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有机固体废弃物干法厌氧发酵技术

2013-03-06 15:01 环卫科技网 钟志堂 朱虹

  发酵是借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动制备微生物菌体本身,或其直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有好氧发酵和厌氧发酵之分,好氧发酵是利用需氧微生物进行的发酵生产,其特点是在发酵过程中需不断供给氧气(或空气),以满足微生物呼吸代谢;厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下,通过细菌作用进行生物质的分解。
  厌氧发酵的原料几乎都是不溶性的有机大分子,只有通过水解酶把它们分解成较小的分子后才能被产氢产乙酸菌和产甲烷菌利用,最终产生甲烷。目前普遍认为厌氧发酵主要分为3个阶段:第一阶段为水解性细菌产生水解酶把非水溶性大分子的碳水化合物、脂肪和蛋白质等水解成可溶性的较小分子化合物的过程;第二阶段为产氢产酸阶段;第三阶段为产甲烷菌利用降解产物产生甲烷的过程。
  有机固体废弃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。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。近年来,干法厌氧发酵技术作为有机固体废弃物能源化处置的有效途径已逐渐成为世界各国固体废弃物资源化技术研究的热点,而我国对干法厌氧发酵技术研究较少。
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。底物C/N比值影响产气量,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。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。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。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。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弃物,底物水解是限制其厌氧发酵过程的主要因素。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。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。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。预处理温度越高,固体减少量越多,甲烷产量越高。
1.2.2化学预处理
  化学预处理可以促进复杂有机物质降解转变为易于物降解的小分子物质,从而提高产气效率。通常有酸、碱和氧化等方法。稀酸预处理可以显著促进纤维素水解,已经成功用于木质纤维原料预处理。

来源:农业装备技术

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