有机垃圾厌氧消化技术进展

1.有机垃圾厌氧消化技术进展：厌氧消化又称甲烷发酵或沼气发酵。在高浓度有机废水与畜禽粪便处理过程中,利用厌氧消化技术不但省能而且可以产能。因此,该技术引起了国际上的普遍重视。在相当长的一段时间内，厌氧消化在理论、技术和应用上远远落后于好氧生物处理的发展。20世纪60年代以来，世界能源短缺问题日益突出，这促使人们对厌氧消化工艺进行重新认识，并对处理工艺和反应器结构的设计以及甲烷回收进行了大量研究，使得厌氧消化技术的理论和实践都有了很大进步，使之得到广泛应用。厌氧消化具有下列优点：无需搅拌和供氧，动力消耗少；能产生大量含甲烷的沼气，是很好的能源物质，可用于发电和家庭燃气。厌氧生物过程一直广泛地存在于自然界中，但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物，则是在1881年由法国的Louis.Mouras所发明的“自动净化器”开始的。1895年Donald设计了世界上第1个厌氧化粪池。1896年英国出现了第1座用于处理生活污水的厌氧消化池。1904年德国的Imhoff将其发展成为Imhoff双层沉淀池(即隐化池)。20世纪30年代，Thumm.ReichieImhoff提出了厌氧消化的两阶段理论，经Buswell.NeaVe完善而成的，从而使得厌氧消化反应有了理论指导。20世纪40年代在澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧消化池,改善了厌氧污泥与废水的混合,提高了处理效率。但在本质上,反应器中的微生物(即厌氧污泥)与废水或废料是完全混合在一起的,污泥在反应器里的停留时间(SRT)与废水的停留时间(HRT)是相同的,因此污泥在反应器里浓度较低,处理效果差。废水在反应器里要停留几天到几十天之久。此时的厌氧处理技术主要用于污泥与粪肥的消化,它尚不能经济地用于工业废水的处理。Schroepfer在20世纪50年代开发了厌氧接触反应器。这种反应器是在连续搅拌反应器的基础上于出水沉淀池中增设了污泥回流装置,使部分厌氧污泥又重新返回到反应器中,从而增大了反应器中厌氧污泥的浓度,使厌氧污泥在反应器中的停留时间第一次大于水力停留时间,因此其处理效率与负荷显著提高。就反应器中污泥浓度通过液固分离、回流而提高这一点来说,厌氧接触工艺与好氧活性污泥工艺颇为类似。由于厌氧微生物生长缓慢,世代时间长,而厌氧消化池无法将水力停留时间和污泥停留时间分离,由此造成水力停留时间必须较长,一般来讲第1代厌氧反应器处理废水的停留时间至少需要20～30天。随着发酵工程中固定化技术的发展,人们认识到提高反应器中污泥浓度的重要性。于是基于微生物固定化原理的高速厌氧反应器得以发展。第一个突破性的发展出现于1967年J.C.Young和P.L.McCarty发明了厌氧滤器(简称AF)。它的成功之处在于在反应器中加入固体填料,微生物由于附着生长在填料的表面,免于水力冲刷而得到保留,巧妙地将平均水力停留时间与生物固体停留时间相分离,其固体停留时间可以长达上百天,这就使得厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天缩短到几小时或几天。在相同的温度下,厌氧滤池的负荷高出厌氧接触工艺2～3倍,同时有很高的COD去除率,而且反应器内易于培养出适应有毒物质的厌氧污泥。1968年路·巴斯德的学生贝章柏(Bechamp)第一个指出甲烷的形成是微生物学过程,人们开始站在新的角度上去考虑厌氧消化技术。1974年,厌氧处理的最大突破是荷兰农业大学环境系Lettinga等发展的上流式厌氧污泥床(简称UASB)反应器,其最大特点是反应器内颗粒污泥保证了高浓度的厌氧污泥。UASB反应器内有机负荷高,水力停留时间短,处理周期大为缩短;反应器无填料,无污泥回流装置,无搅拌装置,成本和运行费用大大降低;初次启动后可直接以污泥颗粒接种,目前已成为应用最广泛的厌氧处理方法。1979年，M.P.Bryant(布赖恩)根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，在两阶段理论的基础上，提出了三阶段理论，更好的解释了厌氧消化的过程。同年，J.GZeikus在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论(四阶段理论)，进一步完善了厌氧消化理论。进入20世纪90年代，人们将目光放在厌氧消化处理城市有机垃圾上。1999年，欧盟已有53个厌氧消化工厂年处理100万吨混合或分类的有机生活垃圾。到2005年，约有74个工厂在欧洲运行，用于处理分类的有机生活垃圾或混装垃圾。在中国，由于餐厨垃圾回收这块领域开发尚不完善，加上近年来地沟油事件频繁对社会造成负面影响。人们将厌氧消化应用在处理餐厨垃圾上，并取得了较为明显的效果，进一步证实了厌氧消化应用于餐厨垃圾处理上的可行性。