我国秸秆年产量高达10.2亿吨，有约1.8亿吨秸秆未被得到回收利用。干法发酵具有处理废弃物和产甲烷能力强、反应体积与能量损耗低等优点，但有机负荷率过高导致干法发酵系统中存在传热传质不均，局部发生VFAs积累导致酸抑制问题。煤渣作为火力发电厂和民用锅炉等产生的废渣，年产量高且堆积量大。目前主要的处理手段包括掩埋、堆放和焚烧等，综合治理水平仍需要提升。煤渣含有CaO、MgO以及较多的含氧官能团，以及大量多孔结构等特征，使得其具备强化厌氧发酵转化效率的潜力。若将煤渣用于厌氧发酵可为煤化工业和农业两种产业废弃物的有效耦合与高值化利用提供新思路。
煤渣促进小麦秸秆干法发酵研究路径
本研究以小麦秸秆为原料，采用煤化工业产生的煤渣强化中温（35℃）干法发酵提升产甲烷效率。结果表明，煤渣表面存在大量的多孔结构和有利于厌氧发酵的微量元素，具有厌氧发酵促进剂所具备的一般性状；煤渣能显著提升小麦秸秆干法发酵的甲烷产率，在煤渣添加量为底物固体浓度的2.5%时对产气提升的效果最佳，提升达80.14%；通过Compertz模型拟合发现添加煤渣能够显著增加小麦秸秆干法发酵的理论最大产甲烷量；添加煤渣后底物在产酸过程中总VFAs含量降低，其中丙酸浓度下降明显；通过对微生物多样性的研究发现，煤渣的加入显著增加了Methanosarcina，Fibrobacteres，Spirochaetota等菌群的丰度，促使主要产甲烷途径从嗜氢型产甲烷向乙酰化产甲烷转变，编码与水解反应、甲烷代谢过程相关酶的基因丰度显著增加。本研究基于以废治废的循环经济理念，为工业废渣的高值化利用和农业废弃物的高效能源转化提供了一项关键共性技术参考，对开辟工业和农业废弃物的协同高效处置与高值化利用途径具有重要意义。
煤渣促进小麦秸秆干法发酵研究路径
姚义清教授实验室的上述研究成果以“Recycling cinder in efficient methane production from wheat straw via solid-state anaerobic digestion (SS-AD)”为题发表在《Chemical Engineering Journal》。
该研究得到国家、省级和学校科研经费的支持。
