科普|垃圾处理技术之厌氧消化
来源：www.fzmjhb.com 发布时间：2022年07月09日
什么是厌氧消化？
厌氧消化指有机质在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将可生物降解的有机物分解为CH4、CO2、H2O和H2S的消化技术。
厌氧消化过程可分成水解、酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段。
优点：
①无害化程度高，且具有高的有机复合承担能力;
②有机质利用充分，其在实现垃圾资源化的同时，符合国家能源政策;
③z大化的回收餐厨垃圾中的油脂，提纯或加工为工业原料，同时杜绝废弃油脂返回餐桌。
缺点：
①工程占地大、投资高、 工艺复杂和发酵时间长等问题。
厨余垃圾厌氧消化中存在的问题
厨余垃圾的营养物质丰富，C/N符合厌氧消化的要求，但是总结近年国内外文献发现，厨余垃圾的厌氧消化仍然面临许多问题：
1)厨余垃圾的颗粒较大，且其中复杂的有机质，如木质素和角蛋白在厌氧条件下几乎不可生物降解，而化合物如木质纤维素和细胞壁虽可生物降解，却很难被生物利用，这些因素都会减慢厨余垃圾的水解速度，延长厌氧消化的停滞时间。
2)与产酸菌相比，产甲烷菌的世代时间长，通常细菌每20分钟繁殖一代，产甲烷细菌则需几天乃至几十天才能繁殖一代。因此消耗有机酸的能力有限，且易受环境因素波动和重金属等有毒物质的影响，故当系统有机负荷较高时，VFAs的产生和消耗不平衡，易有系统酸化的情况出现。另外，厨余垃圾的蛋白质含量较高时，厌氧消化系统经常面临氨氮抑制的问题，抑制厌氧微生物的活性，使得系统产气效率降低。
厨余垃圾中的有机物通常以颗粒物形式存在，且成分复杂，包含木质纤维素、蛋白质、脂肪等大分子有机物，水解过程缓慢，是厨余垃圾厌氧消化的限速步骤。
物理、化学、生物等预处理方法可减小厨余垃圾颗粒物的尺寸、破坏大分子难降解有机物的结构，加速水解，缩短厌氧消化停滞时间，提高甲烷产量。
物理预处理方法包含超声波、热处理、冻融和微波处理等手段。
化学手段主要是酸或碱预处理和臭氧氧化预处理，用于提高有机垃圾厌氧消化沼气产率已得到广泛的研究。其中臭氧发生装置耗电量较大，操作成本较高，处理后强化产生的生物甲烷不足以补偿臭氧发生器能耗，且操作危险系数高，故近年来研究较少。
生物预处理的本质是酶预处理。酶预处理即通过外加酶的方式加速厨余垃圾水解的过程，包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶等。酶预处理是预处理方法中有前景的发展方向，未来应向降低成本方向研究。
参考资料：
[1]厌氧消化_百度百科 (baidu.com)
[2]餐厨垃圾处理技术路线及案例分享！-中国固废网 (solidwaste.com.cn)
[3]餐厨垃圾厌氧消化处理经历的几个阶段 (baidu.com)
[4]厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析-工程中心 (lyun.edu.cn)
文章来源：微信公众号-垃圾分类站
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厌氧消化指有机质在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将可生物降解的有机物分解为CH4、CO2、H2O和H2S的消化技术。
厌氧消化被广泛应用于污水畜禽粪便和城市有机废弃物处理等方面沼气工程技术有可以实现循环经济发展、环境保护、减少温室气体排放和生产可再生能源等目标。
餐厨垃圾厌氧消化技术路线图
厌氧消化的基本原理？厌氧消化过程可分成水解、酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段。
水解阶段厨余垃圾中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等悬浮颗粒有机质被微生物水解成如多糖、多肽和有机酸等可溶有机质；酸化阶段短链有机质被产酸菌降解成如葡萄糖、氨基酸、VFAs(挥发性脂肪酸)、NH3和H2S等；乙酸化阶段葡萄糖和氨基酸被产乙酸菌利用生成乙酸、H2和CO2；甲烷化阶段产甲烷菌将乙酸、H2转化成CH4和CO2。
厌氧消化四阶段
厌氧消化的优缺点？优点：
①无害化程度高，且具有高的有机复合承担能力;
②有机质利用充分，其在实现垃圾资源化的同时，符合国家能源政策;
③z大化的回收餐厨垃圾中的油脂，提纯或加工为工业原料，同时杜绝废弃油脂返回餐桌。
缺点：
①工程占地大、投资高、 工艺复杂和发酵时间长等问题。
厨余垃圾厌氧消化中存在的问题
厨余垃圾的营养物质丰富，C/N符合厌氧消化的要求，但是总结近年国内外文献发现，厨余垃圾的厌氧消化仍然面临许多问题：
1)厨余垃圾的颗粒较大，且其中复杂的有机质，如木质素和角蛋白在厌氧条件下几乎不可生物降解，而化合物如木质纤维素和细胞壁虽可生物降解，却很难被生物利用，这些因素都会减慢厨余垃圾的水解速度，延长厌氧消化的停滞时间。
2)与产酸菌相比，产甲烷菌的世代时间长，通常细菌每20分钟繁殖一代，产甲烷细菌则需几天乃至几十天才能繁殖一代。因此消耗有机酸的能力有限，且易受环境因素波动和重金属等有毒物质的影响，故当系统有机负荷较高时，VFAs的产生和消耗不平衡，易有系统酸化的情况出现。另外，厨余垃圾的蛋白质含量较高时，厌氧消化系统经常面临氨氮抑制的问题，抑制厌氧微生物的活性，使得系统产气效率降低。
3)在产甲烷阶段，乙酸营养型产甲烷菌发挥主要作用，将乙酸脱羧分解成为CH4和CO2，而氢营养型产甲烷菌将H2作为电子供体，CO2作为电子受体，生成CH4和H2O。但是，厨余垃圾厌氧消化产生的沼气中CH4只占40%～70%，剩下的大部分是CO2，少量的H2S和其他杂质，所以产物沼气热值低。
厨余垃圾中的有机物通常以颗粒物形式存在，且成分复杂，包含木质纤维素、蛋白质、脂肪等大分子有机物，水解过程缓慢，是厨余垃圾厌氧消化的限速步骤。
物理、化学、生物等预处理方法可减小厨余垃圾颗粒物的尺寸、破坏大分子难降解有机物的结构，加速水解，缩短厌氧消化停滞时间，提高甲烷产量。
物理预处理方法包含超声波、热处理、冻融和微波处理等手段。
化学手段主要是酸或碱预处理和臭氧氧化预处理，用于提高有机垃圾厌氧消化沼气产率已得到广泛的研究。其中臭氧发生装置耗电量较大，操作成本较高，处理后强化产生的生物甲烷不足以补偿臭氧发生器能耗，且操作危险系数高，故近年来研究较少。
生物预处理的本质是酶预处理。酶预处理即通过外加酶的方式加速厨余垃圾水解的过程，包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶等。酶预处理是预处理方法中有前景的发展方向，未来应向降低成本方向研究。
参考资料：
[1]厌氧消化_百度百科 (baidu.com)
[2]餐厨垃圾处理技术路线及案例分享！-中国固废网 (solidwaste.com.cn)
[3]餐厨垃圾厌氧消化处理经历的几个阶段 (baidu.com)
[4]厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析-工程中心 (lyun.edu.cn)
文章来源：微信公众号-垃圾分类站
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