浅谈干式厌氧发酵技术

浅谈干式厌氧发酵技术

作者：于琪

来源：《农村经济与科技》2016年第07期

[摘要]用干式厌氧发酵技术处理有机固体废弃物，有效减少污染，又符合能源、环境、经济的可持续发展理念，采用干式厌氧发酵技术实现了有机固体废弃物的能源化利用，因此干式厌氧发酵技术引起了人们关注。介绍了干式厌氧发酵技术的原理、影响因素。

[关键词]干式厌氧发酵；原理；影响因素

[中图分类号]X70 [文献标识码]A

引言

我国快速发展的工业，产生极大能源消耗，能源的可持续发展理念亟需实现。在这样的背景下，干式厌氧发酵技术成为了研究热点。干式厌氧发酵技术处理有机固体废弃物更是全面贯彻可持续发展理念。处理时产生的沼气属清洁能源，不会造成环境的二次污染。

厌氧发酵时处理的有机固体废弃物的总固体浓度（TS）大于20%时属干式厌氧发酵，小于10%属于湿式厌氧发酵，介于10%-20%之间的属半干式厌氧发酵。干式厌氧发酵的沼液和沼渣产生量较少，且承受负荷能力强，这些优势促进了该工艺的推广和发展。干式厌氧发酵工艺还可按照反应温度划分成常温（室温）发酵，中温（35-40℃）发酵、高温（55℃）发酵。干式厌氧发酵技术进行时，功能微生物是兼性厌氧和专性厌氧微生物，它们联合作用，最终产生二氧化碳和甲烷等气体，实现生物质再次利用，达到能源再生的目的。

1厌氧发酵原理

厌氧发酵在厌氧条件下进行。兼性和专性厌氧微生物利用有机物产生沼气需要经过三阶段，就是著名的“三阶段厌氧发酵理论”。第一阶段是水解阶段，在这一阶段，厌氧菌将不溶于水的有机质降解为可溶于水的有机质；第二阶段是产酸阶段，已经溶于水的有机质被进一步降解，生成醋酸等有机酸；第三阶段是产甲烷阶段，甲烷菌进一步产生CO2、CH4等气体。发酵底物、中间产物的组成和浓度等因素相互影响相互牵制，反应过程逐渐达到稳定状态。生物质在厌氧发酵过程中发生的反应十分复杂，需要找出主要影响因素和参数，来准确把握生物质厌氧发酵实际工程应用的设计和运行。

2干式厌氧发酵技术的影响因素

2.1温度和pH

在许多物理化学反应中，温度和pH是首要考虑的反应条件。温度与有机物分解进程有着密切联系，温度直接影响着反应速率，因为温度直接影响酶的活性。在一定温度范围内，温度越高，微生物代谢活动越快，相应的，有机物分解越快。在干式厌氧发酵技术实际应用中，选用温度较低时所需能耗少，但温度不稳定，易受外界环境影响，温度较高时生物和化学反应速率较快，效率高，但能耗大。研究显示，中温厌氧发酵比高温厌氧发酵反应更稳定，但高温厌氧发酵的发酵结果更好。

厌氧发酵系统的功能微生物种类多样性高，不同功能微生物的适宜pH范围不同，干式厌氧发酵反应的适宜pH以最敏感的功能菌为准。其中产甲烷菌对pH的要求程度最高，以6.5-7.2为宜，对pH变化非常敏感。在厌氧发酵体系中，有些微生物在适宜的pH范围内也会有产物的变化。

2.2底物的预处理

发酵底物的预处理，直接关系到发酵时间以及产气率。目前比较常用的预处理技术有机械预处理法、热预处理法、化学预处理法和生物预处理法。机械和热预处理法比较好理解，就是利用机械破碎、切割、研磨、震荡或高温加热的手段进行预处理，以改变底物的物理形态。化学预处理法旨在向有机物质中投加氧化或还原物质，包括酸、碱预处理法，臭氧氧化预处理法，高级氧化预处理法。适当的预处理手段能够提高反应效率，机械预处理法中的挤压预处理就被证明能够有效的提高甲烷产量。另外，还有超声波和微波预处理法，有研究人员利用橄榄果渣和污水污泥作为底物进行超声波和微波预处理，发现超声波和微波预处理法对甲烷产量有着显著提升效果。再次证明了适当的预处理能够有效提升反应效率。生物预处理法主要利用酶等物质预先水解底物，所需能耗低，无二次污染等优势。

2.3其他因素

厌氧发酵底物的种类以及碳氮比对产气率的影响非常可观，所以需要对发酵底物进行元素分析。研究表明，底物碳氮比在20到30为宜，碳氮比过高，发酵过程容易积累有机酸，碳氮比过低，会抑制有机物的正常分解，同时会产生大量NH3，抑制产甲烷菌的活性。

功能微生物的选择，浓度的调节都对处理效果有着影响。同样浓度的功能微生物，需处理有机固体废弃物的量也有要求，过高容易发生酸抑制，过低浪费资源，处理效率低。在干式厌氧发酵的启动阶段，容易发生酸抑制，通常是添加的有机固体废弃物的量过高，导致大量有机酸积累，而搅拌可有效避免这一现象发生，还能够促进物料与微生物的充分接触，提高反应效率。在实际应用过程中，除了考虑上述因素的影响，还需尽量降低运行成本，提高经济效益。