科普|垃圾處理技術之厭氧消化
來源：www.rjnc.com.cn 發布時間：2022年07月09日
什么是厭氧消化？
厭氧消化指有機質在無氧條件下，由兼性菌和厭氧細菌將可生物降解的有機物分解為CH4、CO2、H2O和H2S的消化技術。
厭氧消化過程可分成水解、酸化、產乙酸和產甲烷四個階段。
優點：
①無害化程度高，且具有高的有機復合承擔能力;
②有機質利用充分，其在實現垃圾資源化的同時，符合國家能源政策;
③z大化的回收餐廚垃圾中的油脂，提純或加工為工業原料，同時杜絕廢棄油脂返回餐桌。
缺點：
①工程占地大、投資高、 工藝復雜和發酵時間長等問題。
廚余垃圾厭氧消化中存在的問題
廚余垃圾的營養物質豐富，C/N符合厭氧消化的要求，但是總結近年國內外文獻發現，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，且其中復雜的有機質，如木質素和角蛋白在厭氧條件下幾乎不可生物降解，而化合物如木質纖維素和細胞壁雖可生物降解，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間。
2)與產酸菌相比，產甲烷菌的世代時間長，通常細菌每20分鐘繁殖一代，產甲烷細菌則需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。因此消耗有機酸的能力有限，且易受環境因素波動和重金屬等有毒物質的影響，故當系統有機負荷較高時，VFAs的產生和消耗不平衡，易有系統酸化的情況出現。另外，廚余垃圾的蛋白質含量較高時，厭氧消化系統經常面臨氨氮抑制的問題，抑制厭氧微生物的活性，使得系統產氣效率降低。
廚余垃圾中的有機物通常以顆粒物形式存在，且成分復雜，包含木質纖維素、蛋白質、脂肪等大分子有機物，水解過程緩慢，是廚余垃圾厭氧消化的限速步驟。
物理、化學、生物等預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物的結構，加速水解，縮短厭氧消化停滯時間，提高甲烷產量。
物理預處理方法包含超聲波、熱處理、凍融和微波處理等手段。
化學手段主要是酸或堿預處理和臭氧氧化預處理，用于提高有機垃圾厭氧消化沼氣產率已得到廣泛的研究。其中臭氧發生裝置耗電量較大，操作成本較高，處理后強化產生的生物甲烷不足以補償臭氧發生器能耗，且操作危險系數高，故近年來研究較少。
生物預處理的本質是酶預處理。酶預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。酶預處理是預處理方法中有前景的發展方向，未來應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]餐廚垃圾處理技術路線及案例分享！-中國固廢網 (solidwaste.com.cn)
[3]餐廚垃圾厭氧消化處理經歷的幾個階段 (baidu.com)
[4]廚余垃圾厭氧消化處理難點及調控策略分析-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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厭氧消化指有機質在無氧條件下，由兼性菌和厭氧細菌將可生物降解的有機物分解為CH4、CO2、H2O和H2S的消化技術。
厭氧消化被廣泛應用于污水畜禽糞便和城市有機廢棄物處理等方面沼氣工程技術有可以實現循環經濟發展、環境保護、減少溫室氣體排放和生產可再生能源等目標。
餐廚垃圾厭氧消化技術路線圖
厭氧消化的基本原理？厭氧消化過程可分成水解、酸化、產乙酸和產甲烷四個階段。
水解階段廚余垃圾中的碳水化合物、蛋白質和脂肪等懸浮顆粒有機質被微生物水解成如多糖、多肽和有機酸等可溶有機質；酸化階段短鏈有機質被產酸菌降解成如葡萄糖、氨基酸、VFAs(揮發性脂肪酸)、NH3和H2S等；乙酸化階段葡萄糖和氨基酸被產乙酸菌利用生成乙酸、H2和CO2；甲烷化階段產甲烷菌將乙酸、H2轉化成CH4和CO2。
厭氧消化四階段
厭氧消化的優缺點？優點：
①無害化程度高，且具有高的有機復合承擔能力;
②有機質利用充分，其在實現垃圾資源化的同時，符合國家能源政策;
③z大化的回收餐廚垃圾中的油脂，提純或加工為工業原料，同時杜絕廢棄油脂返回餐桌。
缺點：
①工程占地大、投資高、 工藝復雜和發酵時間長等問題。
廚余垃圾厭氧消化中存在的問題
廚余垃圾的營養物質豐富，C/N符合厭氧消化的要求，但是總結近年國內外文獻發現，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，且其中復雜的有機質，如木質素和角蛋白在厭氧條件下幾乎不可生物降解，而化合物如木質纖維素和細胞壁雖可生物降解，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間。
2)與產酸菌相比，產甲烷菌的世代時間長，通常細菌每20分鐘繁殖一代，產甲烷細菌則需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。因此消耗有機酸的能力有限，且易受環境因素波動和重金屬等有毒物質的影響，故當系統有機負荷較高時，VFAs的產生和消耗不平衡，易有系統酸化的情況出現。另外，廚余垃圾的蛋白質含量較高時，厭氧消化系統經常面臨氨氮抑制的問題，抑制厭氧微生物的活性，使得系統產氣效率降低。
3)在產甲烷階段，乙酸營養型產甲烷菌發揮主要作用，將乙酸脫羧分解成為CH4和CO2，而氫營養型產甲烷菌將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，所以產物沼氣熱值低。
廚余垃圾中的有機物通常以顆粒物形式存在，且成分復雜，包含木質纖維素、蛋白質、脂肪等大分子有機物，水解過程緩慢，是廚余垃圾厭氧消化的限速步驟。
物理、化學、生物等預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物的結構，加速水解，縮短厭氧消化停滯時間，提高甲烷產量。
物理預處理方法包含超聲波、熱處理、凍融和微波處理等手段。
化學手段主要是酸或堿預處理和臭氧氧化預處理，用于提高有機垃圾厭氧消化沼氣產率已得到廣泛的研究。其中臭氧發生裝置耗電量較大，操作成本較高，處理后強化產生的生物甲烷不足以補償臭氧發生器能耗，且操作危險系數高，故近年來研究較少。
生物預處理的本質是酶預處理。酶預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。酶預處理是預處理方法中有前景的發展方向，未來應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]餐廚垃圾處理技術路線及案例分享！-中國固廢網 (solidwaste.com.cn)
[3]餐廚垃圾厭氧消化處理經歷的幾個階段 (baidu.com)
[4]廚余垃圾厭氧消化處理難點及調控策略分析-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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