原料轉(zhuǎn)化率提升，最高甲烷產(chǎn)量增加86%[40]。

2 糞污中高濃度氨氮預(yù)處理技術(shù)

2.1 預(yù)處理的必要性

動(dòng)物糞便中氮含量普遍偏高，雞糞便全氮含量達(dá)43.5 g/kg，C/N比為7.65[41]，豬糞C/N比為13。厭氧發(fā)酵過(guò)程中，微生物可將蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、核酸等含氮有機(jī)物中的絕大部分有機(jī)氮代謝成氨氮。而氨氮質(zhì)量濃度的增加易產(chǎn)生氨抑制作用，降低厭氧消化效率，甚至導(dǎo)致厭氧發(fā)酵系統(tǒng)崩潰[42]，稱為氨抑制。事實(shí)上，氨抑制普遍存在于富氮有機(jī)物厭氧發(fā)酵過(guò)程中，如豬糞、雞糞、城市污泥等的厭氧發(fā)酵。

研究表明[43]，發(fā)酵原料TS>15.6%的中溫發(fā)酵和TS>7.4%的高溫發(fā)酵均可能發(fā)生氨抑制，初始抑制質(zhì)量濃度約為1 100 mg/L。豬糞厭氧發(fā)酵的甲烷產(chǎn)率與氨氮濃度之間的關(guān)系式為：y=410-5x2-0.361 8x+1 283(R2=0.984 6)，甲烷產(chǎn)率與氨氮濃度之間呈明顯負(fù)相關(guān)性[44]。也有研究表明，當(dāng)豬糞中氨氮濃度400 mg/L以上便會(huì)降低乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌活性，減少甲烷產(chǎn)量[45]。氨抑制的現(xiàn)象在雞糞厭氧發(fā)酵中也同樣普遍存在。高濃度雞糞厭氧發(fā)酵中，氨氮濃度<200 mg/L時(shí)有利于微生物生長(zhǎng)，而氨氮濃度超過(guò)1 500 mg/L則對(duì)微生物起到抑制作用，當(dāng)氨氮濃度繼續(xù)增加至4.05～5.73 g/L時(shí)可減弱產(chǎn)甲烷微生物56.5%的活性[46]。

2.2 物理預(yù)處理

2.2.1 發(fā)酵物濃度稀釋

糞污發(fā)酵原料尤其是雞糞通常含固率較高，通常TS均在20%以上，在該濃度下進(jìn)行厭氧發(fā)酵氨抑制的問(wèn)題難以避免。由于氨抑制的決定因素是總氮濃度(TAN)，因此在預(yù)處理階段，通過(guò)簡(jiǎn)單加水稀釋降低TAN濃度的方法便可取到很好的氨抑制解除效果。一般雞糞發(fā)酵底物濃度需要稀釋至TS=0.5%～3.0%[49]。通過(guò)將雞糞濃度從44.3%降至10%后，并采取氣提氨預(yù)處理新鮮雞糞，可在發(fā)酵溫度35 ℃時(shí)獲得單位VS甲烷產(chǎn)量為0.25 L/g[50]。

但加水稀釋底物濃度的弊端也非常明顯，一方面需消耗水量，增加運(yùn)行成本，同時(shí)還會(huì)大幅增加沼液產(chǎn)量，造成沼液消納的難題。另一方面，底物濃度低意味著減小了容積負(fù)荷，往往需要建設(shè)更大的發(fā)酵罐，增加項(xiàng)目投資成本。

為解決加水稀釋帶來(lái)的諸多問(wèn)題，有研究人員提出使用沼液進(jìn)行回流來(lái)稀釋底物的方法，事實(shí)上該法在秸稈發(fā)酵中已較為常見(jiàn)。但糞污發(fā)酵沼液中由于氨濃度很高，為避免氨抑制需先采取降氨處理后方可使用。有研究表明，在屠宰場(chǎng)和餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，將部分沼液氣提氨后用于稀釋底物濃度可解決發(fā)酵系統(tǒng)氨抑制問(wèn)題[51]。

2.2.2 原料混合發(fā)酵

混合發(fā)酵通常是通過(guò)添加如秸稈等含氮低的原料與糞污進(jìn)行充分混合，稀釋糞污中氨氮濃度的同時(shí)可調(diào)整發(fā)酵系統(tǒng)整體C/N比至20～30之間[52]。該C/N比的原料適合于微生物新陳代謝，可避免厭氧發(fā)酵氨抑制問(wèn)題。而當(dāng)C/N比過(guò)低時(shí)，意味著原料中含有多余的含N物質(zhì)無(wú)法被微生物吸收，被轉(zhuǎn)化成氨氮后便很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成氨抑制。

高N含量糞污通常需與玉米秸稈、水稻秸稈等富碳原料進(jìn)行共發(fā)酵[53-54]。共發(fā)酵是當(dāng)前使用最為廣泛的避免氨抑制的方法，但由于生物質(zhì)原料受地區(qū)和季節(jié)制約，因此也會(huì)讓發(fā)酵原料的保障難度更大。

2.2.3 氣提脫氨法

氣提法脫氨是基于亨利定律提出的，針對(duì)易揮發(fā)的氨組分，使用惰性氣體降低溶液表面氨氣分壓，從而促使溶液中的氨揮發(fā)出來(lái)，降低溶液中的氨濃度。在雞糞發(fā)酵中，有研究使用沼氣作為介質(zhì)進(jìn)行沼液氣提氨，來(lái)降低雞糞中溫發(fā)酵罐內(nèi)沼液的氨濃度避免氨抑制的產(chǎn)生，可使得沼氣產(chǎn)量增長(zhǎng)14%[55]。

氣提脫氨法也存在一定的局限性，即有機(jī)氮含量高的糞污原料的氣提脫氨效果并不明顯。對(duì)新鮮豬糞進(jìn)行氣提脫氨的實(shí)驗(yàn)表明[56]，只有將pH提升至11.5，溫度高達(dá)80 ℃時(shí)方能讓氨氮徹底脫出，因此在新鮮糞污中不具備應(yīng)用條件。

2.3 化學(xué)預(yù)處理

但離子交換法也存在一些弊端，實(shí)際運(yùn)用中需混入大量的黏土或分子篩，導(dǎo)致管道和發(fā)酵罐底部沉積現(xiàn)象更加嚴(yán)重。另外，過(guò)多的Ca2+、Mg2+離子濃度會(huì)對(duì)微生物活性產(chǎn)生抑制。

2.4 生物預(yù)處理

硝化細(xì)菌是一類可將底物中的含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化成硝酸根離子的微生物，常與反硝化細(xì)菌共同作用于廢水氨氮處理系統(tǒng)中。在30 ℃時(shí)將質(zhì)量占比為3%的硝化細(xì)菌用于新鮮雞糞污預(yù)脫氨處理5 d，而后與秸稈混合至TS為12%后可大幅降低原料初始氨氮濃度，始終控制在安全水平。該方法可縮短厭氧發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間，促進(jìn)VS降解，增強(qiáng)原料產(chǎn)氣率[59]。

也有報(bào)道指出[60]，可通過(guò)馴化厭氧菌群的氨耐受能力來(lái)解除氨抑制，在以雞糞污為原料的大型沼氣工程中，TS濃度可增加至8%～10%，氨耐受濃度提升至5 500 mg/L。

3 結(jié) 論

近年來(lái)，研究人員在畜禽糞污厭氧發(fā)酵預(yù)處理方面進(jìn)行了眾多探索，并取得了一定的研究成果。但總體來(lái)看，木質(zhì)纖維素預(yù)處理的方法均存在一些劣勢(shì)：化學(xué)法成本高，存在腐蝕設(shè)備且可能破壞發(fā)酵環(huán)境等問(wèn)題；物理加熱法耗能巨大；生物法則處理效率低。這些方式在大規(guī)模糞污沼氣工程中實(shí)行難度均較大，與實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用尚存在一定差距。在當(dāng)前沼氣工程中基本尚未對(duì)糞污中的木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理。事實(shí)上，即使在以高木質(zhì)纖維素含量的秸稈為原料的發(fā)酵預(yù)處理中，工業(yè)應(yīng)用的也僅僅是粉碎和好氧堆漚兩種容易實(shí)現(xiàn)的方式。另外，在畜禽糞污厭氧發(fā)酵解除氨抑制方面，工業(yè)上則普遍采取混合發(fā)酵和調(diào)控TS濃度兩種簡(jiǎn)便易行的方法，其他預(yù)處理方法限于技術(shù)成熟性和經(jīng)濟(jì)性尚無(wú)工業(yè)應(yīng)用。

針對(duì)當(dāng)前糞污原料的厭氧發(fā)酵預(yù)處理研究進(jìn)展，需從工程應(yīng)用角度出發(fā)，探索低成本、高效率、操作簡(jiǎn)便易行、投資省、環(huán)境友好型的新型預(yù)處理技術(shù)。生物預(yù)處理技術(shù)具有成本低、能耗小、環(huán)境友好、條件溫和等一系列優(yōu)點(diǎn)，在糞污厭氧發(fā)酵的木質(zhì)纖維素和氨氮預(yù)處理過(guò)程中，篩選培育高效的生物預(yù)處理菌種，開(kāi)發(fā)以生物預(yù)處理為主，多種預(yù)處理手段相結(jié)合的處理技術(shù)。在解除氨抑制方面，還可進(jìn)一步從篩選培育高活性的耐氨厭氧微生物菌群入手，提高反應(yīng)物TS濃度和發(fā)酵容積負(fù)荷，從而在保證甲烷產(chǎn)量的同時(shí)減少發(fā)酵設(shè)施規(guī)模和沼液產(chǎn)生量。

高效預(yù)處理技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用，將有效提升畜禽糞污厭氧發(fā)酵的甲烷產(chǎn)量和有機(jī)物去除率，提高我國(guó)畜禽糞污沼氣工程產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程技術(shù)水平。