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科普|垃圾處理技術(shù)之厭氧消化
來源：jchdbafw.com 發(fā)布時(shí)間：2022年07月09日
什么是厭氧消化？
厭氧消化指有機(jī)質(zhì)在無氧條件下，由兼性菌和厭氧細(xì)菌將可生物降解的有機(jī)物分解為CH4、CO2、H2O和H2S的消化技術(shù)。
厭氧消化過程可分成水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段。
優(yōu)點(diǎn)：
①無害化程度高，且具有高的有機(jī)復(fù)合承擔(dān)能力;
②有機(jī)質(zhì)利用充分，其在實(shí)現(xiàn)垃圾資源化的同時(shí)，符合國家能源政策;
③z大化的回收餐廚垃圾中的油脂，提純或加工為工業(yè)原料，同時(shí)杜絕廢棄油脂返回餐桌。
缺點(diǎn)：
①工程占地大、投資高、 工藝復(fù)雜和發(fā)酵時(shí)間長等問題。
廚余垃圾厭氧消化中存在的問題
廚余垃圾的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，C/N符合厭氧消化的要求，但是總結(jié)近年國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，廚余垃圾的厭氧消化仍然面臨許多問題：
1)廚余垃圾的顆粒較大，且其中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)，如木質(zhì)素和角蛋白在厭氧條件下幾乎不可生物降解，而化合物如木質(zhì)纖維素和細(xì)胞壁雖可生物降解，卻很難被生物利用，這些因素都會減慢廚余垃圾的水解速度，延長厭氧消化的停滯時(shí)間。
2)與產(chǎn)酸菌相比，產(chǎn)甲烷菌的世代時(shí)間長，通常細(xì)菌每20分鐘繁殖一代，產(chǎn)甲烷細(xì)菌則需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。因此消耗有機(jī)酸的能力有限，且易受環(huán)境因素波動和重金屬等有毒物質(zhì)的影響，故當(dāng)系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，VFAs的產(chǎn)生和消耗不平衡，易有系統(tǒng)酸化的情況出現(xiàn)。另外，廚余垃圾的蛋白質(zhì)含量較高時(shí)，厭氧消化系統(tǒng)經(jīng)常面臨氨氮抑制的問題，抑制厭氧微生物的活性，使得系統(tǒng)產(chǎn)氣效率降低。
廚余垃圾中的有機(jī)物通常以顆粒物形式存在，且成分復(fù)雜，包含木質(zhì)纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)物，水解過程緩慢，是廚余垃圾厭氧消化的限速步驟。
物理、化學(xué)、生物等預(yù)處理方法可減小廚余垃圾顆粒物的尺寸、破壞大分子難降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，加速水解，縮短厭氧消化停滯時(shí)間，提高甲烷產(chǎn)量。
物理預(yù)處理方法包含超聲波、熱處理、凍融和微波處理等手段。
化學(xué)手段主要是酸或堿預(yù)處理和臭氧氧化預(yù)處理，用于提高有機(jī)垃圾厭氧消化沼氣產(chǎn)率已得到廣泛的研究。其中臭氧發(fā)生裝置耗電量較大，操作成本較高，處理后強(qiáng)化產(chǎn)生的生物甲烷不足以補(bǔ)償臭氧發(fā)生器能耗，且操作危險(xiǎn)系數(shù)高，故近年來研究較少。
生物預(yù)處理的本質(zhì)是酶預(yù)處理。酶預(yù)處理即通過外加酶的方式加速廚余垃圾水解的過程，包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶等。酶預(yù)處理是預(yù)處理方法中有前景的發(fā)展方向，未來應(yīng)向降低成本方向研究。
參考資料：
[1]厭氧消化_百度百科 (baidu.com)
[2]餐廚垃圾處理技術(shù)路線及案例分享！-中國固廢網(wǎng) (solidwaste.com.cn)
[3]餐廚垃圾厭氧消化處理經(jīng)歷的幾個階段 (baidu.com)
[4]廚余垃圾厭氧消化處理難點(diǎn)及調(diào)控策略分析-工程中心 (lyun.edu.cn)
文章來源：微信公眾號-垃圾分類站
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厭氧消化指有機(jī)質(zhì)在無氧條件下，由兼性菌和厭氧細(xì)菌將可生物降解的有機(jī)物分解為CH4、CO2、H2O和H2S的消化技術(shù)。
厭氧消化被廣泛應(yīng)用于污水畜禽糞便和城市有機(jī)廢棄物處理等方面沼氣工程技術(shù)有可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、減少溫室氣體排放和生產(chǎn)可再生能源等目標(biāo)。
餐廚垃圾厭氧消化技術(shù)路線圖
厭氧消化的基本原理？厭氧消化過程可分成水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段。
水解階段廚余垃圾中的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等懸浮顆粒有機(jī)質(zhì)被微生物水解成如多糖、多肽和有機(jī)酸等可溶有機(jī)質(zhì)；酸化階段短鏈有機(jī)質(zhì)被產(chǎn)酸菌降解成如葡萄糖、氨基酸、VFAs(揮發(fā)性脂肪酸)、NH3和H2S等；乙酸化階段葡萄糖和氨基酸被產(chǎn)乙酸菌利用生成乙酸、H2和CO2；甲烷化階段產(chǎn)甲烷菌將乙酸、H2轉(zhuǎn)化成CH4和CO2。
厭氧消化四階段
厭氧消化的優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：
①無害化程度高，且具有高的有機(jī)復(fù)合承擔(dān)能力;
②有機(jī)質(zhì)利用充分，其在實(shí)現(xiàn)垃圾資源化的同時(shí)，符合國家能源政策;
③z大化的回收餐廚垃圾中的油脂，提純或加工為工業(yè)原料，同時(shí)杜絕廢棄油脂返回餐桌。
缺點(diǎn)：
①工程占地大、投資高、 工藝復(fù)雜和發(fā)酵時(shí)間長等問題。
廚余垃圾厭氧消化中存在的問題
廚余垃圾的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，C/N符合厭氧消化的要求，但是總結(jié)近年國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，廚余垃圾的厭氧消化仍然面臨許多問題：
1)廚余垃圾的顆粒較大，且其中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)，如木質(zhì)素和角蛋白在厭氧條件下幾乎不可生物降解，而化合物如木質(zhì)纖維素和細(xì)胞壁雖可生物降解，卻很難被生物利用，這些因素都會減慢廚余垃圾的水解速度，延長厭氧消化的停滯時(shí)間。
2)與產(chǎn)酸菌相比，產(chǎn)甲烷菌的世代時(shí)間長，通常細(xì)菌每20分鐘繁殖一代，產(chǎn)甲烷細(xì)菌則需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。因此消耗有機(jī)酸的能力有限，且易受環(huán)境因素波動和重金屬等有毒物質(zhì)的影響，故當(dāng)系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，VFAs的產(chǎn)生和消耗不平衡，易有系統(tǒng)酸化的情況出現(xiàn)。另外，廚余垃圾的蛋白質(zhì)含量較高時(shí)，厭氧消化系統(tǒng)經(jīng)常面臨氨氮抑制的問題，抑制厭氧微生物的活性，使得系統(tǒng)產(chǎn)氣效率降低。
3)在產(chǎn)甲烷階段，乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌發(fā)揮主要作用，將乙酸脫羧分解成為CH4和CO2，而氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌將H2作為電子供體，CO2作為電子受體，生成CH4和H2O。但是，廚余垃圾厭氧消化產(chǎn)生的沼氣中CH4只占40%～70%，剩下的大部分是CO2，少量的H2S和其他雜質(zhì)，所以產(chǎn)物沼氣熱值低。
廚余垃圾中的有機(jī)物通常以顆粒物形式存在，且成分復(fù)雜，包含木質(zhì)纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)物，水解過程緩慢，是廚余垃圾厭氧消化的限速步驟。
物理、化學(xué)、生物等預(yù)處理方法可減小廚余垃圾顆粒物的尺寸、破壞大分子難降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，加速水解，縮短厭氧消化停滯時(shí)間，提高甲烷產(chǎn)量。
物理預(yù)處理方法包含超聲波、熱處理、凍融和微波處理等手段。
化學(xué)手段主要是酸或堿預(yù)處理和臭氧氧化預(yù)處理，用于提高有機(jī)垃圾厭氧消化沼氣產(chǎn)率已得到廣泛的研究。其中臭氧發(fā)生裝置耗電量較大，操作成本較高，處理后強(qiáng)化產(chǎn)生的生物甲烷不足以補(bǔ)償臭氧發(fā)生器能耗，且操作危險(xiǎn)系數(shù)高，故近年來研究較少。
生物預(yù)處理的本質(zhì)是酶預(yù)處理。酶預(yù)處理即通過外加酶的方式加速廚余垃圾水解的過程，包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶等。酶預(yù)處理是預(yù)處理方法中有前景的發(fā)展方向，未來應(yīng)向降低成本方向研究。
參考資料：
[1]厭氧消化_百度百科 (baidu.com)
[2]餐廚垃圾處理技術(shù)路線及案例分享！-中國固廢網(wǎng) (solidwaste.com.cn)
[3]餐廚垃圾厭氧消化處理經(jīng)歷的幾個階段 (baidu.com)
[4]廚余垃圾厭氧消化處理難點(diǎn)及調(diào)控策略分析-工程中心 (lyun.edu.cn)
文章來源：微信公眾號-垃圾分類站
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