略谈厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用
宋劲强 黄胜 韩康 张岚欣
【摘? 要】由于碳氢元素在有机固体废弃物中的含量比较高，所以厌氧消化技术的应用可以有效提升有机固体废弃物的处理效果。基于此，论文重点针对厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用进行了详细的分析，以供参考。
【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.
【关键词】厌氧消化;有机固体废弃物;应用
【Keywords】anaerobic digestion; organic solid waste; application
【中图分类号】X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2021）05-0169-02
1 引言
在人们的日常生活与工作当中，每天都会产生大量的有机固体废弃物。在社会经济发展速度逐渐加快，环境保护问题与能源结构优化问题日益突出的大环境下，只有对有机固体废弃物进行有效的处理，才能够为人们提供一个相对理想的生活环境，为社会经济的可持续发展提供保证。而厌氧消化技术是一种在厌氧条件下，利用微生物消耗有机物，产生物质和能量，并将物质转化为甲烷和二氧化碳的技术。将其应用到有机固体废弃物的处理中，具有十分重要的意义。
2 厌氧消化技术的应用原理
在我国社会经济的发展过程中，每年都会产生将近45亿吨的有机固体废弃物，表1為我国主要有机固体废弃物的年产量和养分含量。如果不对其进行有效的处理，由此而引发的环境污染问题与资源浪费问题将会越来越严重。
厌氧消化技术的应用，其实就是在厌氧环境下，构建一个多种微生物相互共存、依赖并制约的生态平衡系统，整个厌氧消化过程容易受到温度、pH以及有机负荷等因素的影响。经过多年的研究与发展，厌氧消化技术的应用过程主要分为以下四个阶段：
首先是水解阶段。在这一阶段，有机物中的大分子聚合物主要由碳水化合物、脂质以及蛋白质构成。厌氧消化系统中的水解细菌可以分泌出胞外酶。在胞外酶的作用下，这些大分子聚合物就会转变为单体物质，例如，糖类、脂肪酸以及氨基酸等[1]。
其次是酸化阶段。在这一阶段，在酸化细菌的作用下，单体物质会转化成短链脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳。其中，短链脂肪酸指的是乙酸、丙酸和丁酸，其随着氢分压的升高，而生成量逐渐减少。
再次是产氢产酸阶段。在这一阶段中，在微生物的代谢下，短链脂肪酸和醇类会转变为乙酸、二氧化碳和氢。需要注意的是，有机酸氧化菌和产甲烷菌之间存在着一定的共生关系，即在有机酸氧化菌的作用下，短链脂肪酸和醇类物质会转化成乙酸，而产甲烷菌的基质，就是乙酸[2]。
最后是产甲烷阶段。产甲烷菌，是一种绝对厌氧微生物。而产甲烷的过程，其实就是一个放能过程，主要通过乙酸途径和氢与二氧化碳途径产甲烷。其中，通过乙酸途径产生的甲烷占比72%，通过氢和二氧化碳途径产生的甲烷占比28%。
3 厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用
3.1 厌氧消化技术在秸秆处理中的应用
近年来，我国城镇化建设进程不断推进，暴露出了农村地区的发展同时面临着能源和环境两方面的压力。在当下以及未来一段时间内，如何实现秸秆的无害化、资源化综合应用，成为业内人士需要重点思考的问题。虽然我国的秸秆沼气领域发展速度非常快，但是与之相应的技术水平以及产业模式还有很大的提升空间。再加上传质传热效果、秸秆进出料方式以及秸秆收储运模式等问题的存在，使得我国秸秆沼气工程的发展受到了严重的制约。
分析秸秆的组成成分，发现主要由有机物、无机物、水、少量粗蛋白以及粗脂肪构成。其中，有机物又包含纤维素、木质素以及半纤维素3部分。将厌氧消化技术应用到秸秆处理中，可以在无氧条件下，利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌，将秸秆中的可生物降解有机物分解成物质和能量，在满足自身生长繁殖所需的同时，将多余的物质转化成甲烷和二氧化碳[3]。
由于秸秆中存在着的半纤维素与木质素含量非常多，且很难与体系功能菌种相接触，所以要想实现秸秆的水解发酵，具有较高的难度。在这种情况下，就只能使用物理法或者生物法对秸秆进行预处理。
所谓混合发酵，指的是将秸秆与其他生物质，按照特定的比例进行混合复配，进而对发酵体系的营养状态进行调整和优化。应用混合发酵的优势主要体现在以下3方面：首先，可以对单一秸秆底物碳氮比进行有效的控制，使之始终处于允许范围内，进而为秸秆碳元素的利用效率以及产气量提供保证;其次，可以强化厌氧发酵体系的缓冲能力，进而对发酵过程中酸碱度改变对体系的影响进行控制;最后，可以在多种底物的协同效应下，实现体系功能性菌群活力的增强以及底物利用率的提高[4]。
需要注意的是，秸秆的密度和流动性都比较小，所以将厌氧消化技术应用到秸秆的处理过程中，很容易使厌氧反应器中出现浮渣，体系内酸的积累量越多，导致酸中毒的概率就越高。要想改善这些问题，还需要对相应的工艺与设备进行有效的优化。
3.2 厌氧消化技术在餐厨垃圾处理中的应用
餐厨垃圾，指的是由蔬菜、肉类、餐具以及果皮等物質组成的垃圾。在过去，主要通过填埋、好氧堆肥以及饲料化等方式对餐厨垃圾进行处理。但是，这些方式的应用，也使得我国出现了严重的水污染问题、空气污染问题以及土地资源被浪费问题，甚至还为疾病的传播提供了便利。而将厌氧消化技术应用到餐厨垃圾的处理中，不仅可以快速降解餐厨垃圾，还可以形成生物燃气，避免了二次污染等问题的产生。与传统的餐厨垃圾处理方式相比，厌氧消化技术的应用更具经济性与实用性。在2001年，英国就已经建设了专门的餐厨垃圾处理发电厂，每年可以处理餐厨垃圾4380万吨，年发电量为5.5亿kW·h，其规模已达世界之最。2013年，我国哈尔滨道外区也建设并运行了沼气工程。这也是我国应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾的典型案例，每年处理的餐厨垃圾量高达11万吨。
需要注意的是，餐厨垃圾比较特殊，如果使用传统的厌氧发酵工艺进行处理，不仅生成的生物燃气有限，其运行的高效性还会受到影响。为提升厌氧消化技术处理餐厨垃圾的效率，需要对餐厨垃圾处理工艺进行进一步的研究与改进，提升工艺的经济性、稳定性以及高效性。目前，越来越多的研究人员将研究重点集中到了两相发酵工艺的应用方面。
我国针对厌氧消化技术的理论研究，主要经过了以下4个阶段：
第一阶段，研究重点集中在经过发酵性细菌群和水解作用，复杂有机物被水解与发酵的过程。
第二阶段，研究重点集中在第一阶段产物被产氢产乙酸菌群分解，并生成乙酸和氢气的过程。
第三阶段，研究重点集中在受到产甲烷菌的影响，不仅二氧化碳和氢气可以生成甲烷、乙酸脱羧，也可以生成甲烷。
第四阶段，研究重点主要集中在同型产乙酸方面。并最终得出结论，将温度控制在35℃，pH控制在7.0，利用厌氧消化技术进行餐厨垃圾的处理，可以保证甲烷产量超过55%。将温度控制在100℃，并对其进行热处理，可以将甲烷产量提高58.3%。
4 结语
综上所述，作为一种先进的废弃物处理技术，厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用，表现出了绿色、环保的优势，具有广阔的应用前景。所以，需要进一步加强对厌氧消化技术的研究，提升厌氧消化技术的应用水平。只有这样，才能够充分发挥厌氧消化技术的应用优势，提升有机固体废弃物的处理质量，进而为人们提供一个相对理想的生活环境。
【参考文献】
【1】张腾.厌氧消化技术在有机固体废弃物处理中的应用[J].四川化工，2019，22（5）：37-40+54.
【2】周祺.厌氧消化在有机固体废弃物处理中的应用分析[J].低碳世界，2017（31）：6-7.
【3】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（8）：79-80.
【4】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.
