影響幹式厭氧發酵技術的六大因素

幹式發酵是指以有機廢棄物為(wei) 原料（幹物質濃度在25%以上），利用水解產(chan) 酸菌、產(chan) 氫產(chan) 乙酸菌和產(chan) 甲烷菌將其分解為(wei) CH₄、CO₂、H₂S等氣體(ti) 的發酵工藝。由於(yu) 固體(ti) 濃度太高難以采用連續投料或半投料的投料方式，絕大數均采用批量投料。紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200係列。

一、幹式厭氧發酵技術的應用範圍

1.城市生活垃圾

組成：食物殘渣，廢紙，玻璃、陶瓷、塑料、金屬製品等廢物，煤灰渣及糞便等。

特性：組分複雜且隨季節、場合而異；食品殘渣的比例需達到60%以上，尚未實現分類收集，用於(yu) 堆肥時需經分選。

2.禽畜糞便

組成：雞、鵪鶉、鴨、鵝等禽糞尿；豬、羊、牛等畜糞尿；兔、蠶、蚯蚓等其他動物糞尿及衝(chong) 刷廢水。

特性：有惡臭，孽生蚊蠅且攜帶大量病菌及蟲卵，但有機質、N、P、K及微量元素豐(feng) 富，C/N比較低，適合用作堆肥、飼料和產(chan) 沼的原料。可直接用作土壤改良劑，促進作物增產(chan) 。

3.汙泥

組成：沉砂池沉渣、浮渣、初沉汙泥、二沉池汙泥、活性汙泥、消化汙泥以及造紙汙泥、煉油汙泥等。

特性：易於(yu) 腐化發臭、含水率高且不易脫水；有機物含量約50%，植物營養(yang) 素豐(feng) 富，可用作土壤改良劑和堆肥原料，但需除去其中重金屬、有機汙染物、病原菌、寄生蟲等有害成分。

4.農(nong) 產(chan) 品及其加工廢物

組成：麥秸、稻草、玉米稈、樹葉、雜草、木屑、玉米芯、豆莢、花生殼、棉籽殼、穀殼、棉稈、鋸末等。

特性：以碳水化合物為(wei) 主，種類多、數量大、廉價(jia) 易得，是微生物良好的營養(yang) 物質和堆肥理想原料；物化性質良好，適宜用作工業(ye) 原料，幹燥後熱值高，燃燒清潔，灰分用途廣泛。

5.廚餘(yu) 和泔腳

組成：米和麵粉類食品殘餘(yu) ，蔬菜、肉骨、魚刺、瓜皮、果皮果殼、菜葉、剩飯、剩菜及廢餐具、餐巾紙等。

特性：有機物含量高、熱值低、易腐；含水率在80%左右；組成簡單，毒害物質含量較少；營養(yang) 成分豐(feng) 富；來源複雜，需適當處理以截斷病原菌，適用於(yu) 堆肥產(chan) 沼。

6.食品工業(ye) 廢渣

組成：麥麩、糟渣、蔗渣、骨粉、濾泥、糠醛渣、劍麻渣、食用菌渣等。

特性：產(chan) 量大，可集中處理；營養(yang) 元素全麵，雜質少，適於(yu) 用作飼料，堆肥原料和厭氧發酵產(chan) 沼。

7.高濃度有機廢水

組成：酒精、味精、發酵、屠宰、製糖、養(yang) 殖、化工、食品行業(ye) 的有機廢水。

特性：COD含量高；廢水中含有豐(feng) 富的微生物菌群，其成分類似於(yu) 生物有機肥菌種，可與(yu) 秸稈、糞便一起生產(chan) 有機生態肥。紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200係列。

二、影響幹式厭氧發酵工藝的主要因素

厭氧發酵產(chan) 氣量的多少、運行的穩定性以及CH₄含量的高低與(yu) 發酵過程中工藝條件的控製密切相關(guan) 。由於(yu) 發酵原料幹物質濃度高導致進料難、傳(chuan) 熱傳(chuan) 質不均勻、酸中毒等問題成為(wei) 幹式厭氧發酵工藝的技術難點，對此國內(nei) 外都進行了深入的研究，其中有研究表明影響幹式厭氧發酵產(chan) 氣性能穩定運行的主要因素包括：底物組成、底物預處理、接種物、有機負荷、pH值和溫度以及攪拌等。紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200係列。

1.底物組成

由於(yu) 底物本身特性的不同，發酵產(chan) 生的沼氣產(chan) 量相差較大，眾(zhong) 多研究表明：厭氧發酵底物的C/N比值以20~30為(wei) 宜，過高與(yu) 過低均會(hui) 影響底物產(chan) 氣量或產(chan) 氣速率。C/N比過高，發酵過程有機酸會(hui) 大量累積；C/N比過低，有機物的分解會(hui) 受到抑製，同時會(hui) 產(chan) 生大量的NH₃抑製產(chan) 甲烷菌的活性。

2.底物預處理

對於(yu) 固體(ti) 含量高的有機廢棄物的厭氧發酵，底物的水解階段是在整個(ge) 厭氧發酵過程的限速階段。底物的水解速率除了和自身特性有關(guan) 外，還與(yu) 其物理結構、性狀以及底物與(yu) 水解酶接觸難易程度有關(guan) 。通過一定的預處理技術減少底物的顆粒直徑、改善底物與(yu) 酶的親(qin) 和能力等，不僅(jin) 可以促進有機物的分解，而且還可以為(wei) 微生物生長繁殖創造適宜的環境，增大微生物與(yu) 發酵底物的接觸麵積，同時可以顯著地提高底物水解速率和產(chan) 氣量。

目前比較常見的預處理方法有物理預處理法、化學預處理法和生物預處理法。

1）物理預處理法

物理預處理法是通過改變底物物理特性促進厭氧發酵，主要方法有切碎、研磨、浸泡、冷凍、微波、超聲波、蒸汽爆破、脈衝(chong) 等。

2）化學預處理法

化學預處理法可以促進複雜有機物質降解轉變為(wei) 易於(yu) 生物降解的小分子物質，如葡萄糖、乙酸等，從(cong) 而提高產(chan) 氣效率，通常是酸、堿法。

酸水解法可以破壞秸稈中纖維素的晶體(ti) 結構，使秸稈變得疏鬆，但高濃度的酸會(hui) 產(chan) 生對沼氣發酵有抑製作用的副產(chan) 品，如糠醛等。堿水解法的機理是利用堿破壞木質素的醚鍵、皂化半纖維素和木質素之間的酯鍵，從(cong) 而削弱纖維素、半纖維素內(nei) 部氫鍵的結合，使纖維素水解膨脹，結晶度降低，並且半纖維素在堿的作用下溶解，有利於(yu) 生物質秸稈的酶解。

3）生物預處理方法

生物預處理法主要是利用微生物產(chan) 生胞外酶等物質預先水解底物，具體(ti) 反應體(ti) 係條件溫和、對木質素的降解具有專(zhuan) 一性、反應過程能耗較低、對環境產(chan) 生汙染較少等優(you) 點。

3.接種物

在幹式厭氧發酵過程中，由於(yu) 固體(ti) 濃度高，加入足夠所需的微生物作為(wei) 接種物是極其重要的，甚至關(guan) 係到幹發酵的成敗。接種物的來源、富集培養(yang) 方式及添加比例對厭氧發酵影響很大。一般情況下，厭氧幹法發酵時菌種與(yu) 發酵原料的比例為(wei) 1:5左右，若能達到3:10以上，可以提高產(chan) 氣率和沼氣中CH₄的百分比。

4.有機負荷

有機負荷時厭氧消化係統中生物轉化能力的度量。如果有機負荷過大，會(hui) 造成揮發性有機酸的積累，形成“酸中毒”現象，不利於(yu) 產(chan) 生CH₄微生物的生長繁殖；但如果過小，處理效率將大大降低，造成資源量費。研究表明：在TS濃度為(wei) 20%~50%的情況下，能正常產(chan) 出CH₄。隨著TS濃度的增高，產(chan) CH₄量逐漸降低：在TS濃度為(wei) 20%~40%範圍內(nei) 降低幅度不大；在TS濃度為(wei) 50%時，產(chan) CH₄量大大降低。

5.pH值及溫度

厭氧發酵係統中產(chan) 酸菌可以在pH為(wei) 5.5~8.5範圍內(nei) 良好生長，而產(chan) 甲烷菌對pH變化非常敏感，低於(yu) 5.5就會(hui) *受到抑製。幹式厭氧發酵的適宜pH範圍為(wei) 6.8~7.4，低於(yu) 6.4或者高於(yu) 7.6都會(hui) 對產(chan) 氣有抑製作用。因此，發酵體(ti) 係的pH值應維持在6.5~7.8範圍內(nei) 。

發酵溫度也是影響沼氣幹發酵的重要因素，溫度與(yu) 有機物分解過程有密切，在一定溫度範圍內(nei) ，溫度越高，原料有機物分解越快。30~35℃（中溫）與(yu) 50~55℃（高溫）是厭氧發酵的2個(ge) 適宜溫度段。研究表明：中溫厭氧發酵工藝所需熱量少，運行穩定，便於(yu) 管理，較適宜幹式厭氧發酵工藝。

6.攪拌

在配料不當或者原料濃度較高的情況下，常會(hui) 在啟動階段發生pH劇烈下降的現象，即“酸中毒”。攪拌能夠避免裝置中原料局部酸積累，使發酵原料分布均勻，增加微生物與(yu) 原料的接觸和反應，擴大活性層，同時防止大量原料浮麵結殼、原料利用率降低、產(chan) 生的沼氣釋放不出來等問題。

三、幹式厭氧發酵的主要工藝

國外對沼氣幹發酵技術的研究比我國早，整體(ti) 技術水平較我國。從(cong) 20世紀40年代起，德國、法國和阿爾及利亞(ya) 就開始運用批量式沼氣幹發酵技術。20世紀80年代，德國、荷蘭(lan) 、瑞士、布基納法索、尼日爾等國家對沼氣幹發酵進行了深入的研究。20世紀90年代，德國大量資助新型的間歇式幹式發酵技術研究，在90年代末，該項工藝和裝備通過了中試，並於(yu) 2002年生產(chan) 出產(chan) 業(ye) 化裝備，投入實際運行。目前國外的沼氣幹式發酵技術已經成熟，如車庫型幹發酵係統、氣袋型幹發酵係統、幹濕聯合型發酵係統、滲濾液儲(chu) 存桶型幹發酵係統等大型沼氣幹發酵係統，已投入生產(chan) 性應用以及規模化的沼氣生產(chan) 。紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200係列。

國外部分幹式厭氧發酵工藝技術對比

（來源：公眾(zhong) 號@沼氣圈）