宋勁強(qiáng) 黃勝 韓康 張嵐欣

【摘? 要】由于碳?xì)湓卦谟袡C(jī)固體廢棄物中的含量比較高，所以厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升有機(jī)固體廢棄物的處理效果。基于此，論文重點(diǎn)針對(duì)厭氧消化技術(shù)在有機(jī)固體廢棄物處理中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)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(guān)鍵詞】厭氧消化;有機(jī)固體廢棄物;應(yīng)用

【Keywords】anaerobic digestion; organic solid waste; application

【中圖分類號(hào)】X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）05-0169-02

1 引言

在人們的日常生活與工作當(dāng)中，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)固體廢棄物。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度逐漸加快，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題與能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題日益突出的大環(huán)境下，只有對(duì)有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行有效的處理，才能夠?yàn)槿藗兲峁┮粋€(gè)相對(duì)理想的生活環(huán)境，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供保證。而厭氧消化技術(shù)是一種在厭氧條件下，利用微生物消耗有機(jī)物，產(chǎn)生物質(zhì)和能量，并將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的技術(shù)。將其應(yīng)用到有機(jī)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(shù)的應(yīng)用原理

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中，每年都會(huì)產(chǎn)生將近45億噸的有機(jī)固體廢棄物，表1為我國(guó)主要有機(jī)固體廢棄物的年產(chǎn)量和養(yǎng)分含量。如果不對(duì)其進(jìn)行有效的處理，由此而引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題與資源浪費(fèi)問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用，其實(shí)就是在厭氧環(huán)境下，構(gòu)建一個(gè)多種微生物相互共存、依賴并制約的生態(tài)平衡系統(tǒng)，整個(gè)厭氧消化過(guò)程容易受到溫度、pH以及有機(jī)負(fù)荷等因素的影響。經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)展，厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程主要分為以下四個(gè)階段：

首先是水解階段。在這一階段，有機(jī)物中的大分子聚合物主要由碳水化合物、脂質(zhì)以及蛋白質(zhì)構(gòu)成。厭氧消化系統(tǒng)中的水解細(xì)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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w物質(zhì)，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(xì)菌的作用下，單體物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)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(chǎn)氫產(chǎn)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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜帷⒍趸己蜌?。需要注意的是，有機(jī)酸氧化菌和產(chǎn)甲烷菌之間存在著一定的共生關(guān)系，即在有機(jī)酸氧化菌的作用下，短鏈脂肪酸和醇類物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化成乙酸，而產(chǎn)甲烷菌的基質(zhì)，就是乙酸[2]。

最后是產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌，是一種絕對(duì)厭氧微生物。而產(chǎn)甲烷的過(guò)程，其實(shí)就是一個(gè)放能過(guò)程，主要通過(guò)乙酸途徑和氫與二氧化碳途徑產(chǎn)甲烷。其中，通過(guò)乙酸途徑產(chǎn)生的甲烷占比72%，通過(guò)氫和二氧化碳途徑產(chǎn)生的甲烷占比28%。

3 厭氧消化技術(shù)在有機(jī)固體廢棄物處理中的應(yīng)用

3.1 厭氧消化技術(shù)在秸稈處理中的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，暴露出了農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展同時(shí)面臨著能源和環(huán)境兩方面的壓力。在當(dāng)下以及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，如何實(shí)現(xiàn)秸稈的無(wú)害化、資源化綜合應(yīng)用，成為業(yè)內(nèi)人士需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。雖然我國(guó)的秸稈沼氣領(lǐng)域發(fā)展速度非常快，但是與之相應(yīng)的技術(shù)水平以及產(chǎn)業(yè)模式還有很大的提升空間。再加上傳質(zhì)傳熱效果、秸稈進(jìn)出料方式以及秸稈收儲(chǔ)運(yùn)模式等問(wèn)題的存在，使得我國(guó)秸稈沼氣工程的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。

分析秸稈的組成成分，發(fā)現(xiàn)主要由有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、水、少量粗蛋白以及粗脂肪構(gòu)成。其中，有機(jī)物又包含纖維素、木質(zhì)素以及半纖維素3部分。將厭氧消化技術(shù)應(yīng)用到秸稈處理中，可以在無(wú)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(jī)物分解成物質(zhì)和能量，在滿足自身生長(zhǎng)繁殖所需的同時(shí)，將多余的物質(zhì)轉(zhuǎn)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(zhì)素含量非常多，且很難與體系功能菌種相接觸，所以要想實(shí)現(xiàn)秸稈的水解發(fā)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(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理。

所謂混合發(fā)酵，指的是將秸稈與其他生物質(zhì)，按照特定的比例進(jìn)行混合復(fù)配，進(jìn)而對(duì)發(fā)酵體系的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。應(yīng)用混合發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3方面：首先，可以對(duì)單一秸稈底物碳氮比進(jìn)行有效的控制，使之始終處于允許范圍內(nèi)，進(jìn)而為秸稈碳元素的利用效率以及產(chǎn)氣量提供保證;其次，可以強(qiáng)化厭氧發(fā)酵體系的緩沖能力，進(jìn)而對(duì)發(fā)酵過(guò)程中酸堿度改變對(duì)體系的影響進(jìn)行控制;最后，可以在多種底物的協(xié)同效應(yīng)下，實(shí)現(xiàn)體系功能性菌群活力的增強(qiáng)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(dòng)性都比較小，所以將厭氧消化技術(shù)應(yīng)用到秸稈的處理過(guò)程中，很容易使厭氧反應(yīng)器中出現(xiàn)浮渣，體系內(nèi)酸的積累量越多，導(dǎo)致酸中毒的概率就越高。要想改善這些問(wèn)題，還需要對(duì)相應(yīng)的工藝與設(shè)備進(jìn)行有效的優(yōu)化。

3.2 厭氧消化技術(shù)在餐廚垃圾處理中的應(yīng)用

餐廚垃圾，指的是由蔬菜、肉類、餐具以及果皮等物質(zhì)組成的垃圾。在過(guò)去，主要通過(guò)填埋、好氧堆肥以及飼料化等方式對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理。但是，這些方式的應(yīng)用，也使得我國(guó)出現(xiàn)了嚴(yán)重的水污染問(wèn)題、空氣污染問(wèn)題以及土地資源被浪費(fèi)問(wèn)題，甚至還為疾病的傳播提供了便利。而將厭氧消化技術(shù)應(yīng)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?xì)?，避免了二次污染等?wèn)題的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)的餐廚垃圾處理方式相比，厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用更具經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。在2001年，英國(guó)就已經(jīng)建設(shè)了專門(mén)的餐廚垃圾處理發(fā)電廠，每年可以處理餐廚垃圾4380萬(wàn)噸，年發(fā)電量為5.5億kW·h，其規(guī)模已達(dá)世界之最。2013年，我國(guó)哈爾濱道外區(qū)也建設(shè)并運(yùn)行了沼氣工程。這也是我國(guó)應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾的典型案例，每年處理的餐廚垃圾量高達(dá)11萬(wàn)噸。

需要注意的是，餐廚垃圾比較特殊，如果使用傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵工藝進(jìn)行處理，不僅生成的生物燃?xì)庥邢?，其運(yùn)行的高效性還會(huì)受到影響。為提升厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾的效率，需要對(duì)餐廚垃圾處理工藝進(jìn)行進(jìn)一步的研究與改進(jìn)，提升工藝的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性以及高效性。目前，越來(lái)越多的研究人員將研究重點(diǎn)集中到了兩相發(fā)酵工藝的應(yīng)用方面。

我國(guó)針對(duì)厭氧消化技術(shù)的理論研究，主要經(jīng)過(guò)了以下4個(gè)階段：

第一階段，研究重點(diǎn)集中在經(jīng)過(guò)發(fā)酵性細(xì)菌群和水解作用，復(fù)雜有機(jī)物被水解與發(fā)酵的過(guò)程。

第二階段，研究重點(diǎn)集中在第一階段產(chǎn)物被產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群分解，并生成乙酸和氫氣的過(guò)程。

第三階段，研究重點(diǎn)集中在受到產(chǎn)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(diǎn)主要集中在同型產(chǎn)乙酸方面。并最終得出結(jié)論，將溫度控制在35℃，pH控制在7.0，利用厭氧消化技術(shù)進(jìn)行餐廚垃圾的處理，可以保證甲烷產(chǎn)量超過(guò)55%。將溫度控制在100℃，并對(duì)其進(jìn)行熱處理，可以將甲烷產(chǎn)量提高58.3%。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為一種先進(jìn)的廢棄物處理技術(shù)，厭氧消化技術(shù)在有機(jī)固體廢棄物處理中的應(yīng)用，表現(xiàn)出了綠色、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。所以，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)厭氧消化技術(shù)的研究，提升厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用水平。只有這樣，才能夠充分發(fā)揮厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提升有機(jī)固體廢棄物的處理質(zhì)量，進(jìn)而為人們提供一個(gè)相對(duì)理想的生活環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

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

【2】周祺.厭氧消化在有機(jī)固體廢棄物處理中的應(yīng)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(shù)在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)固體廢棄物處理中的應(yīng)用與分析[J].科學(xué)養(yǎng)魚(yú)，2017（8）：79-80.

【4】萬(wàn)順剛，孫蕾，胡朝華.城市固體有機(jī)廢棄物厭氧消化處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，41（23）：138-144.