中国是农业人口大国,庞大的农村人口数量给农村的能源安全带来巨大的挑战。农村户用沼气作为农村生物质能利用方式,能够缓解农村能源紧缺的问题,有效的改善农村生态环境,具有显著的社会、经济和生态效益。近年来,我国农村户用沼气的使用量逐年增加,但各地区因经济发展水平、人口数量、气候条件、发酵原料种类和数量、教育程度等方面的差异,导致各地区间的户用沼气发展水平差异显著。本文在搜集、整理、分析大量数据的基础上,运用ArcGis 10.1将我国农村户用沼气的空间发展分为3个区域,即Ⅰ区:沼气发展水平较低,Ⅱ区:沼气发展水平较高,Ⅲ区:沼气发展水平中等;通过灰色关联分析研究影响这种分区特征的主导因素,并最终在众多影响因素中确定温度和发酵原料与这种分区特征的关联度最大,因此结合各分区内温度和原料的特征制定室内试验方案,确定发酵温度为15、25℃,发酵原料为农村地区常见、易收集、数量充足且具有普遍性的玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、猪粪、牛粪和羊粪。通过分析原料的产气特性,将产气效果最优的配比与沼气分区特征结合,得出适宜于不同地区户用沼气使用的最佳投料方案,最后通过优化15、25℃条件下产气效果最优的羊/稻9:1与牛/麦7:3配比进一步提升沼气产量,促进农村年户沼气的可持续发展,论文得出如下结论:1.从数量上看,我国农村户用沼气的发展已经达到了较高水平,但是各地区的户用沼气发展情况存在较大差异,总体呈现出由南向北、由东向西依次减少的趋势,以河北-河南-湖北-四川省界和山东-河南-湖北-湖南-广西省界为分割线,将我国户用沼气的空间布局划分为三个主要的区域。河北-四川线以北为我国农村户用沼气发展Ⅰ区,该区域包含13个省市,属于地广人稀,气候偏寒冷,户用沼气发展水平不高的区域;河北-四川线与山东-广西线两界线之间为Ⅱ区,该区域包含11各省市,属于农村人口多,经济发展水平中等,气候适宜,户用沼气发展水平较高的区域;山东-广西线以东为我国户用沼气发展Ⅲ区,该区域包含7个省,属于人口密集,经济发展水平较高,气候适宜,户用沼气发展水平中等的区域。2.灰色关联分析表明,影响我国农村户用沼气区域发展特征的主要影响因素是温度、原料、农村人口数量、收入和教育程度,其中温度和发酵原料与之关联度最大,其关联系数达到0.889和0.747,成为主导影响因素,根据3个分区内这两类主导因素的特征,筛选出农村地区最常见、易收集、数量多且具有普遍性的六类生物质能源作为发酵原料(玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、猪粪、牛粪和羊粪)。3.25℃发酵条件下,除小麦秸秆外,其余发酵原料(单一或混合)累积产气量均高于15℃发酵条件下的产气量。15℃发酵条件下,羊粪发酵的累积产气量最高,水稻秸秆的累积产气量最少,且在该温度下,除了猪/玉1:9和猪/羊3:7外,单一原料发酵的累积产气量均低于混合发酵的产气量,混合原料发酵产气效果最优的组合是羊/稻9:1,其累积产气量达到3754 mL,分别是羊粪和水稻秸秆单独发酵产气量的2.46倍和10.72倍;25℃发酵条件下,牛粪的产气量最高,小麦秸秆的产气量最少,在该温度下,玉麦1:9的产气量低于玉米秸秆单一发酵的产气量,因此不建议玉麦混合发酵。除此之外,混合发酵的产气量均高于单一原料发酵的产气量,尤其牛/麦7:3的累积产气量达到了16199 mL,分别是牛粪和小麦秸秆单独发酵产气量的1.88倍和29.8倍。4.两种原料混合发酵条件下,5种配比中产气效果最优的配比为:15℃发酵条件下,猪/牛7:3,猪/麦1:9,猪/稻9:1,牛/羊7:3,牛/玉9:1,牛/麦7:3,牛/稻9:1,羊/玉5:5,羊/麦3:7,羊/稻9:1,玉/麦9:1,玉/稻7:3,麦/稻1:9,其中猪/玉1:9混合发酵的产气量<玉米秸秆单一发酵的产气量,猪/羊3:7混合发酵的产气量<羊粪单一发酵的产气量,因此不被列在配比表中,在众多混合发酵的组合中,累积产气量最高为羊/稻9:1(3754mL);25℃发酵条件下为,猪/牛5:5,猪/羊9:1,猪/玉9:1,猪/麦5:5,猪/稻5:5,牛/羊9:1,牛/玉1:9,牛/麦7:3,牛/稻9:1,羊/玉1:9,羊/麦7:3,羊/稻3:7,玉/稻9:1,麦/稻5:5,玉/麦混合发酵的产气量<玉米秸秆单独发酵的产气量,因此不列入配比表,在众多原料混合发酵的组合中,累积产气量最高为牛/麦7:3(16199 mL)。5.结合配比表和各分区内原料种类与数量制定适合不同地区农村户用沼气发酵的最佳投料方案。Ⅰ区中的内蒙古和新疆地区,牛粪、羊粪充足,因此建议15℃发酵条件下首先考虑牛/麦9:1混合发酵,其次考虑羊/麦7:3混合发酵。25℃发酵条件下首先考虑牛/麦7:3混合发酵,其次考虑牛/羊9:1混合发酵;Ⅱ区的河南、山东地区牛粪、猪粪、玉米、小麦秸秆资源丰富,因此建议该地区15℃发酵条件下首先考虑牛/麦9:1混合发酵,其次考虑猪/麦1:9混合发酵。25℃发酵条件下首先考虑牛/麦7:3混合发酵,其次考虑猪/玉9:1混合发酵;Ⅲ区中安徽、江苏地区牛粪、猪粪、水稻、小麦秸秆数量较多,因此建议该地区15℃发酵条件下首先考虑牛/稻9:1混合发酵,其次考虑牛/麦9:1混合发酵。25℃发酵条件下首先考虑牛/麦7:3混合发酵,其次考虑猪/牛5:5混合发酵。6.优化筛选出的15、25℃条件下产气效果最优的羊/稻9:1与牛/麦7:3组合,最终得到15℃发酵条件下,羊/稻9:1发酵的最优因素组合为:预处理时间为10.93 d、氨水浓度为18%,接种物浓度为12.84%,预期最大沼气产量为7238.92 mL;25℃发酵条件下,牛/麦7:3发酵最优因素组合为:预处理时间为8.23 d、氨水浓度为15.15%,接种物浓度为14.37%,预期最大沼气产量为19651.5 mL。