餐廚垃圾兩相厭氧消化制沼氣研究進(jìn)展

譚文英，許 勇，王述洋

(1.東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040; 2.東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

厭氧消化技術(shù)在處理有機(jī)垃圾過(guò)程中耗能低，操作簡(jiǎn)便，效率高，產(chǎn)生新能源，被認(rèn)為是最可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)之一。 厭氧消化大致可分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷二個(gè)階段，產(chǎn)酸階段主要是水解和發(fā)酵菌將復(fù)雜的有機(jī)物分解并降解為各種有機(jī)酸、醇類(lèi)等簡(jiǎn)單有機(jī)物;產(chǎn)甲烷階段主要是產(chǎn)甲烷菌將部分簡(jiǎn)單有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4和。基于發(fā)酵的產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷代謝過(guò)程和反應(yīng)器級(jí)數(shù)，可將發(fā)酵工藝分為單相工藝和兩相工藝。傳統(tǒng)的厭氧消化工藝為單相工藝，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在單相反應(yīng)器內(nèi)完成水解產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷過(guò)程。因其工藝簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較低等，應(yīng)用十分廣泛。但是，單相發(fā)酵過(guò)程不能提供產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌最佳的生長(zhǎng)條件和工作條件，產(chǎn)氣效率和容積負(fù)荷率較低。同時(shí)產(chǎn)酸菌代謝較快，容易引起酸積累，系統(tǒng)的抗沖擊性能較差。［2］兩相發(fā)酵過(guò)程把水解酸化階段和產(chǎn)甲烷階段分離開(kāi)來(lái)，彌補(bǔ)了單相工藝的不足，提高了產(chǎn)氣率、容積負(fù)荷率和反應(yīng)器的處理效率，已成為發(fā)展的新方向。

1 兩相工藝發(fā)展過(guò)程

兩相厭氧消化技術(shù)始于上世紀(jì)50年代，Babbitt和Bauman于1958年首次提出沼氣發(fā)酵在工藝上可分段進(jìn)行［3］。1971年，Ghosh和Pohland等通過(guò)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行兩相厭氧消化處理研究取得了成功，開(kāi)發(fā)出了兩相厭氧消化工藝［4］。此后到80年代中期，研究者主要研究實(shí)現(xiàn)相分離的動(dòng)力學(xué)方法、兩相微生物的生理生態(tài)特性及產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的一些主要參數(shù)。80年代中期以后，國(guó)內(nèi)外兩相厭氧工藝主要用于高濃度有機(jī)污水處理，并獲得了大量的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入90年代，隨著對(duì)厭氧消化機(jī)理研究的不斷深入和微生物學(xué)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究者開(kāi)始研究畜禽糞便［5－6］、水果蔬菜垃圾［7］、青草廢棄物［8］、城市污泥［9］、農(nóng)作物秸稈［10］等固體有機(jī)廢物方面的產(chǎn)沼氣效果和新式反應(yīng)器［11］的研究。

孔子所主張的禮是由主體道德自我的實(shí)踐到社會(huì)道德體系建構(gòu)的發(fā)展，不僅是對(duì)仁的培養(yǎng)與擴(kuò)充的過(guò)程，也是由倫理到政治的轉(zhuǎn)換?；趯?duì)社會(huì)的穩(wěn)定性的考慮，需要各行其是，進(jìn)而形成彼此協(xié)調(diào)的社會(huì)生活整體。因而，禮的內(nèi)容已經(jīng)不僅僅包括對(duì)個(gè)人行為的規(guī)范，而且還包括對(duì)社會(huì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。其主要有以下兩個(gè)方面：一.仁對(duì)每個(gè)人有統(tǒng)一的和共同的內(nèi)容要求，所以社會(huì)的建設(shè)具有統(tǒng)一性；二.仁在外化或培養(yǎng)與擴(kuò)充這一過(guò)程中又會(huì)因人而異，所以又具有差異性，而這差異性的方面，主要體現(xiàn)于孔子對(duì)社會(huì)等級(jí)的劃分。

2 餐廚垃圾特性

餐廚垃圾是指居民日常生活及食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動(dòng)中產(chǎn)生的食物加工下腳料(廚余垃圾)和剩飯剩菜(餐余垃圾)等垃圾，包括食用油、蔬菜、果皮、果核、米面、肉食、骨頭等，此外還包括有少量的廢餐具、牙簽及餐紙［12－13］。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快和居民生活水平的提高，餐廚垃圾的產(chǎn)量逐年增加。餐廚垃圾已是國(guó)內(nèi)城市有機(jī)垃圾的主要組成部分［14］，在我國(guó)主要城市有機(jī)垃圾中所占比例為37%～62%［1］。餐廚垃圾以淀粉、食物纖維類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等有機(jī)物質(zhì)為主要成分，同時(shí)也含有氮、磷、鉀、鈣等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)及各種微量元素，具有高油脂、高鹽分、高水分、高有機(jī)質(zhì)含量以及易腐發(fā)臭、易酸化、易生物降解等特點(diǎn)［15－16］。同時(shí)還表現(xiàn)出高含鹽量(濕基:0.8%～1.5%)，游離態(tài)脂肪比重大(干基:20%～30%)，含水率高(65%～95%)。由于不宜直接填埋和焚燒［17－18］，如何處理餐廚垃圾已成為我們面臨的新問(wèn)題。雖然少數(shù)城市已經(jīng)采取了治理措施，但無(wú)論從技術(shù)還是管理上，還僅是起步階段，存在著不足［19］。餐廚垃圾無(wú)害化、資源化處理已成為新的研究方向。餐廚垃圾厭氧消化制取沼氣是一種很好的解決方法，越來(lái)越受到人們重視，經(jīng)多年的探索和發(fā)展，無(wú)論是單相還是兩相厭氧技術(shù)，均取得了很大的進(jìn)步。

2017年，盛慶余所在的高一化學(xué)教研組共有6位老師，其中有4位老師都在53歲以上，還有兩位是剛參加工作不久的年輕教師。作為教研組組長(zhǎng)，盛慶余制定教研組工作計(jì)劃，側(cè)重教研組建設(shè)，以抓基礎(chǔ)知識(shí)、抓主干知識(shí)、抓規(guī)范答題為主。經(jīng)過(guò)一學(xué)期的努力，在2017年7月新疆“普通高中學(xué)業(yè)水平考試”中，七師高級(jí)中學(xué)化學(xué)成績(jī)的合格率為99.6%，優(yōu)秀率為70.8%，創(chuàng)學(xué)校學(xué)科新高，由于成績(jī)突出，高一化學(xué)教研組被評(píng)為?！跋冗M(jìn)教研組”。

結(jié)構(gòu)價(jià)值圖(The hierarchical value map，HVM)是常用于表現(xiàn)A-C-V階梯結(jié)構(gòu)聯(lián)系的圖形分析方法[19]509?；凇癆-C”“C-V”關(guān)系矩陣，用圓圈表示各個(gè)層次的維度(元素)，圓圈的面積大小與圓圈輪廓粗細(xì)表示該元素被關(guān)注的程度，即被提及的次數(shù)。用4種粗細(xì)的線條表示“A-C-V”之間聯(lián)系的強(qiáng)弱程度，線條越粗，則表明聯(lián)系越強(qiáng)，反之，越弱。本文按照“受訪總?cè)藬?shù)*5%=5”設(shè)置 Cut-Off值[25]139，剔除聯(lián)系小于5的價(jià)值鏈，生成如下結(jié)構(gòu)價(jià)值圖(如圖3所示)。游客對(duì)于大峽谷村游客中心屬性、使用結(jié)果、使用目的3個(gè)層次的價(jià)值感知存在一定層次關(guān)系。

3 餐廚垃圾兩相厭氧消化的優(yōu)勢(shì)

微生物中產(chǎn)酸菌的繁殖時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)酸速率高于產(chǎn)甲烷菌降解酸的速率，兩相厭氧消化工藝能夠?yàn)樗鼈兲峁┳罴训纳L(zhǎng)和代謝環(huán)境，使它們能夠發(fā)揮各自最大的活性，大大提高它們的消化處理能力和效率［20］。

餐廚垃圾具有高油脂、高水分、高有機(jī)質(zhì)含量的特點(diǎn)，采用單相工藝處理，一旦負(fù)荷率升高，易產(chǎn)生酸敗現(xiàn)象。一旦發(fā)生酸敗，恢復(fù)正常運(yùn)行需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而兩相厭氧消化工藝將產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌分別置于2個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，不僅便于控制，而且產(chǎn)酸相的有機(jī)負(fù)荷率高，緩沖能力強(qiáng)。沖擊負(fù)荷造成的酸積累不會(huì)對(duì)產(chǎn)酸相有明顯的影響，也不會(huì)對(duì)后續(xù)的產(chǎn)甲烷相造成危害。能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

產(chǎn)酸菌的水解酸化作用，能夠?qū)㈦y降解有機(jī)物質(zhì)水解成小分子物質(zhì)，大大降低餐廚垃圾中的懸浮固體濃度，也能夠解除或降低水中的有毒物質(zhì)的毒性。不僅為產(chǎn)甲烷菌提供適宜的基質(zhì)，解決懸浮物質(zhì)引起的厭氧反應(yīng)器的堵塞問(wèn)題，還能夠避免對(duì)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的抑制和毒害作用，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性［21］。綜上所述，餐廚垃圾采用兩相厭氧消化工藝處理具有很大的優(yōu)勢(shì)，能夠得到滿意的處理效果。

從2014年提出“133”品牌戰(zhàn)略，到單獨(dú)成立茅臺(tái)醬香酒公司，茅臺(tái)醬香系列酒開(kāi)始走出一條獨(dú)具特色的發(fā)展之路。

4 餐廚垃圾兩相厭氧消化研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于餐廚垃圾厭氧消化制沼氣研究的報(bào)道很多，但大多數(shù)采用的是單相工藝。兩相厭氧技術(shù)因其消化達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間短，可承受的有機(jī)負(fù)荷更高，出水COD濃度低，單產(chǎn)和累積甲烷產(chǎn)量高，運(yùn)行參數(shù)變化幅度小，系統(tǒng)抵抗外界沖擊的能力強(qiáng)、周期短等特點(diǎn)［22－23］，越來(lái)越受到人們重視。餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程與其他有機(jī)物質(zhì)厭氧消化一樣，會(huì)受到溫度、pH、有機(jī)負(fù)荷、水力停留時(shí)間等因素的影響。

他是中國(guó)最早一批為公眾所知的侍酒師，從參加第一個(gè)侍酒師認(rèn)證開(kāi)始，他就堅(jiān)定地選擇了一直走向MS的路徑，這樣清晰的目標(biāo)，至少我在圈內(nèi)是很少見(jiàn)的，十年堅(jiān)定不移的堅(jiān)持，更是少之又少。

4.1 溫度

研究者對(duì)高溫消化和中溫消化工藝在有機(jī)物處理中的利弊作了大量的研究。Park Yong Jin等［26］發(fā)現(xiàn)在高溫條件下，當(dāng)SRT＞2 d，OLR＜146 g COD/ (L·d)時(shí)，日本的餐廚垃圾取得了較好的酸化效果。Nimmrichter等［27］研究表明，停留時(shí)間為7 d，高溫(55℃)處理比中溫(37℃)處理更穩(wěn)定，甲烷產(chǎn)量約提高10%。Ghosh等［28］使用傳統(tǒng)的高效反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)高溫55℃處理只比中溫35℃時(shí)甲烷產(chǎn)量提高了7%。張光明［29］卻認(rèn)為，中溫時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，所需熱量少，便于管理;高溫運(yùn)行不穩(wěn)定，所需熱量也多。此外，高溫條件下游離氨的濃度比中溫時(shí)高，游離氨的毒性更強(qiáng)，微生物對(duì)于氨氮抑制的耐受力也變差［30］。Lim Seong Jin等［31］認(rèn)為韓國(guó)餐廚垃圾在溫度為35℃，HRT為8 d、OLR為9 gTS/(L·d)、pH為6.0時(shí)酸化效果最好。高溫發(fā)酵需要外界持續(xù)提供能量，雖然高溫發(fā)酵工藝代謝速率、有機(jī)質(zhì)去除率和致病細(xì)菌的殺滅率均比中溫厭氧消化工藝高，但高溫發(fā)酵毒性抑制物毒害作用大，受抑制后不容易恢復(fù)正常;發(fā)酵罐體及管路對(duì)材料要求高，運(yùn)行復(fù)雜，可靠性低［32］。所以高溫發(fā)酵工藝并沒(méi)有得到普及。

Myungyeol Lee等［24］在35℃、55℃和65℃下對(duì)餐廚垃圾和活性污泥混合物進(jìn)行了兩相消化對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸段物料降解速率在65℃時(shí)最高，35℃時(shí)最低。

趙杰紅等［25］研究了餐廚垃圾在25℃、37℃、40℃、50℃時(shí)的水解率、VFA產(chǎn)量和速率、有機(jī)酸的組成和乳酸產(chǎn)量。確定餐廚垃圾水解酸化過(guò)程的最優(yōu)溫度為37℃。認(rèn)為溫度對(duì)水解和酸化過(guò)程均有較大影響，在小于37℃時(shí)水解率和酸化率均隨溫度升高而增加，37℃時(shí)獲得最大的VFA濃度，達(dá)34.4 g/L;超過(guò)37℃后，酸化率下降而水解率繼續(xù)增加，50℃時(shí)獲得最大水解率，為82%。VFA中以甲酸和乙酸為主，丙酸和丁酸含量較少，乳酸濃度一直較高。

pH值也是厭氧消化的重要影響因素之一。產(chǎn)甲烷菌的最適宜pH值范圍是6.5～7.8，產(chǎn)酸菌需要的pH值偏低一點(diǎn)，一些產(chǎn)酸菌在pH值小于5.0時(shí)仍可生長(zhǎng)。pH值的控制對(duì)產(chǎn)甲烷階段尤為重要。目前在實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際工程中，采用動(dòng)力學(xué)控制結(jié)合產(chǎn)酸相反應(yīng)器pH值調(diào)整的方法，在兩相厭氧消化過(guò)程中，兩相使用不同的pH值，使產(chǎn)酸過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程分別在最佳的條件下進(jìn)行，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)相的分離。

有機(jī)垃圾厭氧消化過(guò)程受溫度的影響，不同溫度下微生物的活性不一樣，厭氧消化效果也不同。另外，微生物厭氧降解和消化過(guò)程都會(huì)受到溫度波動(dòng)的影響，產(chǎn)甲烷菌比產(chǎn)酸菌對(duì)溫度的變化更為敏感。溫度波動(dòng)會(huì)抑制消化速度，甚至?xí)?dǎo)致停止產(chǎn)氣。在微生物厭氧消化運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)反應(yīng)溫度的精確控制尤為重要，其溫度波動(dòng)范圍一般不宜超過(guò)±2℃。

工藝選定后，設(shè)備的選型在很大程度上會(huì)影響工藝的運(yùn)行情況和實(shí)際的處理效果?？刂葡到y(tǒng)決定著工藝的自動(dòng)化程度和反應(yīng)的正常運(yùn)行。H.Bouallagui等［7］采用兩相ASBR反應(yīng)器處理果蔬廢水，最終COD去除率達(dá)96%，出水COD小于1 500 mg/L，可溶性SCOD小于400 mg/L，甲烷產(chǎn)率為320 L/kg-COD。

4.2 pH

威特金不信任既有的規(guī)范，有意識(shí)地對(duì)其提出質(zhì)疑。他甚至用自身的藝術(shù)形式來(lái)與其對(duì)抗：對(duì)威特金來(lái)說(shuō)，認(rèn)知與理解并不會(huì)從對(duì)現(xiàn)實(shí)的簡(jiǎn)單復(fù)制中誕生，只能從對(duì)世界的人工創(chuàng)造中獲得。在他的這個(gè)世界的中心，兩性人、侏儒、殘疾人、連體雙胞胎與截肢者成為拓展其心靈視野的催化劑。對(duì)威特金的攝影作品最普遍的抗議，大概正是認(rèn)為他濫用這些有缺陷者，創(chuàng)造那些令人毛骨悚然的景象。

?指Valeriano《象形文字》第二部的第二部分，各種動(dòng)物的象征和寓意，此部分可能是對(duì)希臘譯本的補(bǔ)充，主要出自Aristotle、Aelian、Pliny以及 Artemidorus等人作品。

Sandhya［35］通過(guò)對(duì)菠蘿固體廢棄物在水解反應(yīng)器中pH和起始VFA濃度對(duì)產(chǎn)酸性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)pH值在6～7范圍內(nèi)得到最大VFA。在中性條件下，起始VFA濃度對(duì)酸的產(chǎn)生和產(chǎn)氣量等沒(méi)有明顯差別。

采用何種進(jìn)料方式也會(huì)對(duì)發(fā)酵效果產(chǎn)生影響。JYWang等［41］通過(guò)對(duì)食品廢棄物固液兩相厭氧消化進(jìn)行研究，固相進(jìn)料方式采用批次和半連續(xù)方式，發(fā)現(xiàn)半連續(xù)進(jìn)料方式的甲烷產(chǎn)量、VS降解率以及甲烷含量均比批次方式高。

4.3 有機(jī)負(fù)荷

有機(jī)負(fù)荷是指消化反應(yīng)器單位容積單位時(shí)間內(nèi)所承受的揮發(fā)性有機(jī)物量，是消化反應(yīng)器設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。有機(jī)負(fù)荷的高低與處理物料的性質(zhì)、消化溫度、所采用的工藝等有關(guān)。兩相厭氧消化工藝允許的有機(jī)負(fù)荷高于單相工藝。研究表明，對(duì)于處理蔬菜、水果、餐廚等易降解的有機(jī)垃圾，有機(jī)負(fù)荷一般為1～6.8 kgVS/(m3·d)［37］。Pavan等［38］以蔬菜水果等易生物降解的廢物為處理對(duì)象，采用完全混合反應(yīng)器，比較了單相工藝與兩相工藝處理效果，結(jié)果顯示:單相工藝在有機(jī)負(fù)荷為3.3 kg/ (m3·d)時(shí)運(yùn)行失敗，而兩相工藝在有機(jī)負(fù)荷為7.0 kg/(m3·d)時(shí)仍運(yùn)行穩(wěn)定。Carneiro T Forster等［39］研究發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器TS為20%，接種物為30%時(shí)啟動(dòng)反應(yīng)器，餐廚垃圾降解率和產(chǎn)氣量達(dá)到最大。處理源頭分類(lèi)收集的有機(jī)垃圾，為獲得更好的穩(wěn)定性，宜采用兩相消化工藝。

4.4 設(shè)備和控制系統(tǒng)

IOWA大學(xué)研究了一種新的工藝—溫度兩相厭氧工藝［33］。它將高溫厭氧消化和中溫厭氧消化組合為一個(gè)處理工藝，這樣可以充分發(fā)揮高溫發(fā)酵速率快、殺滅致病菌能力強(qiáng)以及中溫發(fā)酵能量需求低、出水水質(zhì)好的優(yōu)勢(shì)。Kaiser等人也研究了一種新的高速厭氧處理系統(tǒng)，它由1個(gè)高溫厭氧生物濾池和1個(gè)中溫厭氧濾池串聯(lián)組成，形成了具有2個(gè)溫度段的兩相厭氧生物處理系統(tǒng)。趙慶良等［34］通過(guò)對(duì)污泥和馬鈴薯加工廢棄物、豬血、灌腸加工廢棄物的高溫酸化(75℃，2.5 d)中溫甲烷化(37℃，10 d)兩相厭氧消化研究，認(rèn)為污泥和一定比例的其他高濃度有機(jī)廢物進(jìn)行高溫/中溫兩相厭氧消化在技術(shù)上是可行和有效的。控制高溫產(chǎn)酸相在75℃和2.5 d可基本達(dá)到水解與產(chǎn)酸(兼作滅菌)的目的，控制中溫產(chǎn)甲烷相在37℃和10 d(或14 d)可達(dá)到最大產(chǎn)氣與產(chǎn)甲烷，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

Raynali等［40］采用兩相固態(tài)厭氧消化技術(shù)，在35℃下，先用不同的水解消化器來(lái)分別處理土豆皮、豌豆皮、蔬菜葉、胡蘿卜以及蘋(píng)果渣，再將處理后的物質(zhì)放入產(chǎn)甲烷固定膜反應(yīng)器中反應(yīng)，COD平均負(fù)荷為4 g/(L·d)，停留時(shí)間為17 d。結(jié)果發(fā)現(xiàn)除蘋(píng)果渣外，其余廢物在水解酸化段的水解率都高于80%;在同一個(gè)甲烷罐中處理各種廢物的酸化水，反應(yīng)率達(dá)80%，總有機(jī)質(zhì)去除率為87%。

張波等［36］研究了pH對(duì)餐廚廢物兩相厭氧消化中水解和產(chǎn)酸過(guò)程的影響?？疾炝瞬蛷N廢物在pH為5，7，9，11時(shí)的水解率、VFA產(chǎn)量和速率、有機(jī)酸的組分和水解酸化產(chǎn)物的分配。結(jié)果顯示:控制pH為7時(shí)，餐廚廢物的水解和酸化率在實(shí)驗(yàn)第9 d時(shí)分別達(dá)到86%和82%。VFA濃度在實(shí)驗(yàn)第4 d達(dá)到36 g/L－1，VFA產(chǎn)量是未調(diào)節(jié)pH時(shí)的2倍，主要以丁酸和乙酸為主，丙酸很少，乳酸濃度相對(duì)較低?？刂苝H為7不但可以提高水解酸化效率，還為后續(xù)產(chǎn)甲烷過(guò)程提供了更有利的基質(zhì)。

近年來(lái)，隨著對(duì)兩相厭氧消化概念和厭氧降解機(jī)理的進(jìn)一步理解，研究出了各種新型厭氧反應(yīng)器，結(jié)合各種新型高效厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的組合以達(dá)到更好的處理效果成為新的研究方向。

劉廣青、張瑞紅等［42］對(duì)批式和兩相工藝處理餐廚垃圾和雜草廢棄物進(jìn)行了對(duì)比研究，采用4個(gè)1 L固體反應(yīng)器和1個(gè)2.2 L厭氧批式反應(yīng)器。固體床反應(yīng)器每3 d進(jìn)1次料，每次進(jìn)料97 g(以VS計(jì))，12 d為1個(gè)發(fā)酵周期。滲濾液每天回流6次，每次回流量為70 mL。在12 d的消化時(shí)間內(nèi)，沼氣和甲烷產(chǎn)率分別為530 mL/g和351 mL/g，系統(tǒng)的TS和VS去除率分別為78%和82%。他們認(rèn)為該兩相厭氧固體床反應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷高、產(chǎn)氣穩(wěn)定、周期短，是處理固態(tài)有機(jī)廢物的有效方法。

一體化兩相厭氧反應(yīng)器的研究逐漸成為兩相厭氧反應(yīng)器的研究方向。通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精密設(shè)計(jì)，在同一反應(yīng)器內(nèi)形成產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相。通過(guò)合理搭配，在實(shí)現(xiàn)兩相分離，消除二者之間制約作用的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)二者之間的互補(bǔ)、協(xié)同作用。李仕平等［43］為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)餐廚垃圾的資源化利用，按照容積最佳負(fù)荷比，設(shè)計(jì)了一種高1.4 m半徑1.1 m體積為3 m3的圓柱型的無(wú)間斷的投料和產(chǎn)氣的沼氣罐，認(rèn)為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，價(jià)格低廉，使用方法簡(jiǎn)便，可作為一種新的發(fā)展方向。

在系統(tǒng)控制上，李秋燕等［44］設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的兩相厭氧消化過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。利用LabVIEW虛擬儀器作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合多功能數(shù)據(jù)采集卡、傳感器和各類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了厭氧消化過(guò)程中各參數(shù)的采集、處理、存儲(chǔ)和自動(dòng)調(diào)控。試驗(yàn)表明:該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、能較好地實(shí)現(xiàn)消化過(guò)程的監(jiān)控與優(yōu)化。

4.5 油脂

餐廚垃圾中油脂含量高，脂類(lèi)的代謝產(chǎn)物長(zhǎng)鏈脂肪酸會(huì)影響產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)甲烷活性，因此過(guò)高的油脂含量會(huì)降低餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)甲烷效率。Komatsu等［45］研究了脂類(lèi)物質(zhì)對(duì)兩相厭氧系統(tǒng)的抑制作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脂類(lèi)可以在1個(gè)兩相厭氧濾池系統(tǒng)得到滿意的降解而在單相系統(tǒng)中其降解就相對(duì)較差。

5 結(jié)論

兩相厭氧消化技術(shù)經(jīng)過(guò)眾多研究者的試驗(yàn)、研究，已成為一項(xiàng)較為成熟、實(shí)際可行的技術(shù)。兩相厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分別為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供了最佳的生理生態(tài)環(huán)境，無(wú)論是在處理能力、處理效率還是在系統(tǒng)的抗沖擊能力和穩(wěn)定性上，兩相厭氧消化工藝均優(yōu)于單相消化工藝。目前研究開(kāi)發(fā)的兩相工藝，裝備和自動(dòng)化水平很高，但由于工藝流程長(zhǎng)，配套設(shè)施多，投資成本高等現(xiàn)實(shí)制約因素，推廣受到了一定的限制。在厭氧消化處理的工程應(yīng)用方面，歐洲等發(fā)達(dá)地區(qū)取得了很好的發(fā)展，但兩相消化工藝所占比例還很小，我國(guó)整體上也還處于起步階段。

我國(guó)餐廚垃圾產(chǎn)量大，時(shí)空差異性大，具有高油脂、高鹽分、高水分、高有機(jī)質(zhì)含量的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾資源化處理，需要進(jìn)行分類(lèi)收集和集中處理。餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程十分復(fù)雜，為了使兩相厭氧技術(shù)能夠更好的應(yīng)用于餐廚垃圾處理，應(yīng)進(jìn)一步深入分析溫度、pH、有機(jī)負(fù)荷等因素對(duì)消化過(guò)程中的影響，提高水解酸化產(chǎn)物中乙酸的含量和產(chǎn)甲烷階段中甲烷的產(chǎn)量和含量;研究與其他有機(jī)廢棄物混合發(fā)酵的工藝;開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的反應(yīng)器;尋找最佳反應(yīng)器運(yùn)行條件;優(yōu)化工藝減少前期投入和縮短回收期。如能在以上關(guān)鍵技術(shù)上獲得突破，餐廚垃圾兩相厭氧消化工藝將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

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