本课题以微生物菌群在低温、中温强化条件下的驱动机制为主要研究内容，解析微生物菌群在低温、中温强化发酵中的重要功能，总结沼气生物强化发酵系统调控模型，并验证其在北方寒地实际应用的可行性。不仅提高了沼气生产实际能力，同时对于今后开展各种物料的混合发酵机理、调控机制等相关科学研究具有重要的借鉴意义。 二项目背景 沼气是人类应用生物产甲烷过程的成功范例，在解决能源短缺和治理环境污染方面发挥着重要的作用。沼气生产是一个由多种微生物联合，交替作用的复杂生化过程，受多种环境因素影响，其中，温度是影响沼气发酵的一个重要因素，尤其是在我国北方，冬季漫长寒冷，低温将导致沼气发酵菌群生理活性降低，产生的沼气量低，甚至不能够维持发酵系统自身的运转，而辅助加温又大大增加了系统的复杂性和运行成本。而利用低温产甲烷菌群破解寒区沼气“越冬难”困境是可行的。然而，目前尚缺乏能够满足这种需求的理论依据和实用技术，因此，迫切需要开展低温产甲烷技术研究。 三 项目创新点 本项目筛选出低温条件下具有较高生物活性的产甲烷嗜冷菌群，在中试条件下以重金属离子、pH值、温度等指标对其进行生物强化，并深入探讨低温条件下，沼气生物强化菌群的微生物特性、环境因子互作，菌群时空分布和种群动力学分析等，从分子生物学和微生物代谢层面研究强化机理和调控机制， 并且应用厌氧发酵模型（ADM1） 、人工神经网络（ANN） 、灰色模型理论（GM）建立寒区沼气生物强化发酵实时诊断与调控混合模型，对反应器进行有效控制。这不仅能够弥补低温沼气生物强化研究空白，同时对于指导寒区沼气生产实践具有十分重要的意义。 四 社会经济效益 1） 经济效益 目前黑龙江省，每年可产生畜禽鲜粪约1.1亿t，其中牛粪产生量约4726万t；每年产生秸秆资源量为6816万t，其中玉米秸秆4012万t。如按牛粪和玉米秸秆的40%生产生物燃气可年获得4.6亿m3生物天然气，按1.5元/m3价格计算，可获得直接经济效益6.9亿元人民币，将成为我省经济的新的增长点和重要补充，对推动我省经济建设意义重大。冬季沼气工程的正常运行不仅可以有效降低畜禽粪便的排放量，减少占地以及有毒物质对水体和大气的危害；同时沼气可以替代部分化石燃料，对缓解能源紧张与大气污染状况、改善我国的能源结构、保障国家能源安全，具有重大意义。 2） 社会效益 我省是农业大省，农作物秸秆和禽畜粪便资源丰富，但其利用和处理方式简单粗放。在黑龙江省约有21%的秸秆被焚烧或者废弃；60%的禽畜粪尿被直接排放，造成了环境污染。 该技术不仅能使我省冬季规模化的沼气工程的正常运行，可以将畜禽粪便减量化，以此来避免环境污染的同时还能获得高品位的生物燃气和有机肥料，满足了农户冬季取暖、炊事以及发电用能等，提高了农民居住生活条件，改善了生活质量，具有良好的经济、生态和社会效益。

黑龙江省农业科学院农村能源研究所

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