中国新技术新产品

２００８ＮＯ．０９

（下）

ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ

高新技术

中国新技术新产品

结束语

从上面的模型数据和实际数据应用效果和效

率我们可以得出以下结论

：

１新编写的快速ＴＡＵＰ变换模块计算结果正

确。

２新模块的ＴＸ域算法比ＦＯＣＵＳ模块快１．３

倍左右

，

ＦＫ域算法比ＦＯＣＵＳ模块快３倍左右。

参考文献

［１］渥・伊尔玛兹．地震数据处理［Ｍ］．北京：石油出版社，
１９９４．
［２］ＫｅｎＨＭ，ＤｉｃｋＰ，ＡｒｔｈｕｒＢ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ

ｔｈｒｅｅｍｕｌ２
ｔｉｐｌｅ─ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｐｐｌｉｅｄｔｏａｈａｒｄｗａ－
ｔｅｒ─ｂｏｔｔｏｍ
ｄａｔａｓｅｔ［Ｊ］，ＴｈｅＬｅａｄｉｎｇＥｄｇｅ，１９９９，１８（１）：１２０─１２６．
［３］牟永光．地震勘探资料数字处理方法［Ｍ］．北京：石

油工出版社

，１９８１年．

有机固体废物处理处置与资源化技术

１厌氧消化机理
２０世纪３０年代，厌氧消化被概括地划分为

产酸阶段和产甲烷阶段

，即两阶段理论。

７０年代

初

Ｂｒｙａｎｔｌｚｇｌ等人对两阶段理论进行了修正，提

出了厌氧消化的三阶段理论

，突出了产氢产乙

酸菌的地位和作用。与此同时

，

Ｚｅｉｋｕｓｌａｏ等人提

出了厌氧消化的四类群理论

，反映了同型产乙

酸菌的作用。该理论认为厌氧发酵过程可分为
四个阶段

，第一阶段（水解阶段）：将不溶性大分

子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸

；第

二阶段

（酸化阶段）：发酵细菌将水溶性低脂肪

酸转化为

Ｈ２、ＣＨ３０００Ｈ、ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ等，酸化阶

段料液

ｐＨ值迅速下降；第三阶段（产氢产乙酸

阶段

）：专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧

化作用

，生成

Ｈ２、ＨＣＯ３－、ＣＨ３ＣＯＯＨ。同型产乙

酸细菌将

Ｈ２、ＨＣＯ３－转化为ＣＨ３ＣＯＯＨ，此阶段

由于大量有机酸的分解导致

ｐＨ值上升；第四阶

段

（甲烷化阶段）：产甲烷菌将乙酸转化为ＣＨ４和

ＣＯ２，利用Ｈ２还原ＣＯ２成ＣＨ４，或利用其他细

菌产生甲酸形成

ＣＨ４。无论是三阶段理论，还是

四类群理论

，实质上都是对两阶段理论的补充

和完善

，较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代

谢菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动
态平衡关系

，阐明了复杂有机物厌氧消化的微

生物过程。

２厌氧消化影响因素
２．１底物组成：研究发现不同底物组成，其

可生化降解性大不相同

（

５％～９０％）。Ｂｏｒｊａ等研

究了不同底物组成和浓度的有机固废的厌氧消
化过程

，认为在其他条件相同时沼气产量相差

很大

，甚至达到

６５％。这个结果与Ｊｏｋｅｌａ等的研

究所得基本一致。另外

，底物组成不同

，在发酵过

程中的营养需求与调控也不同。对于像以秸秆
为主的底物

，须补充

Ｎ源的营养，以达到厌氧消

化适宜的

Ｃ／Ｎ比。

２．２温度：有机固废厌氧消化一般在中温或

高温下进行

，中温的最佳温度为３５℃左右，高温

为

５５℃左右。Ｇｈｏｓｈ等利用厌氧消化处理垃圾衍

生燃料

（ＲＤＦ），对比了单相式和两相式反应器的

处理效果

，发现在传统单相式反应器中高温

（５５℃）比常温（３５℃）消化的甲烷产量仅提高７％；
ＲＤＦ粒径从２．１ｍｍ降至１．１ｍｍ在中温消化下对

甲烷产量无明显影响

，但当反应条件转变为高

温消化时甲烷产量可提高

１４％。高温消化可以

比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反
应器容积。然而高温消化所需热量多

，运行也不

稳定。最近有研究表明厌氧消化在

６５℃时水解

活性可进一步提高。还有将超高温水解作为一

个专门的反应器

，对厌氧消化进行处理研究。高

温可以比中温产能多

，但高温需要更多的能量，

在实际情况中加热所需的能量往往与多产出的
能量差不多。虽然沼气产量和生物反应动力学
都表明高温消化更有优势

，但理想的条件决定

于底物类型和使用的系统情况。

２．３ｐＨ值：产甲烷菌对ｐＨ值的要求非常严

格

，

ｐＨ值的微小波动有可能导致微生物代谢活

动的终止。在发酵初期由于产生大量有机酸

，若

控制不当容易造成局部酸化

，延长发酵周期，进

而破坏整个反应体系。研究发现

ｐＨ值为６．６～

７．８范围内，水分含量为９０％～９６％时产甲烷速率

较高

；

ｐＨ值低于６．１或高于８．３时，产甲烷菌可

能会停止活动。

Ｓａｌｍｉｎｅｎ指出渗滤液回流与ｐＨ

值调节相结合可以降低酸积累的抑制效应

，加

速消化降解速率。然而当系统中活性产酸菌和
产甲烷菌数量较少时

，回流渗滤液会引起

ＶＦＡ

积聚。

Ｃｌａｒｋｓｏｎ和Ｘｉａｏ对废报纸进行厌氧消化

的研究发现

，水解反应是其中限制性步骤，高浓

度的丙酸盐对其具有抑制作用。

２．４搅拌：当消化底物为固态时，水解通常

成为整个反应的限制性阶段。很多经典文献中
强调了消化过程中应充分混和搅拌以促进反应
器中酶和微生物的均匀分布。然而近年来有试
验表明降低搅拌程度可以提高反应器的效率。

ＶａｖｉｌｉｎＶ．Ａ．研究常温消化下搅拌强度的影响，

试验表明当有机负荷偏高时

，搅拌强度加大会

导致反应器运行失败

，低强度搅拌是消化过程

顺利完成的关键

；当有机负荷偏低时，搅拌强度

对反应无明显影响。由此

ＶａｖｉｌｉｎＶ．Ａ．提出搅拌

阻碍反应器中甲烷区形成的假设

，认为甲烷区

的形成对抵抗酸化过程中产生的抑制起重要作
用。在此基础上他提出了均质柱形反应器的二
维分布式模型

（

２Ｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍｏｄｅｌｓ），模型基

于以下假设

：在维持产甲烷菌繁殖代谢处于较

优水平的前提下

，反应器中甲烷区所占空间存

在一个最小值。通过对消化过程的模拟

，认为有

机负荷高时

，反应初始阶段甲烷区与产酸区在

空间上分离是固废物转化为甲烷的关键因素

，

而初始阶段甲烷区中生物量的多少则是这些活
性区保留的决定性因素。此时如果高强度搅拌

，

甲烷区由于

ＶＦＡ的抑制作用会逐渐萎缩直至消

失。然而当有机负荷偏低时

，大部分甲烷区均能

幸存并逐步扩大到整个反应器。

２．５预处理：目前对固态厌氧消化底物的物

理和化学预处理方法研究较多

，对生物预处理

的研究则较少。

Ｐｅｔｅｒ等从高温反应器中分离到

能分解有机固体废物的嗜温微生物

，用该微生物

对污水污泥进行预处理

，在１～２ｄ内近４０％的有

机物被分解

，而且与没有经过该预处理相比，厌

氧消化过程中沼气产量提高

５０％；Ｅｊｌｅｒｔｓｓｏｎ研

究表明

，在消化开始阶段进行间歇曝气能有效

去除易降解的固废

，克服高浓度

ＶＦＡ带来的抑

制问题

；

Ｍｓｈａｎｄｅｔｅ等研究了纸浆厌氧发酵系统

中

，启动阶段进行

９ｈ堆肥预处理后甲烷产量提

高

２６％；Ｋａｔｓｕｒａ和Ｈａｓｅｇａｗａ进行了类似的预处

理研究

，对污泥进行微好氧热处理后甲烷产量

提高

５０％。研究者认为高温好氧菌分泌的胞外

酶比一般蛋白酶在溶解污泥方面更具活性。

３厌氧消化工艺

厌氧消化处理固体废物

，通过技术革新逐

步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发
酵、两相厌氧消化等为主的工艺形式。

湿式完全混合厌氧消化工艺

（即湿式工艺）

的应用最早也最为广泛。此工艺条件下固体浓
度维持在

１５％以下，其液化、酸化和产气３个阶

段在同一个反应器中进行

，具有工艺过程简单、

投资小、运行和管理方便的优点。这种工艺条件
下浆液处于完全混合的状态

，容易受到氨氮、盐

分等物质的抑制

，因此产气率较低。

厌氧干发酵又称高固体厌氧消化

，在传统

的厌氧消化工艺中固体含量通常较低

，而高固

体消化中固体含量可达到

２０％～３５％。高固体厌

氧消化主要优点是单位容积的产气量高、需水
量少、单位容积处理量大、消化后的沼渣不需脱
水即可作为肥料或土壤调节剂。随着固体浓度
的加大

，干发酵工艺中需设计抗酸抗腐蚀性强

的反应器

，同时还得解决干发酵系统中输送流

体粘度大以及高固体浓度带来的抑制问题。

结语

：我国目前在有机垃圾厌氧消化工程应

用方面的研究很少

，厌氧消化的研究主要集中

在水处理方面。各种厌氧发酵工艺实际应用中
所存在的最大问题是规模化运行的自动化程度
较低

，技术装备差。因此，对厌氧消化的最佳生

物转化条件、生态微环境以及设计完善的过程
控制系统等方面

，还需要进一步深入研究，以达

到最佳的处理效果。

参考文献

［１］蔡振明高爱忠祁梦兰．固体废物的处理与处

置

［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９３．２４８－２５０．

［２］赵秦生胡海南．新材料与新能源［Ｍ］．北京：轻

工业出版社

，１９８７．４２５－４５５．

摘

要

：有机固体废物通常是指含水率低于８５％～９０％可生化降解的有机废物，它们一般具有可生化降解性。这些废物中蕴含着大量的生物

质能

，有效利用这类生物质能源，对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。

关键词

：厌氧消化；有机固体废物；两相消化

７

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