我国城市生活垃圾厌氧消化处理的初探(2)
2014-11-18 01:04
导读：（二）厌氧消化工艺研究进展 厌氧消化处理城市垃圾，主要集中处理城市垃圾中厨房剩余垃圾以及庭院垃圾，德国、丹麦等欧洲国家已建成一批消化处理
（二）厌氧消化工艺研究进展
厌氧消化处理城市垃圾，主要集中处理城市垃圾中厨房剩余垃圾以及庭院垃圾，德国、丹麦等欧洲国家已建成一批消化处理厂，利用厨房垃圾产沼气的研究较为成熟。早在20世纪80年代厌氧消化技术已成为日本等国的研究课题，近年来，在引进欧洲技术的同时，地方政府支持进行了产业规模生产。厌氧消化技术最早应用于高浓度有机废水处理，在城市垃圾处理中占的比例还小。1920年，英国农学家Albert Howard发明了厌氧堆肥法，而后通过不断的技术革新，逐步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发酵、两步厌氧消化等为主的工艺形式。
1．湿式完全混合厌氧消化。湿式完全混合厌氧消化（简称湿式工艺）应用最早也最广泛，其液化、酸化和产气3个阶段在同一反应器内进行，工艺过程简单、投资小、运行和治理方便。早期消化工艺中没有搅拌装置，易引起分层现象，反应器中较轻的部分上升成浮渣层，较重的部分下沉成为底层，这样在反应器中形成3个浓度不同的物理层，不但影响混合效果，而且损伤发酵设备。自上世纪90年代以来，搅拌器应用研究的快速发展，利用机械沼气混合搅拌取得了很好的效果。但由于酸化、水解、产甲烷均在同一反应器中同时进行，通常以为在这个系统中各阶段反应都不能达到各自最佳的反应条件，处理效率低。与其他工艺相比，湿式工艺含水量高，可以稀释抑制物的浓度（固体浓度达15％），在一定程度上也加大了系统的抗抑制能力。
2．一步厌氧干发酵。湿式工艺的广泛应用，为进步其处理能力，提出了一步厌氧干发酵系统。厌氧干发酵系统的固体浓度可以维持在20％－50％，大大进步了处理能力。干发酵系统中只有含水率非常低的原料需要进行稀释，且用水量小。同时，厌氧干发酵系统对进料的分选要求不高，原料进进处理系统前，只需用滚筒筛将大的颗粒物往除即可。然而，从投资角度看，干发酵工艺比湿式工艺要高得多，另外，由于固体浓度的加大，需要设计能够抗酸、抗腐蚀性强的发酵反应器。
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3．两步厌氧消化工艺。在湿式工艺和干发酵工艺中，垃圾中的有机质转化为沼气的过程是在一个连续的生化反应中完成，各个不同的反应阶段难以达到其各自的最佳反应条件。例如酸化阶段会导致PH值的下降，产甲烷阶段要求接近中性或偏碱的环境，而两步厌氧消化工艺即是要创造两个不同的生物和营养环境条件如：温度和PH等。典型的两步工艺，在第一阶段进行反应物的酸化和水解，第二个阶段进行产甲烷。在微生物环境方面，水解产酸菌和产甲烷菌对厌氧环境的要求不同，只有在产甲烷阶段，由于甲烷菌是严格的厌氧菌，才需要严格的厌氧环境。
4．制约厌氧消化处理工艺发展应用的因素。厌氧消化处理城市垃圾是一种古老的方法，其消化过程是一个动态、多相、多介质的物理、
化学和生物反应紧密相关的复杂过程。其中有机物的生物、化学转化及物质的传输与分布不易监控，在城市垃圾分选、厌氧发酵工艺、二次污染的处理等方面都存在很多题目。制约厌氧消化处理技术在城市垃圾处理应用中的制约因素主要表现在：（1）城市垃圾的分选需投进大量的人力物力，
系统工程复杂。现阶段要对城市垃圾作较系统的分选很难，城市垃圾分选效率将直接影响到堆肥生产的本钱和产品的质量，故垃圾收集分区、分类收集和建立垃圾收费制度将是影响今后我国垃圾厌氧发酵产业进一步发展的关键因素；（2）厌氧微生物对垃圾中复杂有机物降解能力对发酵过程起决定性作用，选用优良的厌氧菌种是厌氧消化技术的核心。因此，发酵厌氧微生物的筛选、培养和鉴定也成为制约因素之一；（3）厌氧过程中温度、PH值、营养物质和底物毒性对发酵过程有较大的影响，操纵职员要不断监视发酵过程、判定和调整各种参数，很难实现实时监控；（4）消化过程中产生的废水和废气由于处理效果不佳，已成为严重的环境污染源。废气的产生量和浓度随垃圾的不同而改变，轻易对处理系统造成冲负荷，从而导致处理系统的失败；（5）消化产品的腐熟度是衡量厌氧消化过程的终极指标。未经腐熟的产品中有机物和毒性物质会造成植物生长的缺氧和间接毒性，危害
作物生长。目前，对堆肥产品的腐熟检测缺乏同一的标准，且检测过程相对复杂，无法进行现场检测。
