常見(jiàn)的幾種厭氧發(fā)酵工藝分類(lèi)匯總

環(huán)保網(wǎng)訊:厭氧發(fā)酵工藝是一種產(chǎn)能又環(huán)保的生物處理工藝，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于禽畜糞污、廢水、有機(jī)固體垃圾處理等領(lǐng)域。厭氧發(fā)酵工藝類(lèi)型較多，從不同的角度可以將厭氧發(fā)酵工藝分為以下幾類(lèi)：根據(jù)發(fā)酵溫度的不同可分為常溫、中溫和高溫發(fā)酵；按照投料運(yùn)轉(zhuǎn)方式可分為連續(xù)和序批式發(fā)酵；按照發(fā)酵物料中固含量的多少可分為濕式和干式厭氧發(fā)酵；按照反應(yīng)是否在同一反應(yīng)器進(jìn)行分為單相和兩相厭氧發(fā)酵。

一、常溫、中溫和高溫發(fā)酵

溫度主要是通過(guò)影響對(duì)厭氧微生物細(xì)胞內(nèi)某些酶的活性而影響微生物的生長(zhǎng)速率和微生物對(duì)基質(zhì)的代謝速率，從而影響厭氧生物處理工藝中污泥的產(chǎn)量，有機(jī)物的去除速率，反應(yīng)器所能達(dá)至的處理負(fù)荷，有機(jī)物在生化反應(yīng)中的流向，某些中間產(chǎn)物的形成，各種物質(zhì)在水中的溶解度，及沼氣的產(chǎn)量和成分等。

常溫發(fā)酵一般是物料不經(jīng)過(guò)外界加熱直接在自然溫度下進(jìn)行消化處理，發(fā)酵溫度會(huì)隨著季節(jié)氣候晝夜變化有所波動(dòng)。常溫發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單造價(jià)低廉，但是其缺點(diǎn)是處理效果和產(chǎn)氣量不穩(wěn)定。

中溫發(fā)酵溫度在30℃～40℃之間，中溫發(fā)酵加熱量少，發(fā)酵容器散熱較少，反應(yīng)和性能較為穩(wěn)定，可靠性高，如果物料有較好的預(yù)處理，會(huì)提高反應(yīng)速度和氣體發(fā)生量；受毒性抑制物阻害作用較小，受抑制后恢復(fù)快，會(huì)有浮渣、泡沫、沉砂淤積等問(wèn)題，對(duì)浮渣、泡沫、沉砂的處理是工藝難點(diǎn)，其諸多優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛的應(yīng)用并有很多的成功案例。

高溫發(fā)酵溫度在50℃～60℃之間，需要外界持續(xù)提供較多的熱量，高溫厭氧消化工藝代謝速率、有機(jī)質(zhì)去除率和致病細(xì)菌的殺滅率均比中溫厭氧消化工藝要高，但是高溫發(fā)酵受毒性抑制物阻害作用大，受抑制后很難恢復(fù)正常，可靠性低；高溫厭氧產(chǎn)氣率比中溫厭氧稍有提高，提高的是雜質(zhì)氣體的量，但沼氣中有效成分甲烷的含量并沒(méi)有提高，限制的高溫厭氧的應(yīng)用；高溫發(fā)酵罐體及管路需要耐高溫耐腐蝕性能好的材料，運(yùn)行復(fù)雜，技術(shù)含量高。

二、連續(xù)發(fā)酵和序批式發(fā)酵

連續(xù)發(fā)酵是從投加物料啟動(dòng)以后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)酵穩(wěn)定以后，每天連續(xù)定量的向發(fā)酵罐內(nèi)添加新物料和排出沼渣沼液。序批式發(fā)酵就是一次性投加物料發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中不添加新物料，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束以后，排出殘余物再重新投加新物料發(fā)酵，一般進(jìn)料固體濃度在15%~40%之間。

研究表明，對(duì)于處理高木質(zhì)素和纖維素的物料，若在動(dòng)力學(xué)速率低、存在水解限制時(shí)，序批式反應(yīng)器比全混式連續(xù)反應(yīng)器處理效率高。且序批式發(fā)酵水解程度更高，甲烷產(chǎn)量更大，投資連續(xù)式進(jìn)料系統(tǒng)減少約40%。雖然序批式進(jìn)料處理系統(tǒng)占地面積比連續(xù)進(jìn)料處理系統(tǒng)大，但由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于控制、對(duì)粗大的雜質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，投資少，適合于在發(fā)展中國(guó)家推廣應(yīng)用。

三、濕式發(fā)酵和干式發(fā)酵

濕式發(fā)酵是以固體有機(jī)廢物（固含率為10%~15%）為原料的沼氣發(fā)酵工藝。干式發(fā)酵是以固體有機(jī)廢物（固含率為20%~30%）為原料，沒(méi)有或幾乎沒(méi)有自由流動(dòng)的條件下進(jìn)行的沼氣發(fā)酵工藝，是一種新生的廢物循環(huán)利用方法。

濕式發(fā)酵系統(tǒng)與廢水處理中的污泥厭氧穩(wěn)定化處理技術(shù)相似，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中有很多問(wèn)題需要考慮，特別是對(duì)于城市生活垃圾，分選去除粗糙的硬垃圾，及將垃圾調(diào)成充分連續(xù)的漿狀的預(yù)處理過(guò)程等。為達(dá)到既去除雜質(zhì)，又保證有機(jī)垃圾正常處理，需要采用過(guò)濾、粉碎、篩分等復(fù)雜的處理。

這些預(yù)處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致15%~25%的揮發(fā)性固體損失。漿狀垃圾不能保持均勻的連續(xù)性，因?yàn)樵谙^(guò)程中重物質(zhì)沉降，輕物質(zhì)形成浮渣層，導(dǎo)致反應(yīng)器中形成兩種明顯不同密度的物質(zhì)層，重物質(zhì)在反應(yīng)器底部聚集可能破壞攪拌器，必須通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的水力旋流分離器或者粉碎機(jī)去除。

而干式發(fā)酵系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：

其一，生物反應(yīng)在高固含率條件下進(jìn)行；

其二，輸送、攪拌；

其三，反應(yīng)啟動(dòng)條件苛刻，在運(yùn)行中存在著很高的不穩(wěn)定性。

但是在法國(guó)、德國(guó)己經(jīng)證明對(duì)于機(jī)械分選的城市生活有機(jī)垃圾的發(fā)酵采用干式系統(tǒng)是可靠的。且與濕式發(fā)酵相比，又有明顯的優(yōu)勢(shì)：

其一，干發(fā)酵TS通常在15%以上，含水量較少，使得有機(jī)質(zhì)濃度也較高，從而提高了容積產(chǎn)氣率；

其二，后處理容易，幾乎沒(méi)有廢水的排放，且發(fā)酵后的剩余物中只有沼渣，可直接作為有機(jī)肥利用；產(chǎn)生的沼氣中含硫量低，無(wú)需脫硫，可直接利用；

其三，運(yùn)行費(fèi)用低，過(guò)程穩(wěn)定，干發(fā)酵工藝不會(huì)存在如濕法發(fā)酵中出現(xiàn)的浮渣、沉淀等問(wèn)題。

干式發(fā)酵技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外廣大研究者的關(guān)注，使其在處理城市生活垃圾和農(nóng)林殘余物等方面得到了廣泛的重視。也使得干式發(fā)酵技術(shù)成為厭氧發(fā)酵研究的熱點(diǎn)。

四、單相發(fā)酵和兩相發(fā)酵

單相發(fā)酵工藝是產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在同一反應(yīng)器中進(jìn)行。兩相發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)了生物相的分離，使微生物在各自最佳生長(zhǎng)條件下發(fā)酵。

單相發(fā)酵工藝會(huì)受沖擊負(fù)荷或環(huán)境條件的變化的影響，導(dǎo)致氫分壓增加，從而引起丙酸積累。而生物相分離后，產(chǎn)酸相可有效去除了大量氫，提高整個(gè)兩相厭氧生物處理系統(tǒng)的處理效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。

相對(duì)于兩相發(fā)酵工藝，單相發(fā)酵工藝投資少，操作簡(jiǎn)單方便，因而當(dāng)前約70%的發(fā)酵工藝采用的是單相發(fā)酵工藝。但是，兩相發(fā)酵工藝處理城市生活垃圾有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如，可以單獨(dú)控制兩個(gè)不同反應(yīng)器的條件，以使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在各自最適宜的環(huán)境條件下生長(zhǎng)；也可以單獨(dú)控制它們的有機(jī)負(fù)荷率（OLR）、水力停留時(shí)間（HRT）等參數(shù)，提高微生物數(shù)量和活性，從而縮減HRT，提高系統(tǒng)的處理效率。

兩相發(fā)酵工藝目前的研究多集中在如何將高效厭氧反應(yīng)器和兩相發(fā)酵工藝有機(jī)的結(jié)合，兩相發(fā)酵工藝的反應(yīng)器可以采用任何一種厭氧生物反應(yīng)器，如厭氧接觸反應(yīng)器、厭氧生物濾器、UASB、EGSB、UBI、ABR或其它厭氧生物反應(yīng)器，產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相所采用的反應(yīng)器形式可以相同，也可以不相同。

目前，實(shí)現(xiàn)相分離的途徑可以歸納為化學(xué)法、物理法和動(dòng)力學(xué)控制法。最簡(jiǎn)便、最有效，也是應(yīng)用最普遍的方法是動(dòng)力學(xué)控制法，該方法是利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長(zhǎng)速率上的差異，控制兩個(gè)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷率，水力停留時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)相的有效分離。但必須說(shuō)明的是：兩相的徹底分離是很難實(shí)現(xiàn)的。只是在產(chǎn)酸相，產(chǎn)酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，而在產(chǎn)甲烷相，產(chǎn)甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)菌種。

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