城市生活垃圾厌氧消化处理技术研究进展

1.2.4生物学因素
厌氧消化是一个复杂的过程，是由不同类型微生物群落参与完成的，厌氧发酵过程的微生物来源于垃圾本身和接种物。适合的接种剂以及接种量能提高消化效率。合理的微生物群落结构对于厌氧消化的有效进行至关重要，垃圾成分中的营养结构对微生物的生长也非常重要。微生物对碳、氮、磷、硫、钾以及微量元素的比例都有一定的要求。厌氧消化合适的C/N为（20-30）/1，产甲烷菌对氮的快速消耗会提高C/N，造成产气减少；而较低的C/N会引起氨积累，使pH值超过8.5从而抑制产甲烷菌的活性。为了获得适宜的C/N，可以将高C/N原料（如BOFM SW）和低C/N原料（如污泥或动物粪便）进行联合消化。磷主要用来合成生物核酸，50/1的碳磷比（C/P）是厌氧发酵比较合适的比值。
1.2.5总固体含量和有机负荷率
由于城市生活垃圾的成份和性质不同，其总固体含量（total solids content，TS）也不同。TS太高，许多影响微生物活性的条件就变得更为严格，例如，氨、重金属、硫酸盐和挥发性有机酸等抑制物质的浓度就会升高，对细菌的活性产生影响。另外，很高的TS给搅拌装置和过程带来麻烦，反应启动条件苛刻，菌种驯化任务艰巨且接种量大。
有机负荷率（organic Loading Rate，OLR）是衡量厌氧消化系统生物转化能力的重要指标。增加反应器中的TS，即提高OLR可以相应地减少反应器体积，但OLR不是越高越好，过载后容易引起酸化，降低生物气产率，最终导致消化失败。因此在厌氧消化过程中应选择合适的OLR。
1.2.6搅拌
搅拌的目的是使新鲜的物料与细菌混合、消泡，避免消化罐内温度不均匀，还可以使反应产生的气体迅速排出，但是过于频繁的搅拌会破坏菌群的正常繁殖。因此搅拌频率要依反应罐内混合物含量而定。对于固体状态的物料，可以通过循环浸出液的方式来代替搅拌效果。对于不同类型的反应器和TS应该选择相应的搅拌方式、搅拌强度和搅拌时间，美国环保署推荐的搅拌强度是5.26-7.91W/m3。
1.3城市生活垃圾厌氧消化残余物的利用
城市生活垃圾进行厌氧消化处理后剩余的是沼液和沼渣。沼液和沼渣中含有丰富的营养成分，其应用非常广泛，可用于农业生产的各个领域，沼液可以喂猪、浸种、灭虫；沼渣可以喂鱼、育菇、作生化饲料，还可以作为土壤改良剂。
2城市生活垃圾厌氧消化工艺的类型及应用实例
2.1城市生活垃圾厌氧消化工艺类型
根据消化级数和运行连续性，BOFW的厌氧消化分为：单级厌氧消化、两级厌氧消化和间歇式厌氧消化。单级厌氧消化采用一个反应器，产酸相和产甲烷相均在这个反应器中完成。两级厌氧消化是为了优化产酸和产甲烷菌各自的条件以提高整体消化效率，将两个阶段分别在不同的反应器中完成。第一个反应器用于水解／液化-产酸，其限速步骤是纤维素的水解；另一个反应器用于产甲烷，其限速步骤是产甲烷菌的生长。间歇式厌氧消化最早是以反应器填埋的形式出现，目前，有二种间歇式消化工艺：单级间歇式系统、序批式系统和组合式间歇-UASB系统，见图二。
根据TS不同，有机垃圾的厌氧消化还可以分为湿式厌氧消化（TS低于10%）、中固体厌氧消化（TS为10%-20%）和高固体厌氧消化（TS为20%-40%）。

图二间歇式厌氧消化系统
2.2城市生活垃圾厌氧消化工艺应用实例
2.2.1单级厌氧消化
单级厌氧消化包括单级湿式厌氧消化和单级高固体厌氧消化。
单级湿式厌氧消化工艺简单，采用的反应器主要是连续搅拌罐式反应器（continuously stirred tank reactor，CSTR），以一定的速率进出料，根据不同的原料类型和消化温度，停留时间一般为14-28d。典型的工艺为芬兰的Wassa工艺、德国的EcoTec工艺和佛罗里达州的SOLCON工艺等。Wassa工艺的TS为10%-15%，年处理量为3000-8500t：中温消化的停留时间为20d，高温消化的停留时间为10d。MS-BOFW SW的OLR（相对于VS）为9.7kg/（m3•d），而SS-BOFW SW的OLR（相对于VS）为6kg/（m3•d），每吨VS产甲烷率为170-320Nm3，VS去除率40%-75%。