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秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的研究
引言：
随着全球经济的发展和人口的增长，人类对能源的需求也越来越大。传统的化石能源已经不能满足人类的能源需求，因此，利用可再生能源已经成为了解决能源问题的重要途径。生物质资源是可再生能源的重要来源之一，其中秸杆是较为常见的一种生物质资源。秸杆大量堆积不仅对环境造成影响，同时也是浪费资源。因此，将秸杆转化为可用的生物质能源已经成为当前研究的热点之一。利用厌氧发酵技术将秸杆转化为氢气和甲烷已经成为了一种可行的技术方案。
本文将介绍秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的相关研究，讨论秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的工艺流程、影响因素以及产氢和产甲烷的机理等方面内容。
一、秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的工艺流程
秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的工艺流程比较简单，主要包括预处理、发酵和后处理等几个步骤。
●预处理：预处理的目的是破坏秸杆的纤维素和半纤维素，使其易于微生物降解。常用的预处理方法包括物理方法、化学方法和生物方法等。物理方法包括磨碎、压缩和震荡等，化学方法包括酸碱处理和氧化处理等，生物方法则使用微生物代替化学物质。
●发酵：预处理后的秸杆进入发酵池，水平流式发酵池是目前较为常见的发酵池类型。发酵池内主要存在两类微生物：产氢细菌和产甲烷细菌。首先是产氢细菌在无氧环境下分解秸杆中的复杂有机物，产生氢气，随后产甲烷细菌利用产氢细菌产生的氢气和池内的二氧化碳产生甲烷。
●后处理：后处理的主要工作是处理发酵后的废弃物。废弃物中富含营养成分，常用的处理方式包括堆肥和生物质燃烧等。
二、影响秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的因素
●温度：温度是影响秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的重要因素，不同类型的微生物对温度的适应性不同，温度过高或过低都会影响微生物的生长和代谢，从而影响发酵产氢和产甲烷的效率和质量。一般来说，适宜的温度范围为35℃-55℃。
●pH值：pH值是影响秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的重要因素之一，微生物的出现和生长均受到pH值的影响。在pH值过高或过低的情况下，微生物的生长和代谢活动受到极大的限制，从而影响发酵的效果。适宜的pH值范围为6.0-8.0之间。
●C/N比：C/N比是影响秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的重要因素之一。秸杆中C/N比高，就意味着有机碳较多，微生物对其的降解速度变慢，影响发酵的效率。一般来说，适宜的C/N比为20:1至30:1之间。
三、产氢和产甲烷的机理
1.产氢的机理
秸杆厌氧发酵产氢的主要机理如下：
①利用产氢细菌
产氢细菌是一类厌氧细菌，属于放线菌科和厌氧菌门，它们具有利用碳水化合物和有机酸发酵产生氢气的特性。产氢细菌属于厌氧细菌，只能在无氧条件下生长和繁殖，同时它们对温度、pH值以及C/N比等环境因素的适应性都较强，使得其能够广泛应用于秸杆厌氧发酵产氢的过程中。
②利用蛋白质和氨基酸
蛋白质和氨基酸是秸杆中的重要有机物，可被产氢细菌利用产生氢气。在早期的发酵过程中，产氢细菌首先利用这些有机物进行代谢活动，产生氢气，之后转而利用复杂的聚糖等有机物为代谢基质，产氢效率比较低。
③利用全量秸杆
经过一定的预处理和优化后，全量秸杆可以在不添加任何外源性有机物的情况下产生氢气。其中，全量秸杆中的木质素赋予其较高的自养能力，因此，利用全量秸杆进行产氢效果较好。
2.产甲烷的机理
秸杆厌氧发酵产甲烷的主要机理如下：
①链式反应
在发酵过程中，产氢细菌首先利用秸杆中的有机物质分解产生氢气和一些短链有机物。然后，甲烷细菌利用这些产生的短链有机物制造甲烷。这是产甲烷过程的第一步。
反应式如下：
C6H12O6→2CH3COOH+2CO2
CH3COOH→CH4+CO2
②醇类化合物分解反应
甲烷的产生也可以通过醇类化合物的分解反应途径实现。当有醇出现时，甲烷细菌将其分解为甲烷和一些其他的副产物。
反应式如下：
CH3OH→CH4+CO2
③酸类化合物分解反应
秸杆中酸类化合物在发酵过程中会被产生乳酸或丙酸代谢利用，之后这些酸类化合物被进一步利用被细菌转化产生甲烷和CO2。
反应式如下：
C2H5OH→CH4+CO2
四、发展前景
秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的技术已经被广泛地应用于工业生产和农村生产中，因其具有较高的发酵效率、较低的处理成本以及环境友好等优点。此外，秸杆厌氧发酵产生的氢气和甲烷都是可再生的清洁能源，为解决能源危机和环境污染问提带来了巨大的帮助。
值得注意的是，尽管现阶段技术仍存在一些问题，如秸杆厌氧发酵的效果并不稳定、工艺流程复杂、科学研究投入不足等，但是秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的未来发展方向仍然被广泛关注。人们坚信，在不断的研究和发展中，秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷技术将变得更为成熟、高效、稳定，为可再生能源的发展贡献更大的力量。
结论：
本文主要介绍了秸杆厌氧发酵产氢气和甲烷的研究，分别从工艺流程、影响因素以及产氢和产甲