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有机固废厌氧消化技术研究论文摘要厌氧消化技术能够实现废弃物污染防治和综合利用的双重目标是有机固废处理与处置的趋势。对厌氧消化技术处理有机固废的微生物学机理、因素以及消化工艺的进展进行了综述。关键词厌氧消化有机固体废物两相消化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的可持续发展具有重要意义。有机固体废物处理的很多。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。但在国内尽管早有小型沼气池的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H2、CH3000H、CH3CH2OH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H2、HCO3－、CH3COOH。同型产乙酸细菌将H2、HCO3－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CH4和CO2利用H2还原CO2成CH4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。2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。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。2.2温度有机固废厌氧消化一般在中温或高温下进行中温的最佳温度为35℃左右高温为55℃左右。Ghosh等利用厌氧消化处理垃圾衍生燃料(RDF)对比了单相式和两相式反应器的处理效果发现在传统单相式反应器中高温(55℃)比常温(35℃)消化的甲烷产量仅提高7％；RDF粒径从2.1mm降至1.1mm在中温消化下对甲烷产量无明显影响但当反应条件转变为高温消化时甲烷产量可提高14％。高温消化可以比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反应器容积。然而高温消化所需热量多运行也不稳定。最近有研究表明厌氧消化在65℃时水解活性可进一步提高。还有将超高温水解作为一个专门的反应器对厌氧消化进行处理研究。高温可以比中温产能多但高温需要更多的能量在实际情况中加热所需的能量往往与多产出的能量差不多。虽然沼气产量和生物反应动力学都表明高温消化更有优势但理想的条件决定于底物类型和使用的系统情况。2.3pH值产甲烷菌对pH值的要求非常严格pH值的微小波动有可能导致微生物代谢活动的终止。在发酵初期由于产生大量有机酸若控制不当容易造成局部酸化延长发酵周期进而破坏整个反应体系。