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随着社会的发展进步，能源的需求与日俱增，但是地球上化石能源储量越来越少，人们开始对可再生能源开发与利用。沼气作为一种可再生生物质能，能满足我国日益增长的能源需求，缓解能源压力和保护环境。我国有丰富的秸秆资源，利用农作物秸秆厌氧发酵生产沼气不仅可以解决秸秆焚烧带来的环境污染问题还减少了资源的浪费，同时增加了能源。厌氧发酵产沼气是一个复杂的生物化学过程，一般分成三个阶段:液化阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。适度的外力搅拌可以加强微生物和秸秆的传质，均衡发酵液的理化学性质，破坏浮渣层，提高秸秆的产气性能。沼气生产中通入微量氧气有助于水解;采用外加电压电解水产生氧气和氢气。阳极产生的微量氧气为秸秆降解提供了微氧环境，促进秸秆的水解;同时氧气氧化沼气中的硫化氢，有效地降低沼气中硫化氢的含量。阴极产生的氢气和微生物呼吸作用产生的二氧化碳被氢营养型甲烷菌转换成甲烷，提高了甲烷的产率。目前沼气使用领域不断拓宽，对沼气的质量要求也不断提高。然而我国大多数沼气利用率较低，存在大量浪费。因此，沼气分离提纯技术的研究具有很重要的意义。目前工业上用于沼气脱碳的技术很多，有水洗、化学吸收、膜分离和变压吸附等。 本研究主要内容包括：⑴研究搅拌次数对水稻秸秆厌氧发酵产气影响。分别将搅拌时间设置为12h搅拌一次，6h搅拌一次，3h搅拌一次，每次搅拌5 min。设置一个对照实验（无搅拌）。实验结果表明3h搅拌一次的产气效果最佳，总产气量是15683 mL，单位VS产气率比对照组单位VS产气率提高了39.95％。搅拌对pH、甲烷含量没有显著的影响，但是可以减缓有机酸积累。搅拌还可以增加纤维素，半纤维素的水解，对木质素降解影响不大。⑵实验采用电解水为沼气发酵提供微好氧环境，对比研究了电解厌氧发酵体系(eAD)与传统的厌氧发酵体系(AD)对水稻秸秆厌氧发酵的影响。结果表明:外加3V电压试验组日产气量均高于未加电压的对照组，其中以石墨板为阳极不锈钢板为阴极电极距离为1 cm实验组，日产气量高于其他试验组，14d内累积产气量最大，累积产气量比对照提高了31.74％;甲烷含量比对照组提高了7％，且试验组沼气中未检测出硫化氢含量，对照组中硫化氢含量约为2800 ppm。因此水稻秸秆厌氧消化过程中加入电解装置不仅可以促进秸秆的水解，提高沼气产量和甲烷含量，还可以减少沼气中硫化氢的含量。⑶研究了在水稻秸秆厌氧消化过程中直接通微量氧气对其产气性能的影响。实验结果表明:1L厌氧发酵装置中通入适量的氧气(10 ml/d)可以增加产气量、纤维素和半纤维素的水解，对pH和甲烷含量影响很小，发酵液中有机酸的含量稍微高于对照组。说明微量的氧气对厌氧发酵是有利的。⑷采用变压吸附法(PSA)对沼气中CH4-CO2混合物进行分离研究。在四塔变压吸附装置上进行中试试验，对相同的环境温度下不同原料组成和不同的环境温度两种工况，分别测定了变压吸附脱碳前后气体中CH4和CO2体积含量，沼气经变压吸附法脱碳后，净化气中CH4浓度高达97％以上，CO2含量低于1％，CH4回收率为94％。试验结果表明，变压吸附脱碳技术成本小、能耗低、运行基本不受环境温度影响，在沼气脱碳中具有良好的应用前景。