厌氧发酵基本原理

厌氧发酵是垃圾中的有机物在特定的厌氧环境下，多种微生物对有机质进行分解，最后将其中的碳以甲烷和二氧化碳的形式释放出来的过程，其主要反应：

根据微生物作用的不同及产物的不同，垃圾厌氧发酵通常分为4个阶段，见表2。

表2垃圾厌氧发酵4个阶段的微生物和产物

垃圾厌氧发酵技术

垃圾厌氧发酵技术是从城市污水处理厂对污泥的厌氧消化处理技术发展而来的，它是将垃圾放置在可加温和搅拌的密封反应器(消化池)内完成反应过程，从而有效缩短发酵周期，并保证垃圾渗沥液和产生的气体不泄漏于环境中。垃圾厌氧发酵产出的气体主要为生物气，可用于发电。

20世纪70年代后期，第一个具有生产规模的厌氧堆肥厂在美国的佛罗里达州建成。随着垃圾分类收集的开展，厌氧发酵在美洲特别是欧洲得到很大发展。根据De Baere的资料，欧洲垃圾总的厌氧处理量由1990年的12.2万t/a发展到2000年的100万t/a，增长了720%。欧洲的有机垃圾量有四分之一是经厌氧处理的。部分厌氧发酵工程实例见表1。

表1垃圾厌氧发酵工程实例

厌氧发酵工艺流程

厌氧发酵工艺主要用来处理有机生活垃圾。在垃圾混合收集的情况下，厌氧发酵工艺首先需要进行预处理，以分离不可发酵部分。对于分类收集的垃圾，由于分类的不彻底，往往也需要预处理。因此，厌氧发酵工艺一般由分选预处理、厌氧发酵、后处理(沼气利用、残渣堆肥等)3部分组成，其主要工艺流程见图l。

图1垃圾厌氧发酵工艺流程

厌氧发酵分类

根据不同的评价指标，厌氧发酵有很多不同的方法。在实际应用中，通常根据待处理废物中有机固体含水量大小分为干法和湿法两大类。干法发酵要求垃圾的含固率一般为24%～40%[41，基本上保持了经分选预处理后的生活垃圾的原始状态，因此对进料的预处理要求比湿法简单，一般不需要再给垃圾加水，但干法为了满足废物高黏度的需求，所需设备往往比湿法昂贵。另外，干法发酵产生的废水量很少，废水处理所需费用较少。

湿法发酵垃圾的含固率一般10%～15%，需要给垃圾加大量的水，所产生的废水比较多。由于湿法中的浆液处于完全混合的状态，因此更容易受到氨氮、盐分等物质的抑制。

干法和湿法发酵产生沼气量基本相等，由于干法发酵含固率高，其反应器的容积负荷比湿法大，但湿法发酵由于物料处于完全混合状态，更利于微生物的接触，有些情况下反而比干法需要更小的反应器容积。我国城市生活垃圾经分选后，需处理的垃圾中含有30%以上的干物质成分，因而更适于采用干法发酵工艺，而餐厨垃圾含水率较高，一般可达85%以上，故适于利用湿法发酵工艺进行处理。表3给出了典型干法和湿法发酵的一些参数对比。

由表3看出，干法和湿法发酵工艺产气效率是一样的，容积负荷率也相差不大，但湿法发酵需水量大，产生的废水量也大很多，而且湿法发酵的分选预处理要求较高，进入发酵反应器的垃圾仅占总垃圾量的40%。但湿法的发酵产物较少，而且由于分选彻底，湿法发酵产物的质量要高于干法发酵。

表3干法与湿法发酵比较

我国的城市生活垃圾管理正逐步从单纯的末端处理向源头治理和综合管理的方向发展，在全球能源紧缺和科技高度发达的今天，城市生活垃圾是可以加以利用的宝贵资源。随着人民生活水平的提高和垃圾分类收集工作的推广，采用厌氧发酵技术处理城市生活垃圾将成为一个非常重要的垃圾资源化处理方式。

针对我国目前混合收集的城市生活垃圾，经分选预处理后的有机部分宜采用干法厌氧发酵工艺，对于餐厨垃圾、庭院垃圾、粪便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用湿法发酵工艺。