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有机固废厌氧消化技术研究进展

来源: 作者: 发布时间:2007-10-31  

    有机固体废物通常是指含水率低于85%90%可生化降解的有机废物,它们一般具有可生化降解性。这些废物中蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源,对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。
  有机固体废物处理的方法很多。由于有机固废的可生化降解性高,利用生物技术处理有机废物具有潜在优势。生物处理法包括好氧堆肥法和厌氧消化法。近几年来,欧洲各国纷纷将目光投向厌氧消化,兴建有机固废厌氧消化处理厂,日本等国也先后建设了有机固废厌氧消化处理示范工程。但在国内,尽管农村早有小型沼气池的应用,高浓度有机污水及污泥处理中也普遍采用厌氧消化的工艺,但应用于固废处理领域的实践很少。因此,很有必要针对国内的实际情况,对有机固废的厌氧消化进行系统研究。
1
厌氧消化机理
  在理论研究方面,国内外一些学者对厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等进行了大量的研究,但仍有许多问题需进一步探讨。对厌氧消化的微生物学认识,经历了一个由肤浅到逐渐完善的过程。20世纪30年代,厌氧消化被概括地划分为产酸阶段和产甲烷阶段,即两阶段理论。70年代初Bryantlzgl等人对两阶段理论进行了修正,提出了厌氧消化的三阶段理论,突出了产氢产乙酸菌的地位和作用。与此同时,Zeikuslao等人提出了厌氧消化的四类群理论,反映了同型产乙酸菌的作用。该理论认为厌氧发酵过程可分为四个阶段,第一阶段(水解阶段):将不溶性大分子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸;第二阶段(酸化阶段):发酵细菌将水溶性低脂肪酸转化为H2CH3000HCH3CH2OH等,酸化阶段料液pH值迅速下降;第三阶段(产氢产乙酸阶段):专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用,生成H2HCO3-、CH3COOH。同型产乙酸细菌将H2HCO3-转化为CH3COOH,此阶段由于大量有机酸的分解导致pH值上升;第四阶段(甲烷化阶段):产甲烷菌将乙酸转化为CH4CO2,利用H2还原CO2CH4,或利用其他细菌产生甲酸形成CH4。无论是三阶段理论,还是四类群理论,实质上都是对两阶段理论的补充和完善,较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代谢菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动态平衡关系,阐明了复杂有机物厌氧消化的微生物过程。
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厌氧消化影响因素
2.1
底物组成
  研究发现不同底物组成,其可生化降解性大不相同(5%90%)。Borja等研究了不同底物组成和浓度的有机固废的厌氧消化过程,认为在其他条件相同时沼气产量相差很大,甚至达到65%。这个结果与Jokela等的研究所得基本一致。另外,底物组成不同,在发酵过程中的营养需求与调控也不同。对于像以秸秆为主的底物,须补充N源的营养,以达到厌氧消化适宜的C/N比。
目前国内外很多机构开展了生活垃圾、污泥及畜禽粪便联合厌氧消化产沼的研究。联合发酵可以在消化物料间建立起一种良性互补,从而提高产气量,而且仪器设备的共享在提高经济效益方面的作用也是非常明显的。Kayhanian评估了以城市固体垃圾生物可降解部分为底物的高固体厌氧消化示范试验。结果表明,美国典型B/F(可降解垃圾与总物料之比)的垃圾缺乏活跃而又稳定降解所需要的宏量或微量元素,若补充以富含营养的污泥和畜禽粪便,可以提高B/F,大大提高产气率并增加过程的稳定性。国内在这方面的研究仅限于实验室水平,未见相关工程应用的报道。

 
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