有机固体废物干法厌氧发酵技术研究综述

有机固体废物干法厌氧发酵技术研究综述

叶小梅1, 2 ,常志州1①(1. 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,江苏南京210014; 2. 南京农业大学资源与环境

科学学院,江苏南京210095)

摘要: 干法厌氧发酵技术作为有机固体废物能源化与处置的有效途径,近年来已逐渐成为世界各国农业固体废物资源化技术研究的热点。综述了国内外有关有机固体废物干法厌氧发酵处理技术研究现状,并展望了农业固体废物干法厌氧发酵技术的发展趋势。

关键词: 有机固体废物; 干法厌氧发酵; 处理技术

中图分类号: X705 文献标识码: A 文章编号: 1673 - 4831 (2008) 02 - 0076 - 04

Sta te of Arts and Perspective of Dry Anaerob ic D igestion of Organ ic SolidWa ste1YE X iao2m ei1, 2 , CHANG Zhi2zhou1 ( 1. Institute of

Agricultural Resource and Environmental Sciences, J iangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2. College of Re2

source and Environmental Sciences,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095, China)

Abstract: As the technology of dry anaerobic digestion of organic solid waste is an effective app roach to the disposing and recycling of or2

ganic solid waste as energy, it has become a hot spot of the

research on this technology all over the world. A review of the status quo of the

research on the technology of dry anaerobic digestion of organic solid waste inside and outside the country has been p resented, and an out2

look of the development of the technology has been given.

Key words: organic solid waste; dry anaerobic digestion; disposal technique

有机固体废物的厌氧发酵依据总固体( TS)含量高低分为湿发酵和干发酵。干法厌氧发酵是指TS 质量分数20%～50%的厌氧发酵处理工艺。与湿法工艺相比,干法工艺具有明显的优势:

(1)可以适应各种来源的固体有机废弃物;

(2)运行费用低,并提高了容积产能能力;

(3)需水量低或不需水,节约水资源;

(4)产生沼液少,废渣含水量低,后续处理费用低;

(5)运行过程稳定,无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题;

(6)减少了臭气排放,等等[ 1 ]。

国外对干法厌氧发酵的研究始于20世纪80年代有关污泥的卫生填埋,之后主要集中于城市垃圾的处理。在欧洲,每年用于处理城市垃圾的干法厌氧发酵装置的总处理能力已达到57 ×106 t,超过湿法工艺装置总处理能力(48 ×106t) [ 2 ]。世界上第1个以能源作物为底物的连续干发酵沼气厂已在德国建成并正式投产[ 3 ] 。

我国对干法厌氧发酵技术研究较少,至今仅有数家利用

垃圾填埋场所产沼气发电的企业。据孙永明等[ 4 ]报道,我国

每年产生的农业固体废弃物高达几十亿t,如果将其1 /3用

于厌氧发酵,每年可获得1 000 亿m3沼气[ 5 ] ,相当于2. 3 亿

t标煤,约是我国现在年煤产量的10%。因此,将国内外有关

有机固体废弃物干法厌氧发酵处理技术研究与示范工程等

资料作一综述,为开展我国农业固体废弃物干法厌氧发酵技

术研究提供借鉴与参考。

1 影响干法厌氧发酵过程的主要因素

1. 1 底物组成

因可生化降解性不同,不同的底物沼气产量相差很大,甚至相差40%以上[6]。此外,底物C/N比值也影响产气量,C/N比值太高,微生物所需氮量不足,且消化液缓冲能力降低; C /N比值太低,含氮量过多,有机物分解受到抑制。众多研究结果表明,厌氧发酵底物C/N比值以20～30为宜,过高与过低均会影响底物产气量或产气速率[ 7 ]。底物中木质纤维素含量影响底物的可生化降解性,进而影响产气潜力[ 8 ]。此外,采用多种底物混合发酵可获得更高的产气效率,同时也为沼渣的后续处理与利用带来方便。PARAW IRA 等 [ 9 ]将番茄残体与甜菜叶按不同比例混合,进行干法厌氧发酵,当番茄残体与甜菜叶质量比为24∶16时,与单一的番茄残体相比, 甲烷产气量可提高31% ～62%。MSHANDETE等[ 10 ]将剑麻果浆与鱼加工废弃物混合进行厌氧发酵,结果表明混合发酵的单位挥发性固体(VS)所产甲烷量比单一原料提高了近100%。LEHTOM等[ 11 ]用不同秸秆与粪便混合,当秸秆比例为30%时,与单一粪便发酵相比,沼气产量提高了16%～85%。WEILAND[ 12 ]在综述德国厌氧消化技术发展现状与趋势后指出,混合厌氧发酵以及优化混

合原料组合将是重要的发展方向。

1. 2 底物预处理

对于固体含量高的有机废物,底物水解是限制其厌氧消基金项目:江苏省农业自主创新项目; 江苏省农业科学院基金项目

(6110616)

收稿日期: 2007- 11- 27

①通讯联系人

生态与农村环境学报

2008, 24 (2) : 76 - 79, 96

Journal of Ecology and Rural Environm ent

化过程的主要因素。底物水解速率除受自身生物可降解性、C /N比值等影响外,还受底物物理结构、性状以及它们与水解酶接触难易程度等影响[ 13 ]。底物比表面积大、底物与酶接触容易等均会提高水解速率,加速产气速率[ 14 ]。因此采取减少底物颗粒直径、改善底物与酶的亲和能力等预处理技术,可以提高底物水解速率与产气量。

1. 2. 1 物理预处理

物理预处理通过减小物料粒径、改变物料晶体结构、使微生物/酶与底物有效接触而促进消化进程,主要有切碎、研磨、浸泡、冷冻、超声波、蒸汽爆破、脉冲等方法。MSHANDET等[ 15 ]采用批次厌氧发酵工艺研究了2～100 mm粒径剑麻纤维废弃物对总纤维物质降解量以及甲烷产量的影响,结果表明,当粒径从100 mm减小到2 mm,厌氧发酵过程中总纤维降解量从31%提高到70% ,甲烷产量增加了23% , 1 kg总VS产甲烷量由0. 18 m3 提高到0. 22 m3。VOGT等[ 16 ]采用蒸气加压力爆碎的方法处理纤维素、木质