略談厭氧消化技術在有機固體廢棄物處理中的應用

宋勁強 黃勝 韓康 張嵐欣

【摘? 要】由于碳氫元素在有機固體廢棄物中的含量比較高，所以厭氧消化技術的應用可以有效提升有機固體廢棄物的處理效果。基于此，論文重點針對厭氧消化技術在有機固體廢棄物處理中的應用進行了詳細的分析，以供參考。

【Abstract】Due to the high content of hydrocarbon element in organic solid waste， the application of anaerobic digestion technology can effectively improve the treatment effect of organic solid waste. Based on this， this paper emphatically and minutely analyzes the application of anaerobic digestion technology in the treatment of organic solid waste， for reference.

【關鍵詞】厭氧消化;有機固體廢棄物;應用

【Keywords】anaerobic digestion; organic solid waste; application

【中圖分類號】X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）05-0169-02

1 引言

在人們的日常生活與工作當中，每天都會產生大量的有機固體廢棄物。在社會經濟發展速度逐漸加快，環境保護問題與能源結構優化問題日益突出的大環境下，只有對有機固體廢棄物進行有效的處理，才能夠為人們提供一個相對理想的生活環境，為社會經濟的可持續發展提供保證。而厭氧消化技術是一種在厭氧條件下，利用微生物消耗有機物，產生物質和能量，并將物質轉化為甲烷和二氧化碳的技術。將其應用到有機固體廢棄物的處理中，具有十分重要的意義。

2 厭氧消化技術的應用原理

在我國社會經濟的發展過程中，每年都會產生將近45億噸的有機固體廢棄物，表1為我國主要有機固體廢棄物的年產量和養分含量。如果不對其進行有效的處理，由此而引發的環境污染問題與資源浪費問題將會越來越嚴重。

厭氧消化技術的應用，其實就是在厭氧環境下，構建一個多種微生物相互共存、依賴并制約的生態平衡系統，整個厭氧消化過程容易受到溫度、pH以及有機負荷等因素的影響。經過多年的研究與發展，厭氧消化技術的應用過程主要分為以下四個階段：

首先是水解階段。在這一階段，有機物中的大分子聚合物主要由碳水化合物、脂質以及蛋白質構成。厭氧消化系統中的水解細菌可以分泌出胞外酶。在胞外酶的作用下，這些大分子聚合物就會轉變為單體物質，例如，糖類、脂肪酸以及氨基酸等[1]。

其次是酸化階段。在這一階段，在酸化細菌的作用下，單體物質會轉化成短鏈脂肪酸、醇類、氫和二氧化碳。其中，短鏈脂肪酸指的是乙酸、丙酸和丁酸，其隨著氫分壓的升高，而生成量逐漸減少。

再次是產氫產酸階段。在這一階段中，在微生物的代謝下，短鏈脂肪酸和醇類會轉變為乙酸、二氧化碳和氫。需要注意的是，有機酸氧化菌和產甲烷菌之間存在著一定的共生關系，即在有機酸氧化菌的作用下，短鏈脂肪酸和醇類物質會轉化成乙酸，而產甲烷菌的基質，就是乙酸[2]。

最后是產甲烷階段。產甲烷菌，是一種絕對厭氧微生物。而產甲烷的過程，其實就是一個放能過程，主要通過乙酸途徑和氫與二氧化碳途徑產甲烷。其中，通過乙酸途徑產生的甲烷占比72%，通過氫和二氧化碳途徑產生的甲烷占比28%。

3 厭氧消化技術在有機固體廢棄物處理中的應用

3.1 厭氧消化技術在秸稈處理中的應用

近年來，我國城鎮化建設進程不斷推進，暴露出了農村地區的發展同時面臨著能源和環境兩方面的壓力。在當下以及未來一段時間內，如何實現秸稈的無害化、資源化綜合應用，成為業內人士需要重點思考的問題。雖然我國的秸稈沼氣領域發展速度非常快，但是與之相應的技術水平以及產業模式還有很大的提升空間。再加上傳質傳熱效果、秸稈進出料方式以及秸稈收儲運模式等問題的存在，使得我國秸稈沼氣工程的發展受到了嚴重的制約。

分析秸稈的組成成分，發現主要由有機物、無機物、水、少量粗蛋白以及粗脂肪構成。其中，有機物又包含纖維素、木質素以及半纖維素3部分。將厭氧消化技術應用到秸稈處理中，可以在無氧條件下，利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌，將秸稈中的可生物降解有機物分解成物質和能量，在滿足自身生長繁殖所需的同時，將多余的物質轉化成甲烷和二氧化碳[3]。

由于秸稈中存在著的半纖維素與木質素含量非常多，且很難與體系功能菌種相接觸，所以要想實現秸稈的水解發酵，具有較高的難度。在這種情況下，就只能使用物理法或者生物法對秸稈進行預處理。

所謂混合發酵，指的是將秸稈與其他生物質，按照特定的比例進行混合復配，進而對發酵體系的營養狀態進行調整和優化。應用混合發酵的優勢主要體現在以下3方面：首先，可以對單一秸稈底物碳氮比進行有效的控制，使之始終處于允許范圍內，進而為秸稈碳元素的利用效率以及產氣量提供保證;其次，可以強化厭氧發酵體系的緩沖能力，進而對發酵過程中酸堿度改變對體系的影響進行控制;最后，可以在多種底物的協同效應下，實現體系功能性菌群活力的增強以及底物利用率的提高[4]。

需要注意的是，秸稈的密度和流動性都比較小，所以將厭氧消化技術應用到秸稈的處理過程中，很容易使厭氧反應器中出現浮渣，體系內酸的積累量越多，導致酸中毒的概率就越高。要想改善這些問題，還需要對相應的工藝與設備進行有效的優化。

3.2 厭氧消化技術在餐廚垃圾處理中的應用

餐廚垃圾，指的是由蔬菜、肉類、餐具以及果皮等物質組成的垃圾。在過去，主要通過填埋、好氧堆肥以及飼料化等方式對餐廚垃圾進行處理。但是，這些方式的應用，也使得我國出現了嚴重的水污染問題、空氣污染問題以及土地資源被浪費問題，甚至還為疾病的傳播提供了便利。而將厭氧消化技術應用到餐廚垃圾的處理中，不僅可以快速降解餐廚垃圾，還可以形成生物燃氣，避免了二次污染等問題的產生。與傳統的餐廚垃圾處理方式相比，厭氧消化技術的應用更具經濟性與實用性。在2001年，英國就已經建設了專門的餐廚垃圾處理發電廠，每年可以處理餐廚垃圾4380萬噸，年發電量為5.5億kW·h，其規模已達世界之最。2013年，我國哈爾濱道外區也建設并運行了沼氣工程。這也是我國應用厭氧消化技術處理餐廚垃圾的典型案例，每年處理的餐廚垃圾量高達11萬噸。

需要注意的是，餐廚垃圾比較特殊，如果使用傳統的厭氧發酵工藝進行處理，不僅生成的生物燃氣有限，其運行的高效性還會受到影響。為提升厭氧消化技術處理餐廚垃圾的效率，需要對餐廚垃圾處理工藝進行進一步的研究與改進，提升工藝的經濟性、穩定性以及高效性。目前，越來越多的研究人員將研究重點集中到了兩相發酵工藝的應用方面。

我國針對厭氧消化技術的理論研究，主要經過了以下4個階段：

第一階段，研究重點集中在經過發酵性細菌群和水解作用，復雜有機物被水解與發酵的過程。

第二階段，研究重點集中在第一階段產物被產氫產乙酸菌群分解，并生成乙酸和氫氣的過程。

第三階段，研究重點集中在受到產甲烷菌的影響，不僅二氧化碳和氫氣可以生成甲烷、乙酸脫羧，也可以生成甲烷。

第四階段，研究重點主要集中在同型產乙酸方面。并最終得出結論，將溫度控制在35℃，pH控制在7.0，利用厭氧消化技術進行餐廚垃圾的處理，可以保證甲烷產量超過55%。將溫度控制在100℃，并對其進行熱處理，可以將甲烷產量提高58.3%。

4 結語

綜上所述，作為一種先進的廢棄物處理技術，厭氧消化技術在有機固體廢棄物處理中的應用，表現出了綠色、環保的優勢，具有廣闊的應用前景。所以，需要進一步加強對厭氧消化技術的研究，提升厭氧消化技術的應用水平。只有這樣，才能夠充分發揮厭氧消化技術的應用優勢，提升有機固體廢棄物的處理質量，進而為人們提供一個相對理想的生活環境。

【參考文獻】

【1】張騰.厭氧消化技術在有機固體廢棄物處理中的應用[J].四川化工，2019，22（5）：37-40+54.

【2】周祺.厭氧消化在有機固體廢棄物處理中的應用分析[J].低碳世界，2017（31）：6-7.

【3】龍麗娜，倪琦，劉晃.厭氧消化技術在循環水養殖系統固體廢棄物處理中的應用與分析[J].科學養魚，2017（8）：79-80.

【4】萬順剛，孫蕾，胡朝華.城市固體有機廢棄物厭氧消化處理技術研究進展[J].廣東農業科學，2014，41（23）：138-144.