有機固廢厭氧消化技術(shù)研究進展

李默

摘 要：通常而言，有機的固體廢棄物具有可以生化的降解性能，而厭氧消化工藝是運用較久而有效的生物降解方法，長期用于處理有機固體廢棄物，在這一技術(shù)之下，可以實現(xiàn)對有機固體廢棄物的污染防治和綜合性的利用，具有雙重治理的意義和作用，代表了未來有機固體廢棄物處置的方向和趨勢。由于有機固體廢棄物中的可生化降解性較高，厭氧消化技術(shù)可以有效地實現(xiàn)廢棄物的減量化、能源化和資源化，在逐漸的積累實踐運用中得到完善和成熟。

關(guān)鍵詞：有機固體廢棄物；厭氧消化技術(shù)；降解

中圖分類號： C35 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）15-170-2

0 引言

有機固體廢棄物含水率較低，具有可以生化的降解性，它蘊含有大量的生物質(zhì)能，這些生物質(zhì)能可以在有效的厭氧消化技術(shù)運用之下，得到有效的利用，可見，運用有機的固棄物厭氧消化技術(shù)對于環(huán)境的綠色環(huán)保具有可以預(yù)見的作用，同時，對于推動社會經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展也有不可忽視的意義，我們可以運用較多的有機固體的廢棄物處置方式，而生物技術(shù)處置方式具有明顯的、不可替代的優(yōu)勢，我們需要加以系統(tǒng)的研究。

1 有機的固體廢棄物處理現(xiàn)狀分析

在社會高速發(fā)展的態(tài)勢之下，不同類型的固體廢棄物對人體的健康造成較大程度的威脅，在資源日益枯竭的社會資源緊缺背景下，有機的固體廢棄物必然將會成為未來的能源和資源，由于有機固體廢棄物含有大量的有機質(zhì)，同時含水量較低，厭氧生物消化技術(shù)便成為了一種有效的節(jié)能、產(chǎn)能的處置方法。

對于工業(yè)固體廢棄物的厭氧消化處置技術(shù)的運用過程中，由于工業(yè)固體廢棄物的成分較為單一，不易發(fā)生變化，因而，運用這一生物處置技術(shù)的綜合性利用也較為方便，同時，對于不能利用的固體廢棄物可以采用填埋的方式加以處置。

對于城市的固體廢棄物而言，目前的處置方式主要有衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥，同時也可以采用厭氧發(fā)酵、熱解的方式加以處置。

對于農(nóng)業(yè)的固體廢棄物而言，由于農(nóng)作物的秸稈資源較為豐富，主要采用還田的方式加以處理，其次是用作飼料和纖維利用的處置方式。

對于畜禽排泄物的處置方式而言，首先要減少畜禽糞便的排放污染，同時還可以采用生物技術(shù)法如：厭氧發(fā)酵法、好氧發(fā)酵法等。

2 厭氧消化技術(shù)應(yīng)用于有機固體廢棄物的研究進展

2.1 厭氧消化技術(shù)

厭氧消化技術(shù)有不同的三個階段：水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段，對于有機固體廢棄垃圾而言，不同的基質(zhì)條件下的厭氧消化的速率不同，通常來說，厭氧消化的速率較快的是碳水化合物；而厭氧消化的速率較慢的是蛋白質(zhì)和脂肪；厭氧消化技術(shù)最難處置的是纖維素和木質(zhì)素。同時，在厭氧消化技術(shù)運用中，要對有機固體廢物植入菌種，這樣可以有效地預(yù)防酸積累，保證發(fā)酵的正常進行。

2.2 厭氧消化技術(shù)工藝

2.2.1 單相及雙相厭氧消化工藝

厭氧消化技術(shù)工藝主要分為單相處理和兩相處理兩種，其中，單相處理是在一個反應(yīng)器中實現(xiàn)厭氧處理過程，力求降解反應(yīng)各環(huán)節(jié)的加速。而兩相處理是在兩個不同的反應(yīng)器中依次降解，由于微生物種群的環(huán)境條件不同，厭氧降解的過程也有較大的區(qū)別。這兩種處理工藝都可以有效地減少有機酸的積累，創(chuàng)造有益于發(fā)酵細菌的生態(tài)環(huán)境，然而，相比較而言，兩相處理的厭氧消化方式比單相處理方式更能提高甲烷的產(chǎn)量，而且兩相處理工藝可以在增加系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，強化對進料的緩沖，最大程度地提升反應(yīng)效能。然而，這種工藝處理技術(shù)也還受囿于投資和維護復(fù)雜的因素，在現(xiàn)實應(yīng)用中還不是特別廣泛。

2.2.2 厭氧發(fā)酵工藝

在厭氧發(fā)酵抑制的研究方面，由于有機固體廢棄物的厭氧發(fā)酵極易揮發(fā)，會過量積累有機酸，導(dǎo)致“酸中毒”的現(xiàn)象和問題，并抑制厭氧發(fā)酵的實現(xiàn)，另外，游離氨會影響甲烷細菌的活性，因而也會抑制厭氧消化的進程。鑒于這些因素，可以采用預(yù)處理的方式，如：生物法、機械法、物理化學(xué)法等，提高有機固體廢棄物的厭氧發(fā)酵效率，這些方法可以有效提高產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速度，極大地提升了氣體的產(chǎn)量和固體的降解率。

2.2.3 濕式完全混合厭氧消化工藝

它要求固體的濃度在15%以下，分液化、酸化、產(chǎn)氣三個不同的階段，并在同一個反應(yīng)器中實現(xiàn)，其漿液處于完全融合的狀態(tài)，在氨氮、鹽分的抑制作用下，產(chǎn)氣率較低。

3 有機固體廢棄物厭氧消化技術(shù)的相關(guān)因素分析

3.1 底物構(gòu)成

不同的有機固體廢棄物的底物構(gòu)成會產(chǎn)生不同的可生化降解性能，在其他條件相同的前提下，不同的底物構(gòu)成所需的發(fā)酵營養(yǎng)需求和狀態(tài)調(diào)控也不盡相同，例如：在以秸稈為主的底物構(gòu)成的有機固體廢棄物之中，要補充N源營養(yǎng)，在適宜的C/N比例中，實現(xiàn)厭氧消化的目標。另外，對于一些城市生活垃圾、污泥、禽畜糞便等可以采用聯(lián)合發(fā)酵的方式，在良性的互補狀態(tài)下，可以提升產(chǎn)氣量。

3.2 氧化還原電位

在有機固體廢棄物的厭氧消化技術(shù)運用中，要具備適宜的厭氧環(huán)境，而這個適宜的厭氧環(huán)境則由氧化還原電位加以體現(xiàn)和反映。通常而言，在對有機固體廢棄物實施發(fā)酵時，氧的摻入會直接影響氧化還原電勢升高。另外，還有一些間接性的影響氧化還原電位升高的因素，如：氧化劑、氧化態(tài)物質(zhì)的存在。當這些物質(zhì)的濃度過量時，就會影響厭氧消化的進程。

3.3 溫度

溫度可以影響微生物的生化反應(yīng)速率，在不同的溫度條件下，有機固體廢棄物的厭氧消化技術(shù)有不同的效應(yīng)，通常來說，厭氧消化技術(shù)是在中溫或高溫的條件下實施，中溫通?？刂圃?5℃，高溫通常控制在55℃。在比較單相處理和雙相處理的過程，實驗發(fā)現(xiàn)在高溫條件下，甲烷的產(chǎn)量可以提升14%，高溫比中溫有更短的固體停留時間和更小的容積，然而，需要考慮的是，高溫需要更多的能量，要進一步進行研究。

3.4 pH值

產(chǎn)甲烷菌對PH值的適應(yīng)能力較差，極為微小的PH值變動都會改變或終止微生物的代謝活動，通常來說，產(chǎn)甲烷菌對PH值的適應(yīng)范圍為6.8-7.2，在這個范圍之內(nèi)，產(chǎn)甲烷具有較強的活性，而當PH值低于6.3或高于8.3時，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)就會終止產(chǎn)氣。總體而言，在發(fā)酵系統(tǒng)的過程中，酸化保持略酸性，產(chǎn)甲烷則略偏堿性，兩者之間并沒有明顯的界定，只要保持發(fā)酵系統(tǒng)的高效化和穩(wěn)定化即可。在厭氧消化過程中的PH緩沖溶液的總堿度可以反映出厭氧消化技術(shù)運用中對酸性物質(zhì)的緩沖能力，并且在這個體系之中，要保持厭氧消化體系中的酸堿平衡，如：脂肪酸的電離平衡、氨氮的電離平衡、H2S的電離平衡等。同時，在厭氧消化體系中，還有一些生化反應(yīng)，也會對厭氧消化體系的酸堿平衡造成影響，如：中性含碳有機物的轉(zhuǎn)化、硫酸鹽的還原等。

3.5 抑制物質(zhì)

化學(xué)物質(zhì)對于厭氧消化體系的影響主要與其濃度有關(guān)，當化學(xué)物質(zhì)的濃度適宜時，可以對厭氧消化體系產(chǎn)生促進或刺激作用，而當其濃度過高時，便會產(chǎn)生強烈的抑制作用，在由刺激轉(zhuǎn)為抑制的過程中，存在一個臨界濃度區(qū)間，然而，這個臨界濃度區(qū)間不太明晰且微小，不易觀測，表現(xiàn)出不一致性。而且，有毒化學(xué)物質(zhì)對于厭氧微生物的抑制作用也存在不同的狀態(tài)，如：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物等，它們在高濃度的狀態(tài)下會導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的累積，其緩沖能力無法補償PH值的降低，最終失效。

3.6 食料微生物比

在厭氧消化體系中，其中重要的有機負荷、處理狀態(tài)、產(chǎn)氣量這三者之間，具有平衡關(guān)系，通常來說，有機負荷較高，則產(chǎn)氣量較大，然而處理狀態(tài)會降低。因而，要謹慎地選取有機負荷，不能讓有機負荷過高而導(dǎo)致?lián)]發(fā)酸的累積。

3.7 預(yù)處理

預(yù)處理方式可以極大地提升甲烷的產(chǎn)氣量，在對消化底物實施高溫的蒸汽熱處理之后，甲烷的產(chǎn)氣量明顯提升了一倍左右。對于木質(zhì)纖維素的難降解物質(zhì)，也可以采用堿預(yù)處理的方式，提高木質(zhì)纖維素的可生物降解性。對于污泥的厭氧消化處理也可以采用微生物氧化熱的預(yù)處理方式，由于高溫好氧菌分泌的胞外酶更具有活性，可以使甲烷的產(chǎn)氣量提升一半。目前主要采用的預(yù)處理方式有物理法、化學(xué)法和生物法，還有待進一步深入研究。

4 結(jié)束語

綜上所述，有機固體廢棄物厭氧消化技術(shù)不僅可以消化有機廢物，而且可以堆肥、產(chǎn)生沼氣，用于多層次的重新利用，我國目前對于有機固體廢棄物的厭氧消化技術(shù)研究還有待深入，要研究厭氧消化的生物轉(zhuǎn)化條件和生態(tài)微環(huán)境，進一步完善和優(yōu)化厭氧消化體系，從而實現(xiàn)生物質(zhì)能的循環(huán)利用，提升有機固體廢棄物的生物降解速度，做到無害化處理。

參 考 文 獻

[1] 厭氧消化技術(shù)將垃圾變清潔能源[J].技術(shù)與市場，2012.

[2] James Murray.厭氧消化技術(shù)讓污水為人類服務(wù)[J].低碳世界，2011（07）.