有机固废厌氧消化技术研究进展

李默

摘 要：通常而言，有机的固体废弃物具有可以生化的降解性能，而厌氧消化工艺是运用较久而有效的生物降解方法，长期用于处理有机固体废弃物，在这一技术之下，可以实现对有机固体废弃物的污染防治和综合性的利用，具有双重治理的意义和作用，代表了未来有机固体废弃物处置的方向和趋势。由于有机固体废弃物中的可生化降解性较高，厌氧消化技术可以有效地实现废弃物的减量化、能源化和资源化，在逐渐的积累实践运用中得到完善和成熟。

关键词：有机固体废弃物；厌氧消化技术；降解

中图分类号： C35 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-170-2

0 引言

有机固体废弃物含水率较低，具有可以生化的降解性，它蕴含有大量的生物质能，这些生物质能可以在有效的厌氧消化技术运用之下，得到有效的利用，可见，运用有机的固弃物厌氧消化技术对于环境的绿色环保具有可以预见的作用，同时，对于推动社会经济的可持续性发展也有不可忽视的意义，我们可以运用较多的有机固体的废弃物处置方式，而生物技术处置方式具有明显的、不可替代的优势，我们需要加以系统的研究。

1 有机的固体废弃物处理现状分析

在社会高速发展的态势之下，不同类型的固体废弃物对人体的健康造成较大程度的威胁，在资源日益枯竭的社会资源紧缺背景下，有机的固体废弃物必然将会成为未来的能源和资源，由于有机固体废弃物含有大量的有机质，同时含水量较低，厌氧生物消化技术便成为了一种有效的节能、产能的处置方法。

对于工业固体废弃物的厌氧消化处置技术的运用过程中，由于工业固体废弃物的成分较为单一，不易发生变化，因而，运用这一生物处置技术的综合性利用也较为方便，同时，对于不能利用的固体废弃物可以采用填埋的方式加以处置。

对于城市的固体废弃物而言，目前的处置方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥，同时也可以采用厌氧发酵、热解的方式加以处置。

对于农业的固体废弃物而言，由于农作物的秸秆资源较为丰富，主要采用还田的方式加以处理，其次是用作饲料和纤维利用的处置方式。

对于畜禽排泄物的处置方式而言，首先要减少畜禽粪便的排放污染，同时还可以采用生物技术法如：厌氧发酵法、好氧发酵法等。

2 厌氧消化技术应用于有机固体废弃物的研究进展

2.1 厌氧消化技术

厌氧消化技术有不同的三个阶段：水解发酵阶段、产氢、产乙酸阶段、产甲烷阶段，对于有机固体废弃垃圾而言，不同的基质条件下的厌氧消化的速率不同，通常来说，厌氧消化的速率较快的是碳水化合物；而厌氧消化的速率较慢的是蛋白质和脂肪；厌氧消化技术最难处置的是纤维素和木质素。同时，在厌氧消化技术运用中，要对有机固体废物植入菌种，这样可以有效地预防酸积累，保证发酵的正常进行。

2.2 厌氧消化技术工艺

2.2.1 单相及双相厌氧消化工艺

厌氧消化技术工艺主要分为单相处理和两相处理两种，其中，单相处理是在一个反应器中实现厌氧处理过程，力求降解反应各环节的加速。而两相处理是在两个不同的反应器中依次降解，由于微生物种群的环境条件不同，厌氧降解的过程也有较大的区别。这两种处理工艺都可以有效地减少有机酸的积累，创造有益于发酵细菌的生态环境，然而，相比较而言，两相处理的厌氧消化方式比单相处理方式更能提高甲烷的产量，而且两相处理工艺可以在增加系统稳定性的前提下，强化对进料的缓冲，最大程度地提升反应效能。然而，这种工艺处理技术也还受囿于投资和维护复杂的因素，在现实应用中还不是特别广泛。

2.2.2 厌氧发酵工艺

在厌氧发酵抑制的研究方面，由于有机固体废弃物的厌氧发酵极易挥发，会过量积累有机酸，导致“酸中毒”的现象和问题，并抑制厌氧发酵的实现，另外，游离氨会影响甲烷细菌的活性，因而也会抑制厌氧消化的进程。鉴于这些因素，可以采用预处理的方式，如：生物法、机械法、物理化学法等，提高有机固体废弃物的厌氧发酵效率，这些方法可以有效提高产气率和产气速度，极大地提升了气体的产量和固体的降解率。

2.2.3 湿式完全混合厌氧消化工艺

它要求固体的浓度在15%以下，分液化、酸化、产气三个不同的阶段，并在同一个反应器中实现，其浆液处于完全融合的状态，在氨氮、盐分的抑制作用下，产气率较低。

3 有机固体废弃物厌氧消化技术的相关因素分析

3.1 底物构成

不同的有机固体废弃物的底物构成会产生不同的可生化降解性能，在其他条件相同的前提下，不同的底物构成所需的发酵营养需求和状态调控也不尽相同，例如：在以秸秆为主的底物构成的有机固体废弃物之中，要补充N源营养，在适宜的C/N比例中，实现厌氧消化的目标。另外，对于一些城市生活垃圾、污泥、禽畜粪便等可以采用联合发酵的方式，在良性的互补状态下，可以提升产气量。

3.2 氧化还原电位

在有机固体废弃物的厌氧消化技术运用中，要具备适宜的厌氧环境，而这个适宜的厌氧环境则由氧化还原电位加以体现和反映。通常而言，在对有机固体废弃物实施发酵时，氧的掺入会直接影响氧化还原电势升高。另外，还有一些间接性的影响氧化还原电位升高的因素，如：氧化剂、氧化态物质的存在。当这些物质的浓度过量时，就会影响厌氧消化的进程。

3.3 温度

温度可以影响微生物的生化反应速率，在不同的温度条件下，有机固体废弃物的厌氧消化技术有不同的效应，通常来说，厌氧消化技术是在中温或高温的条件下实施，中温通常控制在35℃，高温通常控制在55℃。在比较单相处理和双相处理的过程，实验发现在高温条件下，甲烷的产量可以提升14%，高温比中温有更短的固体停留时间和更小的容积，然而，需要考虑的是，高温需要更多的能量，要进一步进行研究。

3.4 pH值

产甲烷菌对PH值的适应能力较差，极为微小的PH值变动都会改变或终止微生物的代谢活动，通常来说，产甲烷菌对PH值的适应范围为6.8-7.2，在这个范围之内，产甲烷具有较强的活性，而当PH值低于6.3或高于8.3时，厌氧发酵系统就会终止产气。总体而言，在发酵系统的过程中，酸化保持略酸性，产甲烷则略偏碱性，两者之间并没有明显的界定，只要保持发酵系统的高效化和稳定化即可。在厌氧消化过程中的PH缓冲溶液的总碱度可以反映出厌氧消化技术运用中对酸性物质的缓冲能力，并且在这个体系之中，要保持厌氧消化体系中的酸碱平衡，如：脂肪酸的电离平衡、氨氮的电离平衡、H2S的电离平衡等。同时，在厌氧消化体系中，还有一些生化反应，也会对厌氧消化体系的酸碱平衡造成影响，如：中性含碳有机物的转化、硫酸盐的还原等。

3.5 抑制物质

化学物质对于厌氧消化体系的影响主要与其浓度有关，当化学物质的浓度适宜时，可以对厌氧消化体系产生促进或刺激作用，而当其浓度过高时，便会产生强烈的抑制作用，在由刺激转为抑制的过程中，存在一个临界浓度区间，然而，这个临界浓度区间不太明晰且微小，不易观测，表现出不一致性。而且，有毒化学物质对于厌氧微生物的抑制作用也存在不同的状态，如：硫化物、氨氮、重金属、氰化物等，它们在高浓度的状态下会导致挥发性脂肪酸的累积，其缓冲能力无法补偿PH值的降低，最终失效。

3.6 食料微生物比

在厌氧消化体系中，其中重要的有机负荷、处理状态、产气量这三者之间，具有平衡关系，通常来说，有机负荷较高，则产气量较大，然而处理状态会降低。因而，要谨慎地选取有机负荷，不能让有机负荷过高而导致挥发酸的累积。

3.7 预处理

预处理方式可以极大地提升甲烷的产气量，在对消化底物实施高温的蒸汽热处理之后，甲烷的产气量明显提升了一倍左右。对于木质纤维素的难降解物质，也可以采用碱预处理的方式，提高木质纤维素的可生物降解性。对于污泥的厌氧消化处理也可以采用微生物氧化热的预处理方式，由于高温好氧菌分泌的胞外酶更具有活性，可以使甲烷的产气量提升一半。目前主要采用的预处理方式有物理法、化学法和生物法，还有待进一步深入研究。

4 结束语

综上所述，有机固体废弃物厌氧消化技术不仅可以消化有机废物，而且可以堆肥、产生沼气，用于多层次的重新利用，我国目前对于有机固体废弃物的厌氧消化技术研究还有待深入，要研究厌氧消化的生物转化条件和生态微环境，进一步完善和优化厌氧消化体系，从而实现生物质能的循环利用，提升有机固体废弃物的生物降解速度，做到无害化处理。

参 考 文 献

[1] 厌氧消化技术将垃圾变清洁能源[J].技术与市场，2012.

[2] James Murray.厌氧消化技术让污水为人类服务[J].低碳世界，2011（07）.