文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言近年来，随着我国对农业废弃物资源化利用的重视程度不断加深，干法厌氧发酵技术得到了广泛应用。干法厌氧发酵技术是指将固体有机物料与水或气体进行混合，在较低温度下厌氧发酵的过程。
与传统的厌氧发酵相比，干法厌氧发酵在保证物料品质的前提下，能够提高物料的转化效率、降低物料成本，还能够节省大量的能源。但是干法厌氧发酵设备由于设计原理的不同，在设计和建造上都存在很大的区别，从而对厌氧发酵系统中微生物群落结构产生影响。
为了更加全面地认识干法厌氧发酵系统中微生物群落结构的特点及影响因素，本文主要从以下几个方面对干法厌氧发酵系统进行了分析和讨论。
干法厌氧发酵的基本原理和技术特点干法厌氧发酵技术是一种较为特殊的发酵技术，主要适用于农业废弃物的处理。干法厌氧发酵技术将固体有机物料与水或气体进行混合，在较低温度下进行厌氧发酵，并利用厌氧微生物分解有机物，在厌氧反应过程中产生甲烷气体，从而实现有机物的资源化利用。
在干法厌氧发酵技术中，物料通常采用堆肥或干法（即热解）技术进行预处理，并经过一段时间的高温堆肥发酵过程，最终实现有机物的资源化利用。
与传统的厌氧发酵技术相比，干法厌氧发酵技术具有以下几个主要特点：
（1）厌氧发酵系统不需要外加氧化剂。由于厌氧发酵过程中产生的甲烷气体不需要再添加氧气，因此干法厌氧发酵系统可以利用廉价的沼气作为热源来提高甲烷气体浓度和产气率。同时，由于其产气速度快，能够降低系统启动过程中对能源的消耗。
（2）可以有效降低有机废弃物中微生物的失活速度。由于干法厌氧发酵系统的温度较低，因此可以有效控制厌氧微生物在有机废弃物中的活性。
（3）与传统厌氧发酵相比，干法厌氧发酵技术对环境影响较小。由于其在较低温度下进行厌氧发酵，因此对环境产生的影响较小，有利于废弃物的后续处理。
（4）干法厌氧发酵技术能够缩短后续处理时间、提高效率。
（5）干法厌氧发酵系统可以实现低温下进行。由于干法厌氧发酵系统温度较低，因此不需要进行高温堆肥和高温厌氧消化过程中所需要的高温和低温加热过程。
（6）干法厌氧发酵技术对设备要求较低，运行成本较低。由于干法厌氧发酵系统温度较低，因此对于设备的要求不高，而且该技术可以采用小型设备进行工业化处理，因此运行成本较低。
（7）干法厌氧发酵技术能够实现有机物的资源化利用。干法厌氧发酵系统的原料通常采用堆肥或干法（即热解）技术进行预处理，然后通过一定的厌氧发酵过程实现有机物的资源化利用。
目前，在我国农村地区进行干法厌氧发酵技术处理农业废弃物的主要设备包括流化床反应器、堆肥发酵罐和垃圾焚烧炉等。在流化床反应器中，物料被均匀地搅拌、混合并进行加热，在厌氧微生物的作用下，物料中的有机物被分解为甲烷和二氧化碳等气体。
目前在我国农村地区采用流化床反应器处理农业废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便和有机废弃物等。
堆肥发酵罐是将经过一定处理的堆肥物料（如畜禽粪便和农作物秸秆等）与水混合后进行发酵的设备。由于堆肥发酵过程中需要添加大量的碳源（如糖、有机酸等），因此在堆肥发酵罐中容易发生酸化反应，影响堆肥发酵质量。
同步升温发酵的技术原理和应用情况同步升温发酵是指在干法厌氧发酵的过程中，同时对反应器内的物料和气体进行加热，将温度控制在一定范围内。通常情况下，同步升温发酵的加热方式有两种：一种是在反应器中添加燃料加热，另一种是对反应器内部进行加热。
燃料加热方式多用于小型厌氧罐，其主要优点是能够降低反应温度和反应过程中的能耗，但是其缺点也很明显：一方面，燃料加热方式会消耗大量的热量，影响反应速率；另一方面，燃料加热方式也会增加发酵系统的成本。
对反应器内部进行加热的方式多用于大型厌氧发酵罐，其主要优点是能够提高反应温度并降低能耗。
但是其缺点也很明显：一方面，由于物料在反应器内停留时间较长，易导致反应周期过长；另一方面，在对反应器内部进行加热时会增加反应器的占地面积，还会产生大量热量。
其主要优点是能够提高反应温度并降低能耗；缺点是如果加热温度过低会导致反应器内产生大量的热量并造成反应器内部压力过高。
在实际应用中，同步升温发酵装置多用于大型固体有机废弃物厌氧发酵项目。例如某沼气工程在设计中采用了同步升温发酵技术，该装置具有以下优点：
（1）该装置能够满足干法厌氧发酵装置的基本要求（如：可调温度、连续操作等）。
（2）该装置的保温效果较好，能够减少热量损失。
（3）该装置采用了自动控制系统和远程监控系统，能够及时反馈信息并对反应过程进行调整。
（4）该装置能够进行自动控制，减少人力投入，降低运行成本。
（5）该装置的物料搅拌和气体搅拌能够同步进行，节省了时间。
（6）该装置具有良好的保温性能，能够满足连续操作要求。
（7）该装置的加热系统与其他加热系统分开，能够提高物料的加热效率，降低加热成本。
此外，对于厌氧发酵设备来说，通常情况下将其分为两类：一类是大型的厌氧发酵罐，另一类是小型的厌氧发酵罐
对于大型的厌氧发酵设备来说，其主要优势是能够满足大规模、连续操作的要求。但是其缺点也很明显：第一，由于反应器的体积较大，往往需要较大的占地面积和投资成本。
第二，大型厌氧发酵设备往往需要更高的运行成本以保证稳定运行；第三，大型厌氧发酵设备一般都采用了封闭式运行方式，这使得其容易受到环境温度、湿度等因素影响。
对于小型厌氧发酵设备来说，其主要优势是占地面积小、投资成本低。通过对干法厌氧发酵技术和同步升温发酵技术进行分析比较可以看出。
同步升温发酵技术能够有效解决大型厌氧发酵设备占地面积大、投资成本高和环境温度、湿度等因素影响等问题，且操作方便、易于实现自动化控制。
微生态网络研究的意义和方法干法厌氧发酵系统中的微生物群落结构的复杂性，使其研究难度较大，也缺乏系统的研究方法。
目前对干法厌氧发酵系统中微生物群落结构研究最常用的方法是通过PCR-DGGE技术来检测微生物群落结构变化，但是这种方法具有较高的假阳性率，在实际应用中不够准确。
由于微生物群落结构的多样性和复杂性，现有的PCR-DGGE技术不能准确检测到不同微生物群落结构间的差异性，这种方法不能很好地应用于干法厌氧发酵系统中微生物群落结构研究。
随着高通量测序技术和高通量测序技术在微生物研究中的应用，通过分析不同样品中微生物群落多样性、物种丰度、群落组成等来研究不同样本之间的差异性，以及这些差异与样品间环境因子之间关系成为了目前微生物研究领域内的热点。
近年来，越来越多的研究者采用宏基因组学技术来分析厌氧发酵系统中微生物群落结构和功能，这种方法具有较高的准确性和灵敏度，能够有效地解决目前常规方法存在的假阳性问题。
宏基因组学是一种可以快速准确地检测样品中微生物群落结构差异性的方法，其中又以DGGE技术应用最为广泛。
DGGE技术具有较高的特异性、灵敏度和较低假阳性率等优点，在厌氧发酵系统中能够有效地检测到不同样本之间存在的差异性，特别是当样品之间有相似度时，DGGE技术更能准确地反映出样品间存在差异性。
因此，在干法厌氧发酵系统中开展微生态网络研究时可以采用DGGE技术。
另外，DGGE技术的另一个优点是它具有很强的通用性，能够对不同的样品进行检测。不同样品在DGGE图谱上有明显的特征差异，这也是DGGE技术应用于干法厌氧发酵系统中微生态网络研究的优点。
在干法厌氧发酵系统中开展微生态网络研究时，除了DGGE技术之外，还可以采用宏基因组学技术。
宏基因组学技术是指以一段或一类微生物作为研究对象，在整体水平上分析微生物群落结构和功能多样性及其变化规律的方法。
宏基因组学技术是研究微生物群落结构差异性的重要方法，特别是当样品之间存在差异时，基于宏基因组学技术可以更好地揭示微生物群落结构和功能之间的关系。
在干法厌氧发酵系统中开展微生态网络研究时，可以采用宏基因组学技术对整个干法厌氧发酵系统进行分析，然后再进一步筛选出与微生态网络密切相关的微生物种类。
在干法厌氧发酵系统中开展微生态网络研究时，除了需要对整个干法厌氧发酵系统中的微生物群落结构进行研究之外，还需要对整个发酵过程中的物料成分、环境因子、操作条件等因素进行研究。
笔者观点在干法厌氧发酵系统中，随着厌氧发酵装置的启动，微生物群落结构也会发生变化。通过对微生物群落结构进行分析，可以为我们研究整个干法厌氧发酵系统提供依据。
通过对整个干法厌氧发酵系统中的微生物群落结构进行分析，可以了解整个干法厌氧发酵系统中的优势菌群，这将有助于我们更好地研究厌氧发酵过程中的微生物群落变化规律。
在今后的研究中，可以采用宏基因组学技术来对整个干法厌氧发酵系统中的微生物群落结构进行研究，从而更好地揭示整个干法厌氧发酵系统中微生物群落结构变化规律。
参考文献1、基于EST的城市固体废弃物中的微生物群落和生态系统动态变化。[J]。《环境工程学报》，。
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