固态物料两相厌氧消化工艺的研究进展

有机固体废物厌氧消化技术现状研究及前景分析摘要：厌氧消化技术是有机固体废物处理与资源化的重要渠道之一，能够通过微生物的三阶段厌氧分解，将废物中的大分子有机物降解为小分子物质，并产生可提供能源的沼气。

该技术可按固体浓度大小被分为低固体厌氧消化技术和高固体厌氧消化技术，前者应用范围广，但费用昂贵，后者的广泛运用受技术限制，但能产生可观的经济效益。

总体而言，在妥善解决固体废物的处置与管理问题后，厌氧消化技术可以有效地提高物质的回收利用率，前景广阔。

关键词：厌氧消化技术;有机固体废物;原理与工艺;现状;前景Reearch on Anaerobic Digetion Technology of Organic S olid Wateand Propect AnalyiLi RuyiSchool of Environment Tinghua Univerity Beijing 100084 Keyword：Anaerobic digetion technology;organic olid wate; principle and technology; the tatu quo; propect1 绪论有机废物厌氧消化处理技术历史悠久[1]，人们在早期利用禽畜粪便和农业废物厌氧发酵，释放甲烷用于产生热能。

20世纪中叶，全球对一次能源的需求量激增，煤、石油、天然气等化石能源的价格疯长。

为解决供应问题，许多国家开始寻找新的替代能源，这使得厌氧消化处理有机废物的优势越发突出[2]，需要重点关注厌氧消化技术的原理、工艺流程和技术方案以及评估其效益和应用前景。

2 厌氧消化原理厌氧消化过程就是在一定的厌氧条件下，有机物质被微生物分解，将碳素物质转化为两种温室气体——二氧化碳和甲烷的过程。

在这个过程中，底物的大部分能量仍然以有机物的形式储存在沼气中，只有一小部分的碳素氧化成了二氧化碳[3]，微生物借此发酵过程获得生命活动所必需的物质和能量。

两相厌氧处理工艺的研究与应用讲解厌氧处理是一种利用厌氧细菌在无氧条件下降解有机废物的处理工艺。

相对于好氧处理，厌氧处理有许多优势，比如对含高固体物质的废物适应性更强，生化反应速度快，产生的淤泥量少等。

现阶段，厌氧处理主要应用在以下两个方面：1.生物质废物处理：生物质废物是一种常见的有机废物，包括农业废物、农作物秸秆、木材废料等。

对于这些废物，传统的处理方法包括焚烧、填埋等，但这些方法存在能源消耗大、环境污染等问题。

厌氧处理可以将生物质废物转化为沼气，既能够实现能源回收，又可以减少环境污染。

此外，一些研究还发现，通过厌氧处理，可以将生物质废物中的有机碳稳定存储在底泥中，进一步减少碳排放。

2.有机废水处理：有机废水包括生活污水、工业废水等，其中含有大量的有机物质。

传统的废水处理方法往往采用好氧处理，但对于含有高浓度有机物的废水来说，好氧处理存在氧气供应困难、处理周期长等问题。

厌氧处理则通过利用厌氧细菌对有机物的降解，降低了处理投资和运营成本。

此外，厌氧处理还能够产生沼气，可以用作能源供应或发电。

在厌氧处理工艺的研究方面，主要有以下的关键问题：1.反应器类型选择：厌氧反应器的类型有很多，如厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧接触氧化反应器（IC）等。

研究需要考虑废物的特性，选择合适的反应器类型。

2.菌群调控：厌氧细菌的群落结构和种类对厌氧处理效果有很大影响。

研究人员需要研究不同条件下厌氧细菌的生态环境，调控菌群的组成，以提高处理效果。

3.工艺参数优化：在厌氧处理过程中，参数如温度、pH值、氧化还原电位等都会影响有机物降解效率。

研究人员需通过实验和模拟，优化工艺参数以提高处理效果。

最后，厌氧处理工艺在实际应用中还需要解决以下问题：1.臭气和污泥处理：厌氧处理过程中会产生臭气和淤泥。

臭气的处理需要考虑对臭气的收集、处理和利用。

对于淤泥的处理则需要思考如何处理废弃淤泥以减少环境污染。

2.运营成本降低：厌氧处理工艺虽然具有许多优势，但其运营成本相对较高。

两相厌氧工艺的研究进展两相厌氧工艺是将厌氧消化和厌氧氨氧化结合在一起的一种处理废物的方法。

厌氧消化是指在低氧环境下，微生物将有机废物转化为甲烷和二氧化碳的过程。

厌氧氨氧化是指在低氧环境中，特定的微生物利用氨氮将有机废物转化为氨氮和亚硝酸盐。

目前的研究表明，两相厌氧工艺在处理有机废物方面具有很大的潜力。

首先，与传统的厌氧消化工艺相比，两相厌氧工艺可以更高效地将废物转化为甲烷。

其次，两相厌氧工艺可以在低温和低碳氮比条件下进行，节约能源且减少化学需氧量和氨氮的产生。

此外，两相厌氧工艺还可以通过改变废物的处理方式，将有机废物转化为有价值的生物质和有机酸。

在研究方面，许多研究已经证明了两相厌氧工艺在处理各种有机废物方面的有效性。

例如，两相厌氧工艺已成功用于处理农业废弃物、食品废物、畜禽废物等。

研究结果表明，两相厌氧工艺可以在高固体含量和高有机负荷条件下有效地处理这些废物，并产生高质量的生物质和甲烷气体。

此外，还有一些研究将两相厌氧工艺与其他技术相结合，以进一步提高处理效果。

例如，有研究将两相厌氧工艺与好氧处理工艺结合，以填补两者在处理有机废物方面的不足。

结果显示，两相厌氧-好氧工艺可以提高有机废物的去除效率，并有效地去除污染物。

然而，尽管两相厌氧工艺在处理废物方面已经取得了一定的进展，但仍然存在一些问题和挑战需要解决。

首先，两相厌氧工艺的反应器设计和运行参数需要进一步优化，以提高厌氧消化和厌氧氨氧化的效率。

其次，如何提高有机废物的畜禽废弃物的液化处理以及堆肥效果也是一个重要的挑战。

此外，废物中的高氮和高磷含量也需要解决，以避免环境污染和资源浪费。

综上所述，两相厌氧工艺在处理有机废物和生物能源生产方面具有很大的潜力。

目前的研究已经证明了两相厌氧工艺的有效性，并在工业应用中取得了一定进展。

然而，仍然需要进一步研究和创新，以解决存在的问题和挑战，实现更为可持续和高效的废物处理和能源生产。

两相厌氧消化工艺
两相厌氧消化工艺，这可真是个了不起的存在啊！它就像是一个神奇的魔法，能把那些让人头疼的有机废弃物变废为宝！
你知道吗，在这个世界上，每天都有大量的有机垃圾产生。

如果没有好的处理方法，那可真是糟糕透顶！但两相厌氧消化工艺就像一位超级英雄，挺身而出！它把有机垃圾分成两个阶段来处理，这是多么巧妙的设计啊！
在第一阶段，产酸菌们开始大显身手，它们欢快地工作着，把那些复杂的有机物分解成简单的有机酸。

这就好像是一场热闹的派对，产酸菌们是派对上最活跃的舞者！而在第二阶段，产甲烷菌接过了接力棒，它们把有机酸进一步转化为甲烷和二氧化碳。

这不就像是一场接力赛吗，每一棒都至关重要！
想想看，如果没有两相厌氧消化工艺，这些有机垃圾会怎么样呢？它们可能会堆积如山，散发着难闻的气味，污染我们的环境。

但是有了它，一切都变得不一样了！它不仅解决了垃圾问题，还为我们提供了宝贵的能源。

这难道不是一举两得吗？
两相厌氧消化工艺的应用范围也非常广泛啊！无论是污水处理厂，还是农业废弃物处理，它都能发挥重要的作用。

它就像是一把万能钥匙，能打开各种难题的大门！而且它还在不断发展和进步呢，未来肯定会有更多更先进的技术加入进来，让它变得更加强大！
两相厌氧消化工艺真的是太神奇了！它是我们保护环境、实现可持续发展的重要武器。

我们应该大力支持和推广它，让它为我们的生活带来更多的美好和便利！难道不是吗？。

两相厌氧消化工艺有什么优点?
厌氧生物处理的消化过程中最为重要的有产酸和产甲烷两个阶段。

而这两个阶段的过程集中在一个厌氧消化池处理时，两类不同生化特性的微生物之间的协调和互相平衡比较困难，涉及众多因素，操作控制也十分不容易。

为此，开发了两相厌氧消化工艺，即把产酸和产甲烷分在两个独立的反应器内进行，互不干扰，两反应器串联运行。

这样的优点是：两个独立的反应器分别培养产酸菌和产甲烷菌，
各自控制不同的参数，分别满足不同生化特性的微生物最适宜的生命活动所需的条件，从而使反应器的处理能力大为提高，可以在相当高的负荷下进行处理，承受负荷变动的冲击能力增强了，克服了两种微生物的协调和平衡的矛盾。

两相厌氧消化工艺的关键是要做到产酸发酵的反应器中，保持产
酸菌的优势；在产甲烷的反应器中保持产甲烷菌的优势。

要做到这一点，可以采用的方法有：物理方法，利用选择性半渗透膜实现分离；或采用化学的方法，有选择地投加微生物抑制剂；或是调整氧化还原的电位，改变环境来抑制产甲烷菌在产酸菌中生长；或是采用动力学控制法，利用两菌生长速率上的差异，控制好两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌不可能在停留时间很短的产酸菌反应中存活。

其中，以动力学控制法最为简单，故广为采用。

两相厌氧工艺说明
两相厌氧法是由两个独立的上述厌氧反应器串联组合而成，厌氧消化反应分别在 2 个独立的反应器中进行。

每一反应器完成一个阶段的反应，例如一个为产酸阶段。

另—个为产甲烷阶段。

如图7-13。

而复合厌氧法是在—个反应器内由两种厌氧法组合而成。

如上流式厌
氧污泥床与厌氧滤池组成的复合厌氧法，见图7-14。

设备的上部为厌氧滤池，下部为上流式厌氧污泥床，所以集两者优点于一体。

反应器下部即进水部位，由于不装填料，可以减少堵塞，上部装设固定填料可以充分发挥滤层填料有效截留污泥的能力，提高反应器内的生物量，对水质和负荷突然变化和短流现象起缓冲和调节作用，使反应器具有良好的工作特性。

两相厌氧生物处理工艺
两相厌氧生物处理工艺是一种将厌氧消化和酸化结合在一起的处理工艺，适用于处理有机废水和有机固体废物。

该工艺主要包括两个阶段：酸化阶段和厌氧消化阶段。

在酸化阶段，废水或废物首先进入一个酸化反应器，通过调节温度和pH值，以及添加酸化剂和微生物种群，将有机废物转
化为有机酸、醇和氨等化合物。

这个阶段的主要目的是降低废物的pH值，并提供适宜的条件为后续的厌氧消化阶段做准备。

在厌氧消化阶段，酸化产物被输送到厌氧消化器，与厌氧菌共同代谢。

在厌氧消化过程中，有机物被微生物分解为甲烷、二氧化碳和水等产物。

厌氧消化的最终目的是将有机物质转化为可利用的生物气体。

相比于其他处理工艺，两相厌氧生物处理工艺具有以下优点：1. 适用于处理高浓度有机废物，具有较高的处理效率和负荷能力。

2. 生产的甲烷气体可以用于能源回收或发电。

3. 在厌氧消化过程中，产生的污泥量较小，节约处理成本。

4. 可以适应不同的废物和废水类型，具有较强的适应性。

然而，两相厌氧生物处理工艺也存在一些局限性，例如较长的停留时间、对温度和pH值的敏感性，以及对微生物的要求较
高等。

总之，两相厌氧生物处理工艺是一种有效的废水和废物处理工艺，可以实现有机物的高效转化和能源回收。

“无废城市”背景下餐厨垃圾处理技术研究进展摘要：餐厨垃圾是城市固体废物的重要组成部分。

我国每年产量超过9000万吨，约占城市固体废物总量的37%~62%，其处理处置问题亟待解决。

填埋、焚烧等传统处理方式不仅造成潜在的二次环境污染，而且导致资源的极大浪费。

厌氧法与传统的焚烧法、填埋法相比，更能充分利用餐厨垃圾中的有机质，处理效率更高，产生的腐殖质具有较高的经济价值。

而序批式厌氧消化法作为典型的两相厌氧处理工艺，由于其能量转化效率远高于单相处理工艺，在餐厨垃圾处理中得到广泛应用。

关键词：餐厨垃圾；处理技术；无废城市引言2019年住建部、发展改革委、生态环境部等九部门印发《住房和城乡建设部等部门关于在全国地级及以上城市全面开展生活垃圾分类工作的通知》要求全面启动生活垃圾分类工作。

实行垃圾分类管理政策后,餐厨垃圾的占有量与日俱增，急需无害化、资源化和规模化处理设备与技术。

目前餐厨垃圾处理方式有集中式填埋、集中式焚烧、机械破碎、厌氧发酵和好氧堆肥等，但都存在缺陷。

厌氧发酵和好氧堆肥是工业应用最广的餐厨垃圾资源化处理技术。

餐厨垃圾厌氧发酵是在缺氧或无氧环境下，在厌氧菌作用下将餐厨垃圾分解为甲烷、二氧化碳和水等清洁无污染，所需技术较复杂、投资大。

好氧堆肥法具有高减量率、有害程度低、营养程度较高等优点，好氧堆肥周期长、有臭气等。

为此，本研究结合餐厨垃圾沼气工程的运行工况数据，分析工程运行效率的关键影响因素，以期为同类餐厨垃圾沼气工程运行工艺优化提供科学参考依据。

1餐厨垃圾特征餐厨垃圾是城市生活垃圾的一种，包括餐饮垃圾和厨余垃圾。

前者是指饭店、餐馆及单位食堂等处饮食产生的剩余物及其后厨在食物成品加工过程形成的废弃物，后者则是指人们日常家庭生活中丢弃的各种饮料、食物及其下脚料等易腐有机废弃物。

餐厨垃圾不但富含糖类、蛋白质及脂肪等有机营养物质，其有机物含量占比髙达80%-93%（干重），还含有无机盐（如ＮａＣｌ含量占比1%-3%）及少量Ｋ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｍｇ等微量元素，同时还具有高含油（油脂含量1%-5%，甚至髙达17%）及高含水（含水率70%-95%）特点。

固体废物的厌氧发酵系统一、厌氧发酵处理的定义是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物转化为CH 4和CO 2、或者稳定的有机物的过程，也成甲烷发酵或者沼气发酵。

二、厌氧发酵的三种阶段理论1、两阶段理论将厌氧发酵分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌。

2、三阶段理论1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为水解、产酸、产甲烷三个阶段。

起作用的细菌分别称为发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细菌。

3、四阶段理论①水解阶段：复杂有机物(纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪)被发酵细菌分泌的水解酶（胞外酶）(纤维素酶、纤维二糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶)分解为水溶性简单化合物。

限制整个过程速度。

②发酵酸化阶段：发酵细菌对水解产物进行胞内代谢，主要产生有机酸和醇类（丙酸、丁酸、琥珀酸、乙酸和乳酸），还有CO 2、NH 3、H 2S、H 2。

③产氢产乙酸阶段(厌氧氧化阶段)：专性厌氧的产氢产乙酸细菌将上阶段产生的有机酸和醇类生成乙酸、H 2、CO 2；同型乙酸细菌将H 2和CO 2合成乙酸。

④甲烷化阶段：乙酸和H 2被甲烷细菌(乙酸分解甲烷细菌和H 2氧化甲烷细菌)利用生成甲烷。

三、厌氧发酵的有机物分解代谢过程1、碳水化合物的分解代谢：一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉和果胶质等。

①纤维素的分解：纤维素酶可以把纤维素水解成葡萄糖，反应式为：(C 6H 10O 5)n(纤维素)+n H 2O =nC 6H 12O 6(葡萄糖)葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和二氧化碳等气体。

总的产气过程可用下述的综合表达式表达：C 6H 12O 6=3CH 4+3CO 2②糖类的分解：先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。

2、类脂化合物的分解代谢类脂化合物（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂），含量很低。

主要水解产物是脂肪酸和甘油。

甘油转变为磷酸甘油脂，进而生成丙酮酸。

两相厌氧生物处理的原理
两相厌氧生物处理是一种生物处理工艺，它同时利用了两种不同类型的微生物来处理有机废水。

该工艺包括了两个相互独立的反应器：一个是厌氧消化池，另一个是厌氧挥发酸池。

该工艺的原理如下：
1. 厌氧消化池：有机废水首先通过进料管道进入厌氧消化池。

在厌氧消化池中，厌氧菌通过发酵产生乙酸、丙酸、氢气等有机酸和气体，同时将有机物质分解成更简单的化合物。

这些化合物被其他类厌氧菌或释放的甲烷气体进一步代谢并降解。

2. 厌氧挥发酸池：从厌氧消化池产生的液体被输送到厌氧挥发酸池中，同时进入大气中的气体被收集。

在挥发酸池中，有机酸通过其他厌氧细菌转化为更加稳定的产物，包括甲烷和二氧化碳等。

两相厌氧生物处理的优点包括能够同时处理多种有机废水，具有高效能和较小的处理成本。

同时，该方法能够生产出可再利用的甲烷气体和沼气，从而达到经济和环境保护的双重目的。

固体废物厌氧消化的工艺及其应用研究状况1.高固体厌氧消化与低固体厌氧消化在厌氧消化处理固体废物时，处理物料的总固体含量 (TS) 对反应的影响很人。

根据TS 的不同，可以将厌氧消化固体废物分成高固体厌氧消化和低固体厌氧消化。

高固体厌氧发酵的概念是 Sghulze 在1958 年提出的，又叫干发酵、固体发酵等，它只是…个相对于低固体厌氧消化的概念，并没有明确限定。

从1980 年起，Jewell 和Wujeik 在这领域做了一些工作，但进展很慢。

月前这方面的工作主要在欧美一些国家进行，如美国、丹麦、比利时、法国、瑞士等。

低固体厌氧消化是指传统的厌氧消化， TS 相对比较低，一般在8%以下，我国、印度、菲律宾等地的户用沼气池就属于此类。

随着固体含量的增高，发酵周期将变长，容易造成 VFA 和毒素积累、搅拌困难、白动慢、运行不稳定等不良反应。

但高固体厌氧消化可以提高池容产气率和池容效率、需水量低或不需水、消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用。

欧洲1993 年以前低固体发酵占绝大多数，此后高固体发酵占到了优势，2000年有56.1 万t 固体废物用高固体厌氧发酵进行了处理。

2.单相消化与两相消化从反应级数来分，厌氧消化可分为单相和多相，单相厌氧消化是指水解酸化阶段与产甲烷阶段都在一个反应器中进行。

有机固体废物两相厌氧消化 (Two-phase anaerobic digestion) 工艺最早是由Pohland 和 Ghose 于1971年提出的，又叫两步或两阶段厌氧消化(Two-step anaerobic digestion), 是人为地将厌氧反应过程分解为水解产酸阶段和产甲烷两个阶段，来满足不同阶段厌氧消化微生物的活动需求，达到最佳的反应效率。

在产甲烷阶段前设置产酸阶段，可以控制产酸速率，避免产甲烷阶段超负荷，另外还可以避免复杂、多变、有毒的物质对整个系统造成冲击，提高了系统运行的稳定性。

分析两相厌氧发酵工艺的缺点
两相厌氧工艺有以下不足：分相后原厌氧消化微生物共生关系被打破；难于管理；缺乏对各种废水的运行经验；底物类型与反应器型式之间的关系不确定。

有研究者认为，从微生物的角度来看，厌氧消化过程是由多种菌群参与的生物过程，这些微生物种群之间通过代谢的相互连贯、制约和促进，最终达到一定的平衡，在厌氧消化最优化的条件下不能分开，否则不符合最优化条件，而两相厌氧过程势必会改变稳定的中间代谢产物水平，有可能对某些特殊营养型的细菌产生抑制作用，甚至造成热力学上不适于中间产物继续降解的条件。

然而从目前的研究结果来看，虽然相分离后中间代谢产物发生了变化，但相的分离基本上都是不完全的，所以产甲烷相中的污泥仍是由多种菌群组成的，可以适应变化了的各种中间产物，因此相分离后中间产物的变化对产甲烷相没有不利影响。

相反，由于产酸相去除了大量的氢及某些抑制物，可以为后一阶段的产甲烷菌提供了更适宜的底物及环境条件，从而使产甲烷相中的污泥活性得以提高，处理效果及运行稳定性也相应提高。

一般情况下，底物类型和反应器型式决定了某种废水能否适用于两相厌氧处理，这也得到了许多试验的验证。

两相厌氧处理工艺是可以推广应用的，但对各种废水的运行经验却不足，因此仍有许多工作要做。