厭氧發酵技術助力農業綠色低碳高質量發展

農、林、牧、漁的每個生產環節都會產生一定量的生物質廢棄物，其中秸稈和畜禽糞便是產量最大的兩類。我國是一個人口眾多的農業大國，生物質廢棄物的總量驚人，如何實現生物質廢棄物的高效利用及生態高水平保護是一項艱巨且長遠的任務。

在能源緊張和環境保護的雙重壓力下，特別是“雙碳”戰略背景下，生物質廢棄物的再利用途徑被賦予了新的內涵，不但要解決生物質廢棄物利用不足帶來的污染問題，更要使其產業成為強農富農的重要抓手，最終實現生物質廢棄物“零污染、高產值”的目標，以期形成以綠色生態經濟為導向的生產體系，實現鄉村地區“生態美、產業興、百姓富”的美好愿景。

圖 1 發展綠色循環農業，保護生態環境（圖片源自作者）

厭氧發酵是一種重要的微生物過程，它驅動生物質廢棄物變“廢”為寶，向微生物要“糧食”，用微生物技術打“好糧”，在保護生態環境，構建生態循環農業鏈，實現生物質廢棄物高值化利用方面具有顯著優勢。在厭氧微生物的新陳代謝下，生物質中的有機質被有效轉化，最終生成具有經濟價值的甲烷及部分二氧化碳。作為一種高效的生物能源，甲烷可以直接用于發電、供熱，甚至用于汽車燃料。此外，發酵后的殘渣經過處理后可以作為高品質的有機肥料，促進農作物生長，提高土壤肥力，進一步實現農業的綠色低碳高質量發展。

厭氧發酵工藝流程簡單，但多菌群、多層次的厭氧發酵過程構成了一個復雜的系統，內部反應影響因素較多。隨著技術的不斷進步和應用經驗的積累，通過技術研發與創新，優化發酵工藝，提升處理效率，厭氧發酵技術在生物質廢棄物高值化利用方面必將發揮更大的作用。

研究表明，選擇合適的原料預處理方式和添加物對顯著提高沼氣產量和有機物的降解率以及縮短消化時間至關重要。其中，預處理工藝可以分為機械預處理、化學預處理、生物預處理。機械預處理和化學預處理主要是將復雜有機物轉化成易生化降解的小分子有機物，增加比表面積，提高微生物與底物接觸的幾率。生物預處理則主要為添加高濃度生物菌種，利用微生物來水解底物。與此同時，適當的添加物可以促使微生物群體的富集，提高微生物的停留時間以及微生物濃度，增加沼氣產量。例如，適當的添加甲烷菌載體能增強反應體系中微生物間的協同作用，優化厭氧發酵過程，提高甲烷產量。

圖 2 技術創新（圖片源自作者）

圖 3 農業廢棄物厭氧發酵的應用示范（圖片源自作者）

當前，本文作者的研究團隊基于以廢治廢的循環經濟理念，已在“西北農村沼氣科技創新與示范基地”和“農業農村部梁家河沼氣示范工程”開展了示范工作，為國內的畜禽糞污和秸稈型生物燃氣工程提供技術支持，對開辟工業和農業廢棄物的協同高效處置與高值化利用途徑具有重要意義。

作者 | 姚義清 周紫嫣

作者簡介：

姚義清，西北農林科技大學教授、博士生導師，中國微生物學會會員、陜西省微生物學會會員，從事農林業生物質低碳增值理論與技術研究。

周紫嫣，西北農林科技大學在讀博士生。