有机固体废弃物厌氧发酵处理的研究进展

1.2总固体含量（TS）
根据TS不同，厌氧发酵分为湿式（TS为5%～15%）和干式（TS为15%～40%）2种。已建成运行的厌氧发酵工程多采用湿式发酵。湿式厌氧发酵反应器体积大，产气率较低，且稀释发酵底物用水消耗量大，既增加了工艺的运行成本，又浪费水资源。因此，研究人员近年来一直致力于干式反应系统的研究，因为直接采用干式厌氧发酵工艺，既不需加水也不需脱水，简化了前处理，节约了能耗；但高TS也导致进出料难、传热传质不均匀，还会造成发酵过程酸化等问题，这是制约干式厌氧发酵进一步应用的主要因素。
研究人员对适宜的干式发酵TS浓度条件进行了探索。廖银章等对城市有机垃圾进行干式厌氧发酵研究时发现，TS浓度在20%～40%时比较理想，在此浓度范围内不但可获得较高的产甲烷量，还可大大降低厌氧发酵后的脱水难度。冷成保在暗河式生活垃圾干发酵处理研究中指出，在控制总C/N（30:1左右）满足厌氧发酵顺利进行的情况下，TS浓度在25%～30%是较理想的干式厌氧发酵浓度范围。
我国于20世纪80年代起开始了户用干式厌氧发酵反应器的研究，目前已取得了一定成果。吴香强在黄淮海地区农村推广干湿一体沼气池，由于这种类型的沼气池提高了产气率，降低了建池成本，因此推广价值较高。孙国朝对圆柱型活动盖密封式沼气池、圆柱型红泥塑料顶罩式沼气池进行了干法厌氧发酵生产性试验研究，最终认为该工艺具有池型简单、不用日常进料和出料等优点，便于农村推广。叶森从1983年开始研究自动排料干法厌氧发酵装置和相应的半连续干法厌氧发酵工艺，经过一年的小试和中试，成功研制了自动排料装置，并于1988年8月通过了由农业部能源环保局主持的技术鉴定。
在21世纪初，我国也开始了对大型干式厌氧发酵反应器的研究，但目前还处于小试研究阶段。甘如海对畜禽粪便干式厌氧发酵搅拌反应器进行了研究，并通过发酵模式试验获得了发酵产气过程的最优操作参数。晏水平对大中型集约化养殖场畜禽粪便高温干式厌氧发酵处理工程中的罐体加热保温装置进行了研究，并从理论上推导出干式厌氧发酵系统正常运转过程中各阶段的最优工艺参数，同时又通过试验来验证了其可行性，从而为干式厌氧发酵系统的工程化应用提供了一定的理论基础。
1.3接种物
有机固体废弃物的厌氧发酵由多种微生物共同作用，因此，在发酵底物中添加一定量的微生物作为接种物是实现厌氧发酵快速启动、提高沼气产量的重要措施。接种物的选择与驯化情况则对厌氧发酵过程起到至关重要的作用。张翔研究了不同接种物对牛粪厌氧发酵的影响，结果表明，不同接种物对厌氧发酵启动速率的影响较大，且产气情况也有显著差异。不同阶段的发酵沼液做接种物，产气性能也不相同，发酵20d的沼液做接种物可以加快反应速度，增加产气量，而发酵60d的沼液则不利于产气的进行。还有研究比较了混合污泥及单种污泥作接种物对厌氧发酵的影响，试验表明，混合污泥培养的接种物厌氧体系的产气量高于单种污泥培养接种物的厌氧体系。
目前，国内外研究者大多采用经过驯化的污泥作为接种物，因为驯化后的污泥不仅产气启动快，而且总产气量大，同时也保留了沼液中的营养物质。驯化污泥主要来自厌氧消化池、化粪池和池塘，也有人直接利用畜禽粪便作接种物，同时，驯化的方法也多种多样目前，接种物采用中温驯化的较多，然而，资料表明，驯化良好的高温厌氧细菌的代谢速率要比35℃中温厌氧细菌高出50%～100%。马磊对不同驯化方式对污泥活性的影响进行了研究，获得了较优的驯化方法，为高温厌氧发酵工艺的应用提供了借鉴与依据。
此外，接种物的数量及浓度也是影响厌氧发酵的重要因素。一般情况下，接种物的量为原料总量的1/4～1/3。当接种物的量少时，由于产甲烷菌数量有限，可能造成酸累积，导致厌氧发酵失败。接种物的量在一定范围内还同产气量呈正比关系。刘晓风在研究城市有机垃圾厌氧发酵时发现，TS量与接种物量之比为10:1时，可以保证有机垃圾厌氧消化过程的正常运行，适宜的接种物浓度可使厌氧发酵启动平稳，产气速度快，产气量大。潘云霞在研究不同浓度接种物对厌氧发酵产气特性影响的过程中发现，不同的接种物浓度对反应启动速度的影响是显著的，而且接种物浓度与物料浓度相互制约，共同影响有机物的降解。
2沼电联产
厌氧发酵获取的沼气可以直接作为燃料使用，但远距离输送沼气很不方便，而且存在安全隐患，将沼气通过发电机组转换成电能则提高了能源品位，且便于输送，同时资金回收率也较高。目前，许多国家已建成了多处厌氧发酵沼电联产工程。我国沼气发电研究始于20世纪80年代初，1998年全国沼气发电量为1055160kW•h，2003年全国沼气发电项目100多个，装机容量3936kW，至2005年底发电装机总量达19MW。2007年8月18日，我国最大的畜禽沼气发电工程——100kW的南洋农畜业沼气发电项目在无锡市惠山区正式投产。在德国，100%的沼气工程以发电为目的，1992年就已经有沼气发电工程139个，到2004年建成运行的沼气工程达2500个，发电能力达到500MW，奥地利、瑞士等也有很多沼电联产工程。