厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用

厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用

唐成伟

深圳市利赛环保科技有限公司  广东 深圳  518000

【摘要】从环境保护角度上看，有机固体废弃物会产生很大的危害。考虑到在这些有机固体废弃物中碳氢元素含量高，因此，通过厌氧消化技术，便能够大幅度通过处置有机固体废弃物的实际效果，进而达到无害化、减量化、资源化处理目标。为此，本文探讨了厌氧消化技术的基本原理及其在处理有机固体废弃物中的具体应用。

【关键词】有机固体；厌氧消化技术；废弃物

当前，能源体系结构优化、环保问题逐渐引起了民众的关注[1]。在人平时的工作、生活中，均会大量产生各种有机固体废物。而通过科学、有效地处理这些有机固体废弃物，则既可以优化生活环境，又可以二次利用能源，并优化整个能源体系的结构。所以，厌氧消化技术以其突出的优势特点被日益广泛地用于处理各种有机固体废弃物。

一、厌氧消化技术的基本原理

在应用厌氧消化技术时，基本的原理便是位于厌氧环境，建立起来众多微生物彼此共存、依赖且相互制约的一个生态平衡体系。在厌氧消化中，温度、有机负荷、pH值等均极易带来一定的影响。据研究显示，在应用厌氧消化技术中，主要涉及以下阶段：

其一，水解阶段：在有机物中，以大分子聚合物成分为主，如脂类、碳水类等系列物质。就厌氧消化而言，水解细菌会大量分泌胞外酶，让以上聚合物基于胞外酶的作用下，便会化为脂肪酸、糖类、氨基酸等单体[2]。其二，酸化阶段：基于酸化细菌的消化，又会让以上单体变成氢、CO2、短链脂肪酸等。而乙、丙、丁酸便是短链脂肪酸，会在提升氢分压的过程中，逐渐降低生成量。其三，产氢、酸阶段：在微生物的代谢过程中，又会进一步转化单体生成物为CO2、乙酸、氢。尤其是产甲烷菌还与相应的有机酸氧化菌彼此共生，也就是在有机酸氧化菌的促进作用下，能够化醇类物、短链脂肪酸成为乙酸，并且让乙酸再充当产甲烷菌的基体物质。其四，产甲烷阶段：在绝对厌氧系列微生物中，存在产甲烷菌，该厌氧菌以产甲烷为放能过程，常常经由乙酸、氢、CO2渠道来达到产甲烷目的，且各自具有72%、28%的比例。

二、在处理有机固体废弃物中关于厌氧消化技术的应用

1、在秸秆处理中厌氧消化技术的应用

作为很常见的一种木质纤维素类系列原料，秸秆在产甲烷发酵方面存在很突出的潜力。对于各类秸秆，往往会在性质差异的影响下，呈现出不一样水平的产甲烷潜力，小麦秸秆往往是最具产沼气能力的秸秆，次之水稻秸秆，再就是玉米、花生、大豆作物的秸秆[3]。在形成作物秸秆中，存在很多的木质纤维素。而在木质素与各种纤维素的结构联系得非常紧密，而增大秸秆降解的困难度。故此，在发酵的环节，产甲烷的实际量往往中理论产量以下。据研究显示，在厌氧消化棉花秸秆中，实际的产甲烷量是240mL／g－VS，而理论产量则是356.7mL／g－VS。因此，秸秆厌氧消化需要做好预处理。当前，以物、化、生预处理方法为主，但是不一样的方法各有一定的局限性。尽管预处理技术能够增大沼气产量，但是却还是具有一定的问题。比如，会需要数量庞大的化学物质，并且产生一定程度的污染，有所腐蚀装置；在生物处理中，有很严苛的厌氧环境要求，为了获得很高的转化效率，则需要前期投入较多。

2、在餐厨垃圾处理中厌氧消化技术的应用

在常见的餐厨垃圾中，以其碳氮比能够提供给厌氧微生物所需要的各种营养。所以，在对其进行厌氧消化时，无需依赖其他调理剂来改变碳氮比。当前，就餐厨垃圾所进行的厌氧消化，一般会用共消化法。据裴占江等分析了中温条件下共消化餐厨垃圾和牛粪的整个过程，在二者的比是２：１时，通过共消化产生的沼气、甲烷产量最高；据Tian等在分析共消化餐厨垃圾、猪粪时，得出二者以1：1的比例混合时，具有最徍的生物降解性，且产出最多的甲烷量。在进行单独厌氧消化时，极易发生氨或酸抑制情况。而基于适宜的比例混合餐厨垃圾、其他类型有机物（猪粪、牛粪、污泥等）来共消化，则既能够将氨或酸抑制消除，还能够大幅度提升甲烷产量，故此关于餐厨垃圾的共消化明显要较其独自的厌氧消化效果更理想。

3、在污泥处理中厌氧消化技术的应用

Li等分析了厌氧消化固体含量较高污泥的整个过程，并且将其和固体含量低的厌氧消化加以比较，发现要较固体含量低的厌氧消化略差一些，而在延长消化时间的情况下，则能够提升除去率，但固体含量高却能够加快单位体积形成生物气体的速率。针对污泥共消化而言，Fierro等在研究中，结合共消化各种畜禽粪便、污泥系列的处理方法，能够提高甲烷产量一倍左右；据Rivero等则分析了联合厌氧消化处理污泥、甘油的结果，得出最高的有机物除去率能够上升至93％，而在条件最适宜的情况下有机物除去率仅可达89％，且产甲烷的量是1.48L／g－VS。

4、在畜禽粪便处理中厌氧消化技术的应用

在畜禽粪便中仅有很低的C／N比，当前，在研究厌氧消化处理畜禽粪便领域，大多集中体现在联合其他有机物进行共消化，一般以杂草、秸秆、蔬菜等为共消化物质。据Chen等研究牛粪、米草的共消化，发现增大产甲烷量7.09％～44.26％；据Zhang等研究共消化小麦、玉米、水稻的秸秆和羊粪，要较单独消化秸秆增大产沼气量62.1％～111.28％，要较单独消化羊粪增大了23.04％～54.44％。具体来讲，在畜禽粪便中氮元素含量多，厌氧消化极易积累氨而产生氨抑制，所以共消化畜禽粪便和其他高碳含量物料，则可将氨抑制消除，并增大甲烷产量。

三、在农业中关于厌氧消化残渣的利用

在厌氧消化产生的残渣中，存在大量的氮、磷等系列营养元素以及发酵中微生物代谢排放的活性氨基酸等，所以是很好的一类土壤改良剂[4]。在消化残渣中存在的腐殖质也可以提升土壤的透水性、透气性，有益于土壤微生物活性的增强，并加快循环、分解土壤内的物质，进而大幅度增强土壤肥力。据卢敏洲等发现在农田上施用厌氧消化残渣可提升农作物的总产量、质量水平；据陈同斌等的研究结果显示污泥复合肥能够有效促进土壤累积速效养分，可以加快植株生长发育、增大小麦产量，且从污泥复合肥促进重金属吸收上看，小麦籽粒中关于Cu、Zn、Pb、Cd含量都在标准范围。

四、结语

综上所述，在处理固体有机废弃物中，关于厌氧消化所起的作用很重要。既可以减轻固体有机废弃物带给环境的危害，也可以获得热值较高的沼气以及农用价值较大的消化残渣，可以顺利达到我国关于废弃物处理方面的减量、无害以及资源化目标。因此，宜合理选用厌氧消化技术，来有效提高处理固体有机废弃物的整体水平，并以此来保护好生态环境。

参考文献

[1]龙丽娜,倪琦,刘晃.厌氧消化技术在循环水养殖系统固体废弃物处理中的应用与分析[J].科学养鱼,2017(08):79-80.

[2]万顺刚,孙蕾,胡朝华.城市固体有机废弃物厌氧消化处理技术研究进展[J].广东农业科学,2014,41(23):138-144.

[3]周祺,刘研萍,邹德勋等.餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化产甲烷性能的试验研究[J].中国沼气,2014（01）：27~31+48.

[4]杨茜,鞠美庭,李维尊.秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展[J].农业工程学报,2016,32（14）：232－242．