1、暗河式厭氧產沼技術生物學基礎研究學 號：21指導教師：肖 波（教 授） 胡志泉（副教授） 1目錄一、課題的來源、目的、意義，國內外概況和預測二、預計需達到的要求、技術指標，預計的技術關 鍵、技術方案和主要試驗研究情況三、課題研究進展計劃四、現有的條件、人員及主要設備情況五、需要增添的主要設備、儀器和材料。六、經費概算和來源。七、承擔單位和主要協作單位及分工。2一、課題的來源、目的、意義 國內外概況和預測1 課題的來源2 課題提出背景3 前期研究基礎4 課題研究目的5 課題研究意義6 國內外概況和預測31 課題來源、本課題來源于湖北省科技攻關項目 暗河式生物質產沼技術研究。42 課題提出的背景2

2、.1環保與社會發展背景 農業污染問題：全世界每年的農作物秸稈產量超過20億t。1988年，我國農業部估計全國畜禽糞尿年排放量為18.84億噸，相當于工業廢棄物排放量的3.4倍。1999年我國畜禽糞便產生量為19億t，是工業固體廢棄物的2.4倍，其中畜禽糞尿COD排放量已達7118萬t，遠遠超過工業廢水與生活污水的排放量之和。截至目前，我國農村每年約有農業生物的廢棄物達到40多億噸，其中，牲畜糞便的排放量達到26億噸，農業農作物達到17億噸， 目前，農村大量的秸稈等有機固體廢物大多焚燒處理，這樣既浪費資源，又造成了嚴重的大氣污染；畜禽糞便及其沖刷污水大多自然排放污染水體。52 課題提出的背景城市

3、污染：隨著我國城市化進程的加快和城市人口的增多，城市生活垃圾產量迅速增長。據建設部統計資料表明，我國2004年城市生活垃圾的產生量為2億t，總積存量達66億噸，且每年以810%的速度遞增。據估計至2010年垃圾年產量將達2.2億噸。垃圾不僅占用大量的土地資源，而且影響我國的城市形象，同時給城市居民的身體健康帶來極大危害，從而成為制約我國社會經濟健康發展的重要因素。62 課題提出的背景2.2 能源危機背景能源是社會文明發展的物質基礎。近四百年來,人類將地球上“積蓄”了25億年的化石燃料如煤炭、石油和天然氣幾乎耗盡。而化石燃料作為不可再生資源，長期的開發和使用勢必使得這類能源資源越來越少，這些不可

4、再生資源日趨緊缺,能源危機已直接威脅到世界的和平與發展,成為不同政治制度國家共同關注的難題，此時人們將目光投到了生物質能源的開發與利用上。 72 課題提出的背景2.3 社會發展政策背景我國國務院“關于加快發展循環經濟的若干意見（國發200522號）”將大力開展資源綜合利用,最大程度實現廢物資源化和再生資源回收利用和大力發展環保產業,注重開發減量化、再利用和資源化技術與裝備等作為工作的重點之一。并進一步指出：“要加快循環經濟技術開發。國務院有關部門和地方各級人民政府有關部門要加大科技投入,支持循環經濟共性和關鍵技術的研究開發”。“組織開發綠色再制造技術以及新能源和可再生能源開發利用技術等,提高循

5、環經濟技術支撐能力和創新能力。” 農業部日前發出關于貫徹國務院關于建設節約型社會近期重點工作的通知的意見中提出建設節約型農業八大重點，其中第六條就是鞏固提高農村可再生資源綜合循環利用水平，加強農村沼氣和可再生能源綜合開發利用；積極發展太陽能、風能、生物質能和農村水電等可再生能源。 82 課題提出的背景2.4 經濟發展背景由于地球上生物數量巨大，生物質所蘊藏的能量相當驚人。根據生物學家估算，地球上每年生長的生物能總量約1400-1800億噸（干重），相當于目前世界總能耗的10倍。我國的生物質能也極為豐富，現在每年農村中的秸稈量約6.5億噸，到2010年將達7.26億噸，相當于5億噸標煤。薪柴和林

6、業廢棄物數量也很大，林業廢棄物每年約達3700萬立方米，相當于2000萬噸標煤。從資源學的觀點看，城市生活垃圾也是資源，而且是目前世界上唯一不斷增長的潛在資源。垃圾中蘊藏著巨大的潛能。如果用1.4108t 垃圾發電，可以節約2.3107t煤炭。據有關測算，充分利用中國目前的城市垃圾，每年可以創造25億元的財富。 93 前期研究基礎 “暗河式生物質產沼技術”是在湖北省自然科學基金資助下發展起來的，它是將生物質轉化為能源的一種新技術。本實驗室研制的暗河式厭氧反應器，已獲得國家專利（專利號ZL2.3）。本實驗室課題組之前在暗河式垃圾厭氧消化技術和工藝研究方面取得了一定成果，這種工藝將有機固廢流態化，

7、實現有機固廢厭氧發酵進出料的連續化，解決產沼的連續性問題。 104 課題研究目的 （1）在前期研究與試驗的基礎上，運用好氧堆肥對暗河式厭氧反應器進行保溫實驗，解決反應器越冬問題；（2）對發酵原料進行生物預處理以提高反應器啟動的時間和發酵原料的生物轉化率；（3）重點對暗河式產沼反應進行深入的生物學基礎研究，揭示反應器每一反應階段中微生物優勢菌群、群落演替和生理生化指標變化對厭氧發酵工藝的影響，為厭氧發酵工藝的進一步優化與控制提供理論依據。（4）運用微生物學技術、生化和分子生物學技術對產甲烷菌進行培養和研究，力爭篩選出適合生物質厭氧發酵各個階段的高效菌群，提高反應器的產氣率和生物質轉化率。115

8、課題研究的意義5.1環境意義運用厭氧消化技術處理有機垃圾具有很大的優越性。厭氧消化產生的沼氣可以作為能源加以有效利用，同時也減少了CO2、CH4等溫室氣體的排放；反應設備均為密閉狀態，不會有更多異味逸出；消化后產生的殘渣數量較少進行厭氧消化工藝研究，有機垃圾的資源化處理，對解決環境壓力有著非常重大的意義。125 課題研究的意義通過沼氣發酵，可殺滅畜禽糞水中的病原微生物。血吸蟲卵在常溫沼氣池內722天被殺滅；鉤蟲卵經30天殺滅90，兩個月死亡率達99；蛔蟲卵3040天被殺滅；痢疾桿菌在沼氣池中30 h死亡。所以，厭氧消化產沼技術的研究，對于改善生活環境，減少了人畜共患病的發生，保證了人民的身體健

9、康同樣有著重要意義。135 課題研究的意義5.2能源意義生物質是植物通過光合作用生成的有機物，它的能量最初來源于太陽能，所以生物質能是太陽能最主要的吸收器和儲存器，是人類最主要的可再生能源之一。生物質能源的生產和利用將成為人類能源的發展方向，其高效轉換和潔凈利用日益受到全世界的重視。本課題利用暗河厭氧反應器，以城市生活垃圾、畜禽糞便、秸稈、污泥等生物質為原料，進行高效產沼試驗研究，有著非同尋常的能源利用意義。 145 課題研究的意義5.3經濟意義利用厭氧生物處理技術將有機物分解為甲烷、二氧化碳和水。這種處理方式一般不需消耗能源，處理后廢水也可達標排放，更重要的是可實現廢棄物的綜合利用，變廢為寶

10、、化害為利。利用沼氣工程處理畜禽糞便污水，每去除一公斤有機物可獲得一定的清潔沼氣燃料(可發0.6度電)。再加上上述日益增長的城市垃圾的排放量，厭氧發酵產生的沼氣即可帶來巨大的經濟效益。沼渣液氣的綜合利用所帶來的經濟和社會效益同樣是不可估量的。156 國內外概況和預測6.1厭氧消化機理研究生物質經過厭氧消化產生沼氣的過程就是在特定的厭氧條件下，微生物將有機質進行分解，其中一部分碳素物質轉化為 CH4 和CO2，由于厭氧消化參加反應的微生物種類繁多，所以過程復雜。國內外一些學者對厭氧發酵過程中物質的代謝、轉化和各種菌群的作用等進行了大量的研究。對厭氧消化的微生物學和生物化學的認識，經歷了一個由膚淺

11、到深入的逐漸完善的過程。166.1厭氧消化機理研究1776年，意大利物理學家Alexander Volta測出湖底植物體腐爛所產生的氣體中含有甲烷。1875年，俄國科學家Popof首先利用河泥加入纖維素物質中產生甲烷，發現甲烷發酵是一個為生物學過程 。 1901年，荷蘭學者所Sohngen對產甲烷菌的形態特征以及它們所能進行的轉化作用提出了一個較清楚的概念，并發現氫和二氧化碳的混合物發酵能夠生成甲烷。1916年，俄國生物學家Omeliansky分離出第一株產甲烷菌（現已證明不是一個純種），命名為奧式甲烷菌（Methanobaillus），176.1厭氧消化機理研究1936年，H.ABarker

12、采用化學合成培養基培養下水道污泥，獲得了能很好發酵乙醇、丙醇和丁酸的有機體，并發現沼氣發酵分為產酸和分解酸產生甲烷兩個階段，初步形成了甲烷發酵的兩階段理論。該理論將厭氧發酵分為分解產酸階段和產氣階段186.1厭氧消化機理研究1950年，美國R.E Hungate教授建立了厭氧技術，解決了產甲烷菌的分離培養技術問題，為以后對甲烷菌的研究提供了條件。 1967年，M P Bryant采用改良的Hungate技術分離純化了奧式甲烷菌，證明它是產甲烷桿菌MOH菌株（Atethanobactervium）和“s” 有機體的共生體，從而揭示了產氫細菌和產甲烷菌之間的相互依賴關系，進一步推動了厭氧發酵的機理

13、研究 196.1厭氧消化機理研究1972年，Bryantlzgl等人對兩階段理論進行了修正，提出了厭氧消化的三階段理論，突出了產氫產乙酸菌的地位和作用。（1）水解階段：厭氧有機物分解菌產生胞外水解酶把非水溶性大分子的碳水化合物、脂肪和蛋白質等水解成可溶性的較小分子化合物 ；（2）產氫產酸階段：此階段是由厭氧的產氫、產乙酸菌群把第一階段產生的各種有機酸分解成乙酸、H2和CO2的過程。 （3）產氣階段：此階段是由嚴格厭氧的產甲烷菌群利用一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）和H2產生甲烷的過程。 206.1厭氧消化機理研究與此同時，Zeikuslao等人提出了厭氧消化的

14、四類群理論，反映了同型產乙酸菌的作用該理論認為專性產氫產乙酸菌對還原性有機物的氧化作用，生成H2、HC03、CH3COOH。同型產乙酸細菌將H2、HC03轉化為CH3COOH，同時有少量的CH4、CO2、N2生成。 216.2厭氧消化微生物類群研究參加厭氧消化過程的微生物，有發酵性細菌、產氫產乙酸菌、同型產乙酸菌和產甲烷菌。在厭氧消化中，發酵性細菌、產氫產乙酸菌、同型產乙酸菌等可將復雜的大分子有機物水解為簡單的小分子有機物，并進一步發酵為乙酸、丙酸、丁酸等揮發酸和乙醇等，這類細菌種類繁多，代謝能力強，繁殖速度快，世代時間短(幾十分鐘)。產甲烷階段的生物相主要是產甲烷菌，他們的種類相對較少，利用

15、底物的專一性強，繁殖速度慢，世代時間最長可達4-6d，而且對環境因素的影響要比發酵細菌敏感得多。隨著對產甲烷菌研究的不斷深入，截至2000年，發現的產甲烷菌種數已達99種 226.2厭氧消化微生物類群研究水解階段的細菌：（厭氧和兼性厭氧）氣桿菌屬(Aerobacter, Aeromonas)、產堿桿菌屬(Alcaligenes)、芽抱桿菌屬(Bacillus)、擬桿菌屬(Bacteroides)、梭狀芽抱桿菌屬(Clostridium)、埃希氏菌屬(Escherichia)、克氏桿菌屬(Klebsiella)、細螺旋體(Leptospira)、小球菌屬(Micrococcus)、奈氏球菌屬(N

16、esseria)、副大腸桿菌屬(Paracolobacterium )、變形桿菌屬(Proteus)、賽氏桿菌屬(Serratia )、鏈菌屬(Streptococcus)、假單胞菌屬(Pseudimonas)、紅極毛桿菌屬(Rhodoseudomonas)、八疊球菌屬(Sarcina) 等，此外還有一些真菌(霉菌和酵母菌)和及少量的原生動物(鞭毛蟲纖毛蟲和變形蟲等)。 236.2厭氧消化微生物類群研究產氫產酸階段的細菌：厭氧的產氫、產乙酸菌群 。主要是S菌和M.O.H （Methanogenic organism utilizes H2的簡寫)菌的共生體。 2CH3CH2OH + 2H2O

17、CH3COO- + 4H2 + 2H+ G。=192千然耳反應 4H2 + HCO- + H+ CH4 + 3H2O G。= -135.6千然耳反應S菌M.O.H菌246.2厭氧消化微生物類群研究S菌株屬于產氫產乙酸細菌。產氫產乙酸細菌為產甲烷菌提供乙酸和氫氣，促進產甲烷菌的生長；產甲烷細菌由于能利用分子氫而降低氫的分壓，有利于產氫產乙酸細菌的生長，因此兩者共生聯合或稱互營聯合作用。在自然界除S菌株外，還存在著其它種類的產氫產乙酸細菌，此群細菌將第一階段的發酵產物如丙酸等三碳以上的有機酸、長鏈脂肪酸、芳香族酸和醇類等氧化分解成乙酸和分子氫，目前產氫產乙酸細菌僅有少數被分離出來。256.2厭氧消

18、化微生物類群研究產氣階段菌群：起主要作用的細菌主要有馬氏甲烷細菌(Methanococcusmazei)、產甲烷球菌屬(Methanococus van niel)、產甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina methanica、 Methanosarcina barkeru)、利用乙酸鹽甲烷桿菌屬(Methanobacterium formicicum )、奧氏甲烷桿菌屬(Methanobacterium omeliansku)、利用丙酸鹽甲烷桿菌屬(Methanobacterium propionicum)、利用醋酸鹽甲烷桿菌屬(Methanobacterium ruminanlium

19、)、利用酪酸鹽甲烷桿菌屬 (Methanobacterium suboxydans)、孫氏甲烷桿菌屬(Methanobacterium sohngeny)等。266.2厭氧消化微生物類群研究產氣階段是由嚴格厭氧的產甲烷菌群利用一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）和H2產生甲烷的過程。形成的甲烷中，約30的甲烷來自氫的氧化和二氧化碳的還原作用；70的甲烷來自乙酸。因此乙酸的降解形成甲烷，是甲烷形成過程中一個很重要的途徑。276.3厭氧消化微生物分子生態學研究 分子生態學是應用分子生物學的原理和方法來研究生命系統與環境系統相互作用的機理及其分子機制的科學它是生態學與分

20、子生物學相互滲透而形成的一門新興交叉學科，其特點是強調生態學研究中宏觀與微觀的緊密結合，用分子生物學的方法來解決種群水平的生物學問題 。286.3厭氧消化微生物分子生態學研究厭氧消化是一個極其復雜的混合微生物作用的結果。針對目前傳統微生物分析方法存在的問題,國際上諸多國家在環境微生物領域先后開展了分子生物學研究方法的建立和生物學評價工作, 更精確地揭示了微生物種類和遺傳的多樣性。隨著近代分子生物學技術的發展,不依靠純培養的微生物群落結構的分析方法已得到廣泛發展和應用。目前在微生物生態學研究中常用的方法有:PCR技術、核酸探針雜交技術、熒光原位雜交技術、DNA 直接測序、rRNA 序列同源性分析

21、方法和變形梯度凝膠電泳方法等,使微生物生態學研究有了重大突破。29熒光原為雜交技術（FISH）熒光原位雜交(簡稱FISH)技術是一種應用非放射性熒光物質依靠核酸探針雜交原理在核中或染色體上顯示DNA序列位置的方法。 其原理是利用一小段(通常15-30 個堿基)用熒光物質標記過的DNA 或RNA 序列作為探針,將其直接投加到環境樣品中,利用其與樣品中同源性微生物細胞內核酸分子的堿基互補配對特性,在熒光顯微鏡下,直接觀察和探測特定微生物的分布與數量。30熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用1969年Gall和Pardue利用放射性同位素標記的DNA探針檢測細胞制片上非洲爪蟾細胞核內的rDNA獲

22、得成功。之后,Pardue等同年又以小鼠衛星DNA為模板,利用體外合成的含3H的RNA為探針成功地與中期染色體標本進行了原位雜交,從而開創了RNA-DNA的原位雜交技術。1974年Evans第一次將染色體顯帶技術和原位雜交技術結合起來,提高了基因定位的準確性。1981年,Roumam 首次報道了熒光素標記的cDNA作原位雜交。同年,Langer等用生物素標記核苷酸制備探針。31熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用1986年,Cremer與Licher 等分別證實了熒光原位雜交(FISH)技術應用于間期核檢測染色體非整倍體的可行性,從而開辟了間期細胞遺傳學研究。1988年,Giovannon

23、i將原位雜交技術引入了細菌學的研究中,他首先用放射性標記rRNA寡核苷酸探針顯微探測細菌。隨著安全性較強的熒光技術的發展,1989年,DeLong首先用熒光標記的寡核苷酸探針來探測獨立的微生物細胞，此項技術即熒光原位雜交(FISH)技術。隨后Amann ,Stahl等人利用該技術對多種環境樣品進行了研究,使該技術在環境領域內的應用日趨廣泛和成熟。 32熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用通過利用FISH技術在環境樣品上直接原位雜交,不僅可測定不可培養微生物的形態特征及豐度,而且可原位分析它們的空間及數量分布。德國慕尼黑大學的Amann教授在環境微生物FISH技術研究中,進行了大量深入詳盡的

24、工作。Wagner、Manz及Luxmy,在此方面，特別是在污水處理中對微生物的種群原位監測投入了大量的精力，對不同城市污水處理廠混合液樣品的微生物種群進行熒光探針原位檢測,。33熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用進入20世紀90年代以后,FISH技術在方法上逐步形成了從單色向多色-FISH的發展趨勢,靈敏度和分辨率也有了大幅度的提高。 Cremer等用生物素和汞或氨基乙酰熒光素(AFA)標記探針建立了雙色FISH技術。1990年，Nederlof 等提出用 3 種熒光素探測 3 種以上的靶位 DNA 序列,創建了多色 FISH 方法。 Perry-Okeefe等35應用4種PNA探針的

25、M-FISH對銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和大腸桿菌進行了檢測。 34熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用厭氧顆粒污泥是由多種具有互營共生關系的厭氧微生物形成的復雜聚集體,由于其中微生物組成及其相互關系的復雜性、以及某些厭氧細菌(如產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌)的生長特異性等,使得對厭氧顆粒污泥的認識至今仍未取得共識。 FISH技術的出現,可以在很大程度上彌補傳統方法的不足 。國內外一些學者利用此技術對厭氧顆粒進行了研究。3536熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用Harmsen等人利用 EUB338 ,ARC915 ,MX825 和 MG1200 等探針的不同組合,研究發現蔗

26、糖為基質的顆粒污泥分為三層:外層為真細菌,中間層為產氫產乙酸細菌與產甲烷絲菌的共生體,內層存在著較大空洞,有少量產甲烷細菌和無機物;而以混合揮發酸為基質的顆粒污泥只分為較明顯的兩層:外層是真細菌,內層則以產甲烷絲菌為主。37熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用Sekiguchi等人利用 EUB338 和 ARC915 探針確定了真細菌和古細菌在中溫和高溫厭氧顆粒污泥中的分布情況,然后利用MX825 ,MG1200 ,MB1174MS1414 和D660 等探針的不同組合對不同種類產甲烷細菌與真細菌的空間分布進行研究。結果表明：中溫和高溫顆粒污泥具有相似的微生物分布結構,外層主要是真細菌,內

27、層主要是古細菌;顆粒中心均不能被染色,可能是無機物或死亡細菌;古細菌中以索氏產甲烷絲菌為主,在高溫顆粒污泥中還存在少量的產甲烷八疊球菌;真細菌則種類較多,主要有脫硫葉菌、互營桿菌、和綠色非硫細菌等。 38熒光原為雜交技術（FISH）的發展與應用Tagawa 等人利用ARC915 ,MB1174 和MT757等探針,采用計數法描述了顆粒污泥中古細菌、產甲烷絲菌和產甲烷八疊球菌的豐度。結果表明:古細菌是顆粒污泥中的優勢菌群, 占細菌總數的28%-53%；古細菌中產甲烷絲菌和產甲烷八疊球菌是主要代表,分別占細菌總數的13%- 38%和4%-27%。 我國清華大學主要就污水處理中厭氧顆粒污泥進行了分子

28、生物學水平的研究 39變性梯度凝膠電泳（DGGE） 變性梯度凝膠電泳（denatured gradient gel electrophoresis，DGGE）最初是 Lerman 等人于20 世紀 80 年代初期發明的，起初主要用來檢測 DNA 片段中的點突變。Muyzer 等人在 1993 年首次將其應用于微生物群落結構研究。后來又發展出其衍生技術，溫度梯度凝膠電泳（temperature gradient gel electrophoresis，TGGE）。此后十年間，該技術被廣泛用于微生物分子生態學研究的各個領域，目前已經發展成為研究微生物群落結構的主要分子生物學方法之一。40變性梯度凝

29、膠電泳（DGGE）的原理雙鏈 DNA 分子在一般的聚丙烯酰胺凝膠電泳時，其遷移行為決定于其分子大小和電荷。不同長度的 DNA 片段能夠被區分開，但同樣長度的 DNA 片段在膠中的遷移行為一樣，因此不能被區分。DGGE/TGGE 技術在一般的聚丙烯酰胺凝膠基礎上，加入了變性劑（尿素和甲酰胺）梯度或是溫度梯度，從而能夠把同樣長度但序列不同的 DNA 片段區分開來。一個特定的 DNA 片段有其特有的序列組成，其序列組成決定了其解鏈區域(melting domain, MD)和解鏈行為(melting behavior) 。 41變性梯度凝膠電泳（DGGE）的應用PCR-DGGE/TGGE 技術在微生

30、物生態學中的一個主要用途是分析微生物群落結構組成Muyzer 等人于 1993 年首次將該技術用于研究微生物菌苔和生物膜系統的群落多樣性。此后，該技術被廣泛應用于各微生物生態系統，包括土壤 ，活性污泥，人體和動物腸道，溫泉，植物根系，海洋，淡水湖，油藏等。絕大部分研究都是通過擴增細菌或古細菌的 16S rRNA 基因來研究各生態系統中的細菌或古細菌群落多樣性。我國哈爾濱工業大學用此項技術對生物產清發酵細菌的種群和群落演替進行了研究。 426.4 厭氧消化微生物分離與培養研究1950年，美國R.E Hungate教授建立了厭氧技術，解決了產甲烷菌的分離培養技術問題，為以后對甲烷菌的研究提供了條件

31、。1967年，M P Bryant采用改良的Hungate技術分離純化了奧式甲烷菌，證明它是產甲烷桿菌MOH菌株（Atethanobactervium）和“s” 有機體的共生體，近年來，許多學者運用厭氧培養技術對一些產甲烷菌、產氫菌、產乙酸菌、高溫纖維素分解菌、丁酸菌等等進行了分離和培養，使用的多為改良亨蓋特滾管技術。關于高效優勢產甲烷菌群的培養、開發與應用研究未見報道。 436.5國內外厭氧消化工程應用于發展概況 厭氧產沼技術的應用也已有100多年的歷史： 1896年，英國小城市Exeter建起了一座處理生活污水污泥的厭氧消化池，所產沼氣用作一條街道的照明燃料；1906年印度Matunga建

32、造了利用人糞生產沼氣的沼氣池。隨著工藝的進步與發展，厭氧消化被應用于畜牧業和農產品加工廢料的處理，并逐漸在高濃度有機廢水的處理上得到廣泛應用，但將其應用于固體廢物的處理，尤其是有機生活垃圾的處理，則只有十幾年的歷史。446.5國內外厭氧消化工程應用于發展概況近十年來，有機垃圾厭氧消化系統在德國、瑞士、奧地利、芬蘭、瑞典等國家發展尤其迅速。我國的沼氣工程始建于1936年，最近二十多年才開始有較大發展，截至2000年，我國已建成了400-500個不同類型工藝處理工業廢水的沼氣工程。600多個處理畜禽廢水、廢渣的沼氣工程.隨著新農村建設進程的不斷推進，沼氣工程技術正在逐步被大力推廣應用。456.5國

33、內外厭氧消化工程應用于發展概況目前，我國在固廢垃圾處理行業中應用厭氧產氣并回收利用則還處于起步階段。與國外相比，我國厭氧發酵技術還有很大差距。主要表現在：厭氧發酵產氣率低；系統運行和管理自動化程度不高；與沼氣發酵和綜合利用配套的設備和技術不成熟；厭氧發酵產業化、工業化發展進程緩慢等多方面。不同的反應器，不同的反應底物，其微生物的種類、生長規律、群落演替，菌群關系等還有待深入研究。 466.6發酵底物生物預處理研究根據現有的研究發現，固體厭氧消化的速度較慢，特別是植物性原料，富含木質素、纖維素和半纖維素，不易被微生物降解，因而影響沼氣轉化率，是很多厭氧消化過程中的限制性因素。一些研究和試驗表明，

34、對固體廢物采用物理法、化學法、生物法等預處理可以提高甲烷產氣量。目前對固態厭氧消化底物的物理和化學預處理方法研究較多，對生物預處理的研究則較少。 476.6發酵底物生物預處理研究Peter等從高溫反應器中分離到能分解有機固體廢物的嗜溫微生物,用該微生物對污水污泥進行預處理,在1-2d內近40%的有機物被分解,而且與沒有經過該預處理相比，厭氧消化過程中沼氣產量提高50%；Ejlertsson研究表明，在消化開始階段進行間歇曝氣能有效去除易降解的固廢，克服高濃度VFA帶來的抑制問題。Mshandete等研究了紙漿厭氧發酵系統中，啟動階段進行9h堆肥預處理后甲烷產量提高26%；Katsura和Has

35、egawa進行了類似的預處理研究，對污泥進行微好氧熱處理后甲烷產量提高50%。 486.6發酵底物生物預處理研究堆肥處理是在有氧的條件下，借助好氧微生物(主要是好氧菌)的作用而進行的。微生物在堆肥過程中 起著十分重要的作用，而在堆肥過程中堆肥微生物的數量和種群不斷發生變化。變化過程通常表現為：細菌、真菌 纖維素分解菌 放線菌 木質素分解菌。496.6發酵底物生物預處理研究有機固體廢物中含有大量的木質纖維素，其成分復雜，主要由纖維素、半纖維素和木質素構成，纖維素分子本身的結構致密，由木質素和半纖維素形成的保護層造成木質纖維素不容易降解，因此，難以被充分利用或被大多數微生物直接作為碳源物質而轉化利

36、用。所以，木質纖維素的生物降解成為生物技術處理有機固體廢物的關鍵，也是近年來研究的重點。應用堆肥微生物的分解作用對纖維素、木質素等大分子進行講解預處理，可以提高其厭氧發酵的生物轉化率50二、預計需達到的要求、技術指標，預計的技術關鍵、技術方案和主要試驗研究情況。 1 研究內容 2 技術方案3 技術關鍵 4 檢測指標 5 預期研究成果511 研究內容（1）暗河式厭氧發酵系統中各階段微生物代謝生化機理與微生物形態學研究（2）暗河式厭氧發酵系統中各階段微生物群落分子生態學研究（3）厭氧發酵底物堆肥預處理對厭氧發酵的影響研究（4）高效產甲烷菌種的分離培養與篩選（5）暗河式厭氧發酵技術高效產氣工藝優化與控制研究522 技術方案2.1實驗中各項指標的測定方法：（1）固含量的測定（TS）: 常規（2）有機碳（TOC）值的測定：采用Aopplo 9000測定儀測定。（3）氣體成分及含量的測定：氣相色譜（4）揮發性脂肪酸（VFA）的測定：N