城市生活垃圾厌氧消化处理技术研究进展_生活垃圾_固废处理_资讯

摘要：本文介绍了国内外城市生活垃圾厌氧消化处理技术的应用和发展概况，详细分析了pH值、温度、垃圾成分、碳氮比、接种物、总固体含率、有机负荷率及搅拌对城市生活垃圾厌氧消化的影响，比较了国内外几个典型的城市生活垃圾厌氧消化处理工艺，最后指出了城市生活垃圾厌氧消化处理技术存在的问题，并给出了我国城市生活垃圾厌氧消化处理技术研究和应用的发展方向。
关键词：城市生活垃圾；厌氧消化；工艺
0引言
城市生活垃圾（municipal solid waste，MSW）是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。近十几年来，我国城市生活垃圾年产量达1亿多吨，且每年以8%-10％的速率增长。垃圾年处理率只有50%左右，实际垃圾无害化处理率仅有30%。
中国城市生活垃圾的处理方式主要为卫生填埋、焚烧和堆肥。2005年底统计的城市生活垃圾处理设施中85.2%为填埋，5.6%为焚烧，9.2％为堆肥。这3种方式都具有自己的优势和特点，也具有技术本身的弊端。卫生填埋占地面积大，而且对于土壤、地下水和大气都会造成现实的影响和潜在的危害；焚烧对于热值低的废物来说是对资源的极大浪费，而且在焚烧的过程中易产生烟尘及剧毒二恶英（dioxin）污染物而形成二次污染；好氧堆肥是一个耗能过程，需要输入能量去曝气，最后又产生温室气体CO2。
目前立法对环境的要求越来越严格，加上城市垃圾实现了分类收集，这些都为垃圾的处理提供了条件。在各种处理方法中，生物方法是处理分类收集有机部分的一种较好方式，它能最大程度地循环再用和富集废物中的有用成分。采用厌氧消化技术（anaerobic digestion，AD）处理城市生活垃圾，不仅可以解决环境问题，减少温室效应气体的排放，还可以产生洁净能源、有机肥料和土壤改良剂，能真正实现垃圾处理的“无害化、减量化和资源化”。
1城市生活垃圾厌氧消化技术概况
1.1城市生活垃圾厌氧消化原理及过程
厌氧消化是指在没有溶解氧和硝酸盐的条件下，微生物将有机物转化为甲烷、氧化碳、无机营养物质、腐殖质等的过程。厌氧降解过程包括3个阶段：水解／液化、产酸和产甲烷。具体过程如下：水解细菌分泌胞外酶将聚合物水解为单体化合物（如葡萄糖和氨基酸），再经产乙酸细菌的作用生成挥发性脂肪酸、氢气、一氧化碳和乙酸，最后由产甲烷细菌将氢气、一氧化碳和乙酸转化为甲烷。主要反应如下：

MSW厌氧消化处理流程包括4个阶段：预处理、垃圾消化、气体回收和消化残余物处理，厌氧消化流程示意图如图一所示。大部分消化系统需要垃圾的预处理以获得均质原料，包括垃圾破碎及非消化性原料（玻璃、金属和碎石等）的分离等。进入反应器的城市生活垃圾可生物降解有机部分（biodegradable organic fraction of MSW，BOFM SW）有源头分选（source separation，SS-BOFM SW）和机械分选（mechanical separation，MS-BOFM SW）两种类型。根据发酵原料的浓度、温度、消化级数和连续性，厌氧消化过程分为不同的工艺。厌氧发酵回收的气体可作为燃料或集中发电资源，发酵残余物主要是作为肥料应用。

图一MSW厌氧消化流程示意图
1.2城市生活垃圾厌氧消化影响因素
1.2.1 pH值
厌氧微生物的活性对pH值极为敏感，pH值是监测厌氧消化过程的重要工艺参数，有机垃圾厌氧消化的最适pH值为6.4-7.20但也有研究表明当产甲烷稳定时，pH值应稳定在7.2-8.2。张光明等研究表明，有机垃圾厌氧消化容易造成挥发性有机酸的严重积累，引起“酸中毒”，抑制厌氧消化的进行，推荐采用NaOH或KOH来调节pH值。Nguyen等指出含有石灰石的砂砾是调节pH值较好的缓冲剂。
1.2.2温度
影响厌氧微生物生长以及产甲烷活性的另一个重要因素是温度。产甲烷菌有中温型和高温型两类菌种，产甲烷的最佳温度范围分别为30-35℃和50-65℃。研究表明，温度对发酵效率、产气质量等有重要影响。温度升高，发酵效率增大，产气量增大，产气质量下降。一般条件下，中温发酵过程需要25-30d的停留时间，而高温发酵只需要中温消化的一半时间。高温发酵的另外一个优点是对病原微生物有较高的杀灭率。但由于高温发酵过程需要较高的加热能耗，并且管理复杂，其应用中不如中温发酵普遍。
1.2.3垃圾成分
垃圾成分相当复杂，垃圾的内容物决定了有机质含量口挥发性固体（voladle solid，VS）是衡量有机质含量的指标，VS由易生物降解部分（biodegradable volatile solid，BVS）和难生物降解部分（refractory volatile solid，RVS）组成。BVS可以较好地评估垃圾的生物降解能力、生物气产率、有机负荷和碳氮比（C/N）。木质素等是较难被微生物降解的复杂有机成分，构成了有机垃圾中RVS的主要部分。具有高VS低RVS含量特征的垃圾最适合厌氧消化。