設施蔬菜廢棄物厭氧消化制取沼氣工藝的研究進

展金慧　劉士輝　孫文華

摘 要：該文分別從單相發酵工藝、兩相發酵工藝、共發酵工藝及干式和濕式發酵工藝角度介紹了目前國內外采用厭氧消化工藝處理設施蔬菜廢棄物的一些研究進展情況，指出厭氧消化工藝是處理設施蔬菜廢棄物的一種很有前途的工藝。其中，利用兩相發酵工藝處理設施蔬菜廢棄物對發酵設備有一定的要求；另外設施蔬菜廢棄物由于其極易酸化、有機質含量高和含固率較低的特點，采用濕式厭氧消化技術處理更符合設施蔬菜廢棄物處理產業化的要求；而利用共發酵工藝處理設施蔬菜廢棄物將是未來的一個發展趨勢。

關鍵詞：設施蔬菜廢棄物；厭氧消化；研究進展

中圖分類號 S63 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）16-0072-02

隨著設施園藝的大面積推廣，大量設施園藝廢棄物（包括莖稈、爛果等）隨之產生。一個蔬菜大棚年產廢棄物（莖稈、爛果等）大約3t左右，大量堆積的設施園藝廢棄物對周邊環境造成了嚴重的污染[1]。

1 單相發酵工藝

單相厭氧消化工藝在目前的沼氣工程中應用最多，此工藝具有操作簡便和低成本投入的特點。西班牙巴塞羅那大學的Mata-Alvarez[2]等對蔬菜廢棄物的連續單相厭氧發酵處理效果進行了研究；北京化工大學的鄭明霞[3]等人采用兩步批式的厭氧消化方式，先將蔬菜廢物在反應器中加水酸化處理若干天，在反應達到穩定后將酸液分離出來，之后在反應體系運行穩定之后再將酸液分次加入反應器中，從而實現了易酸化廢物單相厭氧消化系統的穩定運行；印度尼西亞丹戎布拉大學的Berlian Sitorus[4]等人對果蔬混合廢棄物單相分批補料厭氧消化過程進行了研究。

2 兩相發酵工藝

在厭氧消化菌中，產酸菌和產甲烷菌的適宜環境是不同的，為提高厭氧消化的效率，可把2種功能不同的菌分別在各自適應的環境下進行培養[5]。利用兩相發酵工藝處理果蔬廢棄物對發酵設備有一定的要求。近年來，研究人員開發出了很多新型反應器，使得反應器的處理效率不斷提高。如升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧序批式反應器（ASBR）、全混式反應器（CSTR）、厭氧濾池（AF）和管式反應器等。

西班牙巴塞羅那大學的Mtz.-Viturtia[6]、突尼斯的H. Bouallagui[7]、英國Glamorgan大學的Dinsdale R M[8]等對果蔬廢棄物的兩相厭氧消化工藝進行了研究；遼寧石油化工大學的鳳頎等人從Holbak丹麥廢物處理廠收集的蔬菜廢物進行了兩相厭氧消化產氣的研究[9]。北京化工大學的江志堅[10]采用序批式連續攪拌反應器對果蔬與餐廚垃圾混合兩相厭氧消化性能進行了研究，發現序批式甲院相運行的穩定最佳負荷為4gVS·L-1·d-1水力停留時間為25d。最高可達4.5gVS·L-1·d-1。Yuanyuan Wu[11]等人對一種兩相厭氧消化的水果和蔬菜廢物的新方法進行了研究。

3 共發酵工藝

將幾種發酵特性互補的原料混合在一起作為沼氣發酵的底物，稱為共發酵。共發酵工藝易產生協同效應，可以解決由于單一原料造成的厭氧發酵過程中營養比例失調、穩定性差、原料季節性短缺以及生物降解效率低等一系列問題。因此，近年來國內外學者關于共發酵工藝進行了大量的研究和探索。

北京化工大學的孟穎等人以餐廚與雞糞混合、果蔬與雞糞混合、餐廚果蔬（TS計，8∶5）與雞糞混合為原料，研究了多元混合物料在不同混合比例條件下厭氧消化性能[12]。西班牙卡斯蒂利亞-萊昂農業技術研究所的Beatriz Molinuevo-Salces等人對豬糞和家禽墊料與蔬菜加工廢物混合厭氧共消化進行了研究[13]。西班牙萊昂大學的X.Gómez[14]等人對初級污泥厭氧共同消化市政固體廢物水果和蔬菜的工藝條件進行了研究。清華大學的Jia Lin[15]等人對果蔬垃圾跟餐廚垃圾混合厭氧發酵的混合比例進行了研究。各項研究表明，將果蔬廢棄物與發酵特性互補的幾種原料混合處理效果優于單純將果蔬廢棄物進行厭氧消化。因此，利用共發酵工藝處理果蔬廢棄物將是未來的一個發展趨勢。

4 干式和濕式發酵工藝

厭氧發酵以物料中的干物質含量的不同，可以分為干式和濕式2大類。通常原料含固量在25%～45%，揮發性固體含量（VS）占總固體含量控制在55%～75%稱為干式發酵工藝。對于含水率較高的有機生物質，其含水率控制在10%～20%之間，物料在反應器內部呈混合流動態稱為濕式發酵工藝。

楊林海[16]在有機垃圾干式厭氧發酵處理試驗研究里面，以餐廚垃圾和果蔬垃圾為原料，在自制的厭氧發酵裝置內進行高溫干式厭氧發酵，對有機固體廢棄物發酵過程中的沼氣累計產量、日產氣量、pH值變化、氧化還原電位變化、COD變化、VFA變化、氨氮變化以及堿度的變化進行了研究。西北農林科技大學的周文娟[17]對新鮮的蔬菜秸稈（濕秸稈）與曬干的農作物秸稈（干秸稈）厭氧發酵效果進行了研究。在對黃瓜新鮮秸稈和干秸稈進行比較后可知，以黃瓜新鮮秸稈為原料的處理相對于干秸稈的處理pH值較低，厭氧發酵過程產酸階段較長；黃瓜新鮮秸稈在發酵初期的產氣效果比干秸稈好，發酵后期則相反；綜合產氣速率和累積產氣量結果，常溫條件下，以黃瓜新鮮秸稈為原料進行發酵，接種物濃度為30%最佳，以黃瓜干秸稈為原料進行發酵，接種物濃度為20%最佳。蘭州理工大學的張慶芳[18]等人采用高溫滲濾床干式厭氧發酵技術對餐廚垃圾和果蔬垃圾進行處理，最終垃圾減量化程度達到59.1%。針對蔬菜廢棄物極易酸化、有機質含量高和含固率較低的特點。對蔬菜廢棄物采用更為實用成熟的濕式厭氧消化技術處理更符合產業化的要求。

5 小結

（1）利用兩相發酵工藝處理設施蔬菜廢棄物對發酵設備有一定的要求；（2）將發酵特性互補的幾種原料與設施蔬菜廢棄物混合處理效果要比單純采用設施蔬菜廢棄物進行厭氧消化好。因此，利用共發酵工藝處理設施蔬菜廢棄物將是未來的一個發展趨勢；（3）對于干式和濕式發酵工藝，設施蔬菜廢棄物由于其極易酸化、有機質含量高和含固率較低的特點，因此，采用更為實用成熟的濕式厭氧消化技術處理更符合產業化的要求。

參考文獻

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[15] Jia Lin，Jiane Zuo，Lili Gan，Peng Li，Fenglin Liu，Kaijun Wang，Lei Chen，Hainan Gan.Effects of mixture ratio on anaerobic co-digestion with fruit and vegetable waste and food waste of China[J]. Journal of Environmental Sciences ，2011，23（8）：1403–1408.

[16]楊林海.有機垃圾干式厭氧發酵處理試驗研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2013.

[17]周文娟.蔬菜秸稈的厭氧發酵特性及沼液的綜合利用[D].楊凌：西北農林科技大學，2012.

[18]張慶芳，楊林海，邵田羽，等.有機固體廢棄物滲濾床高溫干式厭氧發酵的中試研究[J].中國沼氣，2012，30（4）：11-13.

（責編：徐煥斗）