影響干式厭氧發酵技術的六大因素

干式發酵是指以有機廢棄物為原料（干物質濃度在25%以上），利用水解產酸菌、產氫產乙酸菌和產甲烷菌將其分解為CH₄、CO₂、H₂S等氣體的發酵工藝。由于固體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Gasboard-3200系列。

一、干式厭氧發酵技術的應用范圍

1.城市生活垃圾

組成：食物殘渣，廢紙，玻璃、陶瓷、塑料、金屬制品等廢物，煤灰渣及糞便等。

特性：組分復雜且隨季節、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，用于堆肥時需經分選。

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沖刷廢水。

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及微量元素豐富，C/N比較低，適合用作堆肥、飼料和產沼的原料。可直接用作土壤改良劑，促進作物增產。

3.污泥

組成：沉砂池沉渣、浮渣、初沉污泥、二沉池污泥、活性污泥、消化污泥以及造紙污泥、煉油污泥等。

特性：易于腐化發臭、含水率高且不易脫水；有機物含量約50%，植物營養素豐富，可用作土壤改良劑和堆肥原料，但需除去其中重金屬、有機污染物、病原菌、寄生蟲等有害成分。

4.農產品及其加工廢物

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、谷殼、棉稈、鋸末等。

特性：以碳水化合物為主，種類多、數量大、廉價易得，是微生物良好的營養物質和堆肥理想原料；物化性質良好，適宜用作工業原料，干燥后熱值高，燃燒清潔，灰分用途廣泛。

5.廚余和泔腳

組成：米和面粉類食品殘余，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；營養成分豐富；來源復雜，需適當處理以截斷病原菌，適用于堆肥產沼。

6.食品工業廢渣

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：產量大，可集中處理；營養元素全面，雜質少，適于用作飼料，堆肥原料和厭氧發酵產沼。

7.高濃度有機廢水

組成：酒精、味精、發酵、屠宰、制糖、養殖、化工、食品行業的有機廢水。

特性：COD含量高；廢水中含有豐富的微生物菌群，其成分類似于生物有機肥菌種，可與秸稈、糞便一起生產有機生態肥。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列。

二、影響干式厭氧發酵工藝的主要因素

厭氧發酵產氣量的多少、運行的穩定性以及CH₄含量的高低與發酵過程中工藝條件的控制密切相關。由于發酵原料干物質濃度高導致進料難、傳熱傳質不均勻、酸中毒等問題成為干式厭氧發酵工藝的技術難點，對此國內外都進行了深入的研究，其中有研究表明影響干式厭氧發酵產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Gasboard-3200系列。

1.底物組成

由于底物本身特性的不同，發酵產生的沼氣產量相差較大，眾多研究表明：厭氧發酵底物的C/N比值以20~30為宜，過高與過低均會影響底物產氣量或產氣速率。C/N比過高，發酵過程有機酸會大量累積；C/N比過低，有機物的分解會受到抑制，同時會產生大量的NH₃抑制產甲烷菌的活性。

2.底物預處理

對于固體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外，還與其物理結構、性狀以及底物與水解酶接觸難易程度有關。通過一定的預處理技術減少底物的顆粒直徑、改善底物與酶的親和能力等，不僅可以促進有機物的分解，而且還可以為微生物生長繁殖創造適宜的環境，增大微生物與發酵底物的接觸面積，同時可以顯著地提高底物水解速率和產氣量。

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、脈沖等。

2）化學預處理法

化學預處理法可以促進復雜有機物質降解轉變為易于生物降解的小分子物質，如葡萄糖、乙酸等，從而提高產氣效率，通常是酸、堿法。

酸水解法可以破壞秸稈中纖維素的晶體結構，使秸稈變得疏松，但高濃度的酸會產生對沼氣發酵有抑制作用的副產品，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，從而削弱纖維素、半纖維素內部氫鍵的結合，使纖維素水解膨脹，結晶度降低，并且半纖維素在堿的作用下溶解，有利于生物質秸稈的酶解。

3）生物預處理方法

生物預處理法主要是利用微生物產生胞外酶等物質預先水解底物，具體反應體系條件溫和、對木質素的降解具有專一性、反應過程能耗較低、對環境產生污染較少等優點。

3.接種物

在干式厭氧發酵過程中，由于固體濃度高，加入足夠所需的微生物作為接種物是極其重要的，甚至關系到干發酵的成敗。接種物的來源、富集培養方式及添加比例對厭氧發酵影響很大。一般情況下，厭氧干法發酵時菌種與發酵原料的比例為1:5左右，若能達到3:10以上，可以提高產氣率和沼氣中CH₄的百分比。

4.有機負荷

有機負荷時厭氧消化系統中生物轉化能力的度量。如果有機負荷過大，會造成揮發性有機酸的積累，形成“酸中毒”現象，不利于產生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20%~50%的情況下，能正常產出CH₄。隨著TS濃度的增高，產CH₄量逐漸降低：在TS濃度為20%~40%范圍內降低幅度不大；在TS濃度為50%時，產CH₄量大大降低。

5.pH值及溫度

厭氧發酵系統中產酸菌可以在pH為5.5~8.5范圍內良好生長，而產甲烷菌對pH變化非常敏感，低于5.5就會*受到抑制。干式厭氧發酵的適宜pH范圍為6.8~7.4，低于6.4或者高于7.6都會對產氣有抑制作用。因此，發酵體系的pH值應維持在6.5~7.8范圍內。

發酵溫度也是影響沼氣干發酵的重要因素，溫度與有機物分解過程有密切，在一定溫度范圍內，溫度越高，原料有機物分解越快。30~35℃（中溫）與50~55℃（高溫）是厭氧發酵的2個適宜溫度段。研究表明：中溫厭氧發酵工藝所需熱量少，運行穩定，便于管理，較適宜干式厭氧發酵工藝。

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，增加微生物與原料的接觸和反應，擴大活性層，同時防止大量原料浮面結殼、原料利用率降低、產生的沼氣釋放不出來等問題。

三、干式厭氧發酵的主要工藝

國外對沼氣干發酵技術的研究比我國早，整體技術水平較我國。從20世紀40年代起，德國、法國和阿爾及利亞就開始運用批量式沼氣干發酵技術。20世紀80年代，德國、荷蘭、瑞士、布基納法索、尼日爾等國家對沼氣干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干式發酵技術研究，在90年代末，該項工藝和裝備通過了中試，并于2002年生產出產業化裝備，投入實際運行。目前國外的沼氣干式發酵技術已經成熟，如車庫型干發酵系統、氣袋型干發酵系統、干濕聯合型發酵系統、滲濾液儲存桶型干發酵系統等大型沼氣干發酵系統，已投入生產性應用以及規模化的沼氣生產。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列。

國外部分干式厭氧發酵工藝技術對比

（來源：公眾號@沼氣圈）