有机固体废物干法厌氧发酵技术研究综述.doc

有机固体废物干法厌氧发酵技术研究综述摘要干法厌氧发酵技术作为有机固体废物能源化与处置的有效途径，近年來已逐 渐成为世界各国农业固体废物资源化技术研究的热点综述了国内外有关有机固 体废物干法厌氧发酵处理技术研究现状，并展望了农业固体废物干法厌氧发酵技 术的发展趋势关键词有机固体废物干法厌氧发酵处理技术Abstract As the technology of dry anaerobic digestion of organic solid waste is an effective app roach to the disposing and recycling of or ganic solid waste as energy, it has become a hot spot of the research on this tech no logy all over the world. A review of the status quo of theresearch on the technology of dry anaerobic digestion of organic solid waste inside and outside the country has been p resented, and an outlook of the development of the technology has been given.Key words organic solid waste; dry an aerobic digestion; disposal technique目录摘要 0关键词 o引言 正文 1影响干法厌氧发酵过程的主要因索 1.1底物组成 1.2 底物预处理 21.2. 1物理预处理 21.2.2化学预处理 21.2.3生物预处理 21.3 TS 含量 21.4接种物 31. 5 pH及温度 32有机固体废物干法厌氧消化处理工艺 33干法厌氧发酵的生物监测及环境效应 44干法厌氧发酵技术难点及攻关方向 4结论 5致谢 错误！未定义书签。

参考文献: 5引言有机固体废物的厌氧发酵依据总固体(TS)含量高低分为湿发酵和干发酵干法厌氧发酵是指TS质量分数20%〜50%的厌氧发酵处理工艺与湿法工艺相 比,干法工艺具有明显的优势：(1河以适应各种来源的固体有机废弃物；(2)运行费 用低，并提高了容积产能能力；(3)需水量低或不需水,节约水资源；(4)产生沼液少, 废渣含水量低，后续处理费用低;(5)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问 题;(6)减少了臭气排放，等等［1 ］o正文有机固体废物的厌氧发酵依据总固体(TS)含量高低分为湿发酵和干发酵干法 厌氧发酵是指TS质量分数20%〜50%的厌氧发酵处理工艺与湿法工艺相比, 干法工艺具有明显的优势：(1)可以适应各种来源的固体有机废弃物；(2)运行费用 低，并提高了容积产能能力；(3)需水量低或不需水,节约水资源；(4)产生沼液少，废 渣含水量低，后续处理费用低;(5)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题; (6)减少了臭气排放，等等［1 国外对干法厌氧发酵的研究始于20世纪80年代有 关污泥的卫生填埋,之后主要集中于城市垃圾的处理在欧洲，每年用于处理城市 垃圾的干法厌氧发酵装置的总处理能力已达到57 xl06 t,超过湿法工艺装置总处 理能＞J(48xl06t) ［2］o世界丄第1个以能源作物为底物的连续干发酵沼气厂已 在德国建成并正式投产［3 ］。

我国对干法厌氧发酵技术研究较少，至今仅有数家 利用垃圾填埋场所产沼气发电的企业据孙永明等［4 ］报道,我国每年产生的农业 t占I体废弃物高达儿十亿t,如果将其1 /3用于厌氧发酵，每年可获得1 000亿m3沼 气［5］,相半于2.3亿t标煤，约是我国现在年煤产量的10%因此,将国内外有关 有机固体废弃物干法厌氧发酵处理技术研究与示范工程等资料作一综述,为开展 我国农业固体废弃物干法厌氧发酵技术研究提供借鉴与参考1影响干法厌氧发酵过程的主要因素1. 1底物组成因可生化降解性不同，不同的底物沼气产量相差很大，甚至相差40%以上［6 ］ 此外，底物C/N比值也影响产气量,C /N比值太高,微生物所需氮量不足，且消化液 缓冲能力降低；C /N比值太低，含氮量过多，有机物分解受到抑制众多研究结果表明,厌氧发 酵底物C/N比值以20〜30为宜，过高与过低均会影响底物产气量或产气速率［7 ］ 底物中木质纤维素含量影响底物的可生化降解性，进血影响产气潜力［8 ］o此外, 采用多种底物混合发酵可获得更高的产气效率，同吋也为沼渣的后续处理与利用 带来方便PARAW IRA等［9 ］将番茄残体与甜菜叶按不同比例混合，进行干法厌 氧发酵，当番茄残体与甜菜叶质量比为24： 16吋，与单一的番茄残体相比，甲烷产 气量可提高31%〜62%。

MSHANDETE 10 ］将剑麻果浆与鱼加工废弃物混合 进行厌氧发酵，结果表明混合发酵的单位挥发性固体(VS)所产甲烷量比单一原料 提高了近100%LEHTOM 11 ］用不同秸秆与粪便混合，当秸秆比例为30%吋, 与单一粪便发酵相比，沼气产量提高了 16%〜85%WEILAND［ 12］在综述德国厌 氧消化技术发展现状与趋势后指出，混合厌氧发酵以及优化混合原料组合将是重要的发展方向1.2底物预处理对丁固体含量高的有机废物，底物水解是限制其厌氧消化过程的主耍因素底物水 解速率除受自身生物可降解性、C /N比值等影响外，还受底物物理结构、性状以 及它们与水解酶接触难易程度等影响［13］底物比表面积大、底物与稱接触容易 等均会提高水解速率，加速产气速率［14 ］因此采取减少底物颗粒直径、改善底 物与酶的亲和能力等预处理技术』J以提高底物水解速率与产气量1.2. 1物理预处理物理预处理通过减小物料粒径、改变物料晶体结构、使微生物/酶与底物有效接触 而促进消化进程,主要有切碎、研磨、浸泡、冷冻、超声波、蒸汽爆破、脉冲等方 法MSHANDET等［15 ］采用批次厌氧发酵工艺研究了 2〜100 mm粒径剑麻纤维废弃物对总纤维 物质降解量以及甲烷产量的影响，结果表明，为粒径从100 nwi减小到2 mm,庆氧发 酵过程中总纤维降解量从31 %提高到70%,甲烷产量增加了 23%, 1 kg总VS产甲烷量由0. 18 m3 提高到0. 22m3o VOGT等［16 ］采用蒸气加压力爆碎的方法处理纤维索、木质索 含量高的垃圾，结果表明与对照相比甲烷产量提高40% , VS消减率增加40%o TEIHM等［17 ］ 研究表明,采用超声波处理物料20〜120min,可使厌氧发酵吋间从22 d降到8 d,同 吋沼气产量提高2. 2倍。

ZHANG等［18 ］在进行稻草干法厌氧消化的研究中，分别在60、90、110 C 条件下对稻草进行热处理发现，预处理温度越高，固体减少量越多，甲烷产量越高1.2.2化学预处理化学预处理可以促进复杂有机物质降解转变为易于生物降解的小分子物质，从而 提高产气效率通常有酸、碱和氧化等方法稀酸预处理可以显著促进纤维索水 解,已经成功用于木质纤维原料预处理oGHOSH等［19 ］发现,对城市固体垃圾进行 预处理时，按照100 g TS力口 0. 5 g NaOH的比例处理物料，其甲烷产量可提高 35%o WEEMAES等［20 ］研究了臭氧氧化预处理对生活污泥厌氧消化的影响，发 现臭氧氧化预处理可以使有机物质的转化量达到67%1.2.3生物预处理牛物预处理主要利用微牛物所分泌的胞外酶等物质预先水解底物HASEGAWA 等［21 ］从高温反应器中分离出能分解溶化有机固体废物的嗜温微生物，用该微生 物对污水污泥进行预处理，在1〜2d内近40%的有机物被分解，与未经过该处理的 对照相比，沼气产量提高了 50%o石卫国［22 ］发现,经复合菌剂预处理的秸秆启动 吋间缩短，且产气量比未经过预处理的对照提高42. 15%〜52. 35% o KUBLERf 23 ］发现好氧堆肥过程能使厌氧消化的效果提高。

不同预处理方法具有不同的优缺点传统的化学与物理处理技术耗能较多;生物处 理技术从成本和设备角度考虑具有独特的优势，但处理效率较低如何将这些预处 理方法进行优化组合，实现低成本、高效率，是今后有机I古I体废弃物预处理技术研 究的发展方向1.3 TS含量TS含量对有机物的降解有显著影响刘晓风等［24 ］以垃圾为底物，研究间歇式反 应器中TS质量分数20%〜50%吋对有机物降解的影响结果表明，TS 20%和 30%时,TS和VS的降解率较高,分别为27. 85%. 29. 47%和32. 42%、33163% 半TS浓度为40%吋，TS和VS降解率明显下降，分别为24122%和29. 74%;半TS 为50%时,TS与VS降解率更低，仅为21.56%和29. 35%对于连续式反应器而言, 在一定水力滞留时间条件下，总固体含量，即有机负荷量过高，会由于有机酸过量积 累而导致启动失败或产气量降低［7 ］1.4接种物因总固体含量高，在干法厌氧发酵过程中加入足够的接种物是加快厌氧消化启动 和提高甲烷产气率的重要措施Z-—一般情况下,干法厌氧发酵时菌种（消化污泥） 添加比例为料重的20%左右，若能达到30%以丄则更好，这样可以提高产气速率和 早期沼气中甲烷的含量。

PARAW IRA等［25 ］研究不同接种量（厌氧消化污泥）对 土豆废渣降解过程的影响发现，肖接种物与底物TS的比例小于1.5吋，甲烷产气率 随接种量增加而提高;当此比例等于1. 5时，底物（VS）产甲烷最多，达0132 L g- 1 ; 高于1.5时甲烷产气率则随接利|量增加而降低不同接种物因菌群不同产气效果 相差很大oTORRES2CASTILLO等［26 ］对畜禽垫料进行干法发酵,研究猪粪和牛 粪作为接种物的产气效率，结果发现,以牛粪为接种物的物料降解效率高于猪粪，且 产气量随着接种量增加而增加余建峰［27 ］比较了不同接种物（二沉池污泥、浓 缩池污泥、厌氧池污泥）对牛粪干法厌氧处理系统的影响，结果表明,二沉池污泥经 驯化用作接种物效果好于其他处理仮应器中TS产气率达362. 9 mL g- 1周岭等 r 28 ］研究表明，用秸秆浸泡液对厌氧发酵用污泥接种物进行驯化可以提高优势菌 种的数量5 pH及温度厌氧发酵系统中产酸菌可以在pH 5. 5〜& 5范围内生长良好,而产甲烷菌对pH变 化非常敏感,其适宜pH范|韦|为6. 6〜7. 5,因此，反应器的pH值应维持在6. 5〜7. 8 范围内。

温度与有机物分解过程有密切关系30〜35 C （中温）与50〜55 C （高 温）是厌氧发酵的2个适宜温度段中温厌氧发酵工艺所需热量少，运行稳定，便于 管理，因此得到大量应用李连华等［29 ］研究结果证实，中温比高温更合适农作物 秸秆的厌氧消化1.6 搅拌搅拌可使微生物与发酵底物充分接触，加快底物的分解速度对于厌氧干发酵，搅 拌尤为重要搅拌可使物料混合均匀,避免局部酸化，并有利于沼气逸出但由于 厌氧微生物代谢较慢，搅拌过于强烈反而会影响微生物的絮凝作用,降低消化能力 ［30］o2有机固体废物干法厌氧消化处理工艺1连续式反应器H前欧洲主要采用4种己经实现商业化运作的连续沼气干发酵工艺，即 Kompogas卧式推流发酵工艺、Dranco竖式推流发酵丁艺、L ingle2KCA卧式推 流发酵工艺和Vcilorg"竖式气搅拌工艺［7 ］□ 1983年GHOSH［ 31 ］提出一-种改进 的2相消化过程来处理有机固体废物该发酵系统使水解酸化和产。