有機固廢厭氧消化技術研究進展

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，在這一技術之下，可以實現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，厭氧消化技術可以有效地實現廢棄物的減量化、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。

關鍵詞：有機固體廢棄物；厭氧消化技術；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能，這些生物質能可以在有效的厭氧消化技術運用之下，得到有效的利用，可見，運用有機的固棄物厭氧消化技術對于環境的綠色環保具有可以預見的作用，同時，對于推動社會經濟的可持續性發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，而生物技術處置方式具有明顯的、不可替代的優勢，我們需要加以系統的研究。

1 有機的固體廢棄物處理現狀分析

在社會高速發展的態勢之下，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，同時含水量較低，厭氧生物消化技術便成為了一種有效的節能、產能的處置方法。

對于工業固體廢棄物的厭氧消化處置技術的運用過程中，由于工業固體廢棄物的成分較為單一，不易發生變化，因而，運用這一生物處置技術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生填埋、焚燒、堆肥，同時也可以采用厭氧發酵、熱解的方式加以處置。

對于農業的固體廢棄物而言，由于農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法如：厭氧發酵法、好氧發酵法等。

2 厭氧消化技術應用于有機固體廢棄物的研究進展

2.1 厭氧消化技術

厭氧消化技術有不同的三個階段：水解發酵階段、產氫、產乙酸階段、產甲烷階段，對于有機固體廢棄垃圾而言，不同的基質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和脂肪；厭氧消化技術最難處置的是纖維素和木質素。同時，在厭氧消化技術運用中，要對有機固體廢物植入菌種，這樣可以有效地預防酸積累，保證發酵的正常進行。

2.2 厭氧消化技術工藝

2.2.1 單相及雙相厭氧消化工藝

厭氧消化技術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器中實現厭氧處理過程，力求降解反應各環節的加速。而兩相處理是在兩個不同的反應器中依次降解，由于微生物種群的環境條件不同，厭氧降解的過程也有較大的區別。這兩種處理工藝都可以有效地減少有機酸的積累，創造有益于發酵細菌的生態環境，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量，而且兩相處理工藝可以在增加系統穩定性的前提下，強化對進料的緩沖，最大程度地提升反應效能。然而，這種工藝處理技術也還受囿于投資和維護復雜的因素，在現實應用中還不是特別廣泛。

2.2.2 厭氧發酵工藝

在厭氧發酵抑制的研究方面，由于有機固體廢棄物的厭氧發酵極易揮發，會過量積累有機酸，導致“酸中毒”的現象和問題，并抑制厭氧發酵的實現，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，可以采用預處理的方式，如：生物法、機械法、物理化學法等，提高有機固體廢棄物的厭氧發酵效率，這些方法可以有效提高產氣率和產氣速度，極大地提升了氣體的產量和固體的降解率。

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、產氣三個不同的階段，并在同一個反應器中實現，其漿液處于完全融合的狀態，在氨氮、鹽分的抑制作用下，產氣率較低。

3 有機固體廢棄物厭氧消化技術的相關因素分析

3.1 底物構成

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

3.2 氧化還原電位

在有機固體廢棄物的厭氧消化技術運用中，要具備適宜的厭氧環境，而這個適宜的厭氧環境則由氧化還原電位加以體現和反映。通常而言，在對有機固體廢棄物實施發酵時，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、氧化態物質的存在。當這些物質的濃度過量時，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有不同的效應，通常來說，厭氧消化技術是在中溫或高溫的條件下實施，中溫通?？刂圃?5℃，高溫通?？刂圃?5℃。在比較單相處理和雙相處理的過程，實驗發現在高溫條件下，甲烷的產量可以提升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

產甲烷菌對PH值的適應能力較差，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，產甲烷菌對PH值的適應范圍為6.8-7.2，在這個范圍之內，產甲烷具有較強的活性，而當PH值低于6.3或高于8.3時，厭氧發酵系統就會終止產氣?？傮w而言，在發酵系統的過程中，酸化保持略酸性，產甲烷則略偏堿性，兩者之間并沒有明顯的界定，只要保持發酵系統的高效化和穩定化即可。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運用中對酸性物質的緩沖能力，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，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化、硫酸鹽的還原等。

3.5 抑制物質

化學物質對于厭氧消化體系的影響主要與其濃度有關，當化學物質的濃度適宜時，可以對厭氧消化體系產生促進或刺激作用，而當其濃度過高時，便會產生強烈的抑制作用，在由刺激轉為抑制的過程中，存在一個臨界濃度區間，然而，這個臨界濃度區間不太明晰且微小，不易觀測，表現出不一致性。而且，有毒化學物質對于厭氧微生物的抑制作用也存在不同的狀態，如：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物等，它們在高濃度的狀態下會導致揮發性脂肪酸的累積，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、產氣量這三者之間，具有平衡關系，通常來說，有機負荷較高，則產氣量較大，然而處理狀態會降低。因而，要謹慎地選取有機負荷，不能讓有機負荷過高而導致揮發酸的累積。

3.7 預處理

預處理方式可以極大地提升甲烷的產氣量，在對消化底物實施高溫的蒸汽熱處理之后，甲烷的產氣量明顯提升了一倍左右。對于木質纖維素的難降解物質，也可以采用堿預處理的方式，提高木質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，可以使甲烷的產氣量提升一半。目前主要采用的預處理方式有物理法、化學法和生物法，還有待進一步深入研究。

4 結束語

綜上所述，有機固體廢棄物厭氧消化技術不僅可以消化有機廢物，而且可以堆肥、產生沼氣，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研究還有待深入，要研究厭氧消化的生物轉化條件和生態微環境，進一步完善和優化厭氧消化體系，從而實現生物質能的循環利用，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] 厭氧消化技術將垃圾變清潔能源[J].技術與市場，2012.

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