導(dǎo)讀：厭氧消化技術(shù)已成功應(yīng)用在很多領(lǐng)域，利用厭氧微生物將復(fù)雜的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成甲燒等產(chǎn)生了能源，例如在在城市水處理和城市垃圾處理方面起到了很大的作用。
　　
　　1.厭氧消化的基本原理
　　
　　厭氧消化是指在厭氧(無(wú)氧)條件下，利用厭氧微生物將復(fù)雜的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成甲燒、二氧化碳、水、硫化氧和氨等簡(jiǎn)單化合物的過(guò)程。在厭氧消化過(guò)程中,多種不同微生物的代謝過(guò)程相互影響、干擾,形成了非常復(fù)雜的生化過(guò)程。
　　
　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，大量學(xué)者和研究人員對(duì)厭氧消化過(guò)程中的微生物及其代謝過(guò)程進(jìn)行了深入研究，并取得了很大的進(jìn)步。復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程可以分為以下四個(gè)典型階段。
　　
　　(1)水解階段
　　
　　水解是在水解酶的作用下將化合物裂解成兩個(gè)或多個(gè)簡(jiǎn)單化合物的生物化學(xué)過(guò)程。由于纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等復(fù)雜大分子有機(jī)物不能直接透過(guò)細(xì)胞膜，也不可以直接被細(xì)菌消化使用，所以需要在細(xì)菌水解酶的作用下水解轉(zhuǎn)變成可以透過(guò)細(xì)胞膜的小分子溶解性物資,然后被細(xì)菌消化。
　　
　　(2)酸化(發(fā)酵)階段
　　
　　在酸化(發(fā)酵)階段，水解階段產(chǎn)生的小分子溶解性化合物通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入酸化菌的細(xì)胞內(nèi)部，轉(zhuǎn)化成更簡(jiǎn)單的如揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、醇類、乳糖等末端產(chǎn)物并分泌到細(xì)胞外。同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成了新的細(xì)胞物質(zhì)。
　　
　　(3)產(chǎn)酸階段
　　
　　酸化(發(fā)酵)階段的末端產(chǎn)物在厭氧微生物(產(chǎn)氧產(chǎn)乙酸菌)的作用下，轉(zhuǎn)化為乙酸、CCb、H2以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
　　
　　(4)產(chǎn)甲焼階段
　　
　　在產(chǎn)甲燒階段，產(chǎn)甲院菌將乙酸、氧氣、碳酸、甲酸和甲醇等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲焼、二氧化碳和細(xì)胞物質(zhì)。這一階段,產(chǎn)甲焼菌既可以分解乙酸產(chǎn)生甲燒，也可以由氧氣還原二氧化碳產(chǎn)生甲焼。
　　
　　2.厭氧消化過(guò)程的影響因素
　　
　　(1)溫度
　　
　　溫度的變化對(duì)酶的活性有很大影響，而微生物的生長(zhǎng)速率以及代謝速率都受微生物細(xì)胞內(nèi)酶的控制，所以溫度對(duì)厭氧消化過(guò)程中微生物的生長(zhǎng)速率和代謝速率有很大影口向，進(jìn)而溫度也影響著消化過(guò)程中沼氣的產(chǎn)量、有機(jī)物的去除率和反應(yīng)器所能達(dá)到的有機(jī)負(fù)荷率。同時(shí),溫度也影響著生化反應(yīng)中有機(jī)物的流向、中間產(chǎn)物的形成以及各種物質(zhì)的溶解度，這樣就會(huì)影響到沼氣的產(chǎn)量和成分等。zui后，在厭氧消化反應(yīng)裝置和設(shè)備的運(yùn)行中，要維持一定的反應(yīng)溫度與能耗和運(yùn)行成本有關(guān)。
　　
　　不同的厭氧微生物，有不同的適宜溫度。厭氧微生物可分為嗜冷微生物、嗜溫微生物和嗜熱微生物，以這三類微生物為優(yōu)勢(shì)種群的厭氧處理工藝分別被稱為低溫厭氧消化、中溫厭氧消化和高溫厭氧消化。
　　
　　厭氧反應(yīng)器的溫度控制主要有兩種方式，一種是直接在厭氧反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行溫度控制，另一種是對(duì)厭氧反應(yīng)器本身進(jìn)行保溫處理。
　　
　　(2)酸堿度(pH值)
　　
　　pH值對(duì)微生物的生長(zhǎng)有很大影響，所以厭氧消化需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的pH值范圍。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)甲焼細(xì)菌的zui適pH范圍為6.5~7.5，如果生長(zhǎng)環(huán)境pH值過(guò)高(8.0)或過(guò)低(<6.0)，就會(huì)抑制產(chǎn)甲焼菌的生長(zhǎng)代謝和繁殖，進(jìn)而對(duì)整個(gè)厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。
　　
　　在厭氧體系中，其他非產(chǎn)甲燒細(xì)菌如發(fā)酵細(xì)菌等對(duì)pH值的變化不太敏感，在pH值發(fā)生變化時(shí)，受到的影響相對(duì)較小，能繼續(xù)將系統(tǒng)中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸等物質(zhì)，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)酸堿平衡失調(diào)，zui終導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行失敗。因此,在厭氧生物處理過(guò)程中，應(yīng)特別注意反應(yīng)器內(nèi)pH值變化，一般應(yīng)使pH值維持在6.5~7.5(*6.8~7.2)之間。為了維持這樣的pH值，在厭氧消化過(guò)程中，有時(shí)就需要投加酸(或堿)來(lái)調(diào)節(jié)控制反應(yīng)器內(nèi)的pH值。
　　
　　(3)厭氧消化過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
　　
　　厭氧消化過(guò)程是由大量微生物完成的，因此必須保證微生物有良好的生長(zhǎng)狀態(tài)，否則微生物zui終會(huì)從反應(yīng)器中流失，所以反應(yīng)基質(zhì)中必須含有足夠的微生物用以合成自生長(zhǎng)需要的細(xì)胞物質(zhì)化合物。
　　
　　參與厭氧消化過(guò)程的微生物有多種(如水解細(xì)菌、產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌、產(chǎn)甲燒細(xì)菌等)，但由于產(chǎn)甲院細(xì)菌處在整個(gè)厭氧消化系統(tǒng)食物鏈的zui后，并且它的世代周期長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境條件的要求高，對(duì)環(huán)境條件變化很敏感，產(chǎn)甲燒細(xì)菌的生長(zhǎng)狀態(tài)和活性情況會(huì)影響到整個(gè)厭氧消化過(guò)程運(yùn)行。所以產(chǎn)甲焼菌是系統(tǒng)中zui關(guān)鍵的一種細(xì)菌，在討論厭氧消化過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，主要關(guān)心的就是產(chǎn)甲焼細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)要求。
　　
　　產(chǎn)甲燒菌與普通細(xì)菌一樣，對(duì)生物細(xì)胞中的基本元素C、H、0、N有需求。除了C、H、0、N以外，產(chǎn)甲焼菌的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有N、P、K和S，生長(zhǎng)所必須的少量元素有Ca、Mg、Fe，微量金屬元素有Ni、Co、Mo、Zn、Mn、Cu等。
　　
　　(4)厭氧消化過(guò)程中的抑制物質(zhì)
　　
　　常見(jiàn)的可能對(duì)厭氧消化過(guò)程造成毒性或抑制作用的物質(zhì)有VFAs、pH、游離氨和硫化氧等；還有一些鹽類或外源性物質(zhì)也能對(duì)消化過(guò)程產(chǎn)生毒性或抑制作用。
　　
　　VFAs是厭氧生物降解有機(jī)物的中間產(chǎn)物，這類物質(zhì)容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,如果大量積累則毒性很大，其中兩酸和丁酸的抑制作用zui大，VFA的毒性作用和毒性閾值都受pH值和堿度的影響。
　　
　　NH3為系統(tǒng)提供微生物*的N元素營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在到達(dá)一定濃度時(shí)游離氨過(guò)多會(huì)抑制產(chǎn)甲燒菌的活性。氨抑制作用和閾值受pH、溶解度和溫度的影響。
　　
　　硫化氛的毒性行為與氨類似，很大程度上受環(huán)境條件的影響，如pH值和堿度。有關(guān)文獻(xiàn)中給出的閾值范圍是200~1500mg/L，除去環(huán)境影響因素，閾值的大小還受微生物種類的影響，不同的微生物種類對(duì)硫化氧的敏感度不同。鐵離子能與硫化氧反應(yīng)生成FeS沉淀，可消除硫化氧毒性。
　　
　　3.聯(lián)合厭氧消化技術(shù)
　　
　　聯(lián)合厭氧消化是指對(duì)兩種或兩種以上不同來(lái)源有機(jī)廢棄物的混合物進(jìn)行厭氧消化處理，將不同類型的廢棄物放到同一個(gè)處理設(shè)備中進(jìn)行消化處理。
　　
　　將城市有機(jī)固體廢棄物與其他幾種類型的廢棄物一起進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化處理，既可以優(yōu)化厭氧消化過(guò)程；節(jié)約了處理成本；增加了可用厭氧消化過(guò)程處理的有機(jī)廢棄物類型；提高有機(jī)廢棄物的產(chǎn)甲院潛力；使沼氣發(fā)電廠更經(jīng)濟(jì)可行。
　　
　　有機(jī)物廢棄物厭氧消化不僅是廢棄物穩(wěn)定化的一種方法，還能在消化過(guò)程中獲得新的能源，同時(shí)消化液能作為有機(jī)肥料投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)變成一種寶貴的資源。
　　
　　4.國(guó)內(nèi)外聯(lián)合厭氧消化技術(shù)研究現(xiàn)狀
　　
　　近年來(lái)，聯(lián)合厭氧消化技術(shù)得到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注，各種不同類型的垃圾混合后厭氧消化產(chǎn)氧、產(chǎn)甲焼過(guò)程成為研究熱點(diǎn)。
　　
　　聯(lián)合消化的關(guān)鍵在于混合基質(zhì)的幾個(gè)平衡參數(shù)，厭氧消化處理工藝性能穩(wěn)定的先決條件是足夠的營(yíng)養(yǎng)元素、適當(dāng)?shù)奶嫉?、穩(wěn)定的pH值。
　　
　　碳氮較低會(huì)引起氨的積累產(chǎn)生毒性作用，碳氮比過(guò)高，則氮元素缺乏。向系統(tǒng)中加入其它類型的廢棄物可以來(lái)稀釋氨濃度或者調(diào)解系統(tǒng)碳氮比，以此來(lái)緩解氨的毒性作用。小麥稻桿與牛糞聯(lián)合厭氧消化產(chǎn)氣量顯著高于稻軒、牛糞單獨(dú)發(fā)酵處理，?；懪c稻稈的配比是1:1時(shí)產(chǎn)氣量比結(jié)稈、牛糞單獨(dú)消208.7%和11.5%稻草或雞糞單獨(dú)厭氧消化相比，混合厭氧消化能夠顯著提高原料產(chǎn)氣率。
　　
　　營(yíng)養(yǎng)元素缺乏的廢棄物可以與營(yíng)養(yǎng)元素豐富的廢棄物一起混合消化，改善了系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)平衡，能有效提高產(chǎn)甲焼量。水果和蔬菜廢棄物(FVW)與屠宰廢水(AW)的聯(lián)合厭氧消化，發(fā)現(xiàn)不論是HRT為20天還是10天，聯(lián)合厭氧消化的氣體產(chǎn)量都比單獨(dú)的厭氧消化高。
　　
　　揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)的積累會(huì)導(dǎo)致pH值的下降，可以加入緩沖能力強(qiáng)的廢棄物使pH保持穩(wěn)定。類似的可以通過(guò)對(duì)不同類型廢棄物的混合，化解某一化合物在消化過(guò)程中可能引起的毒性。污泥和餐廚垃圾混合消化可降低潛在抑制性物質(zhì)的濃度，顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。添加混合基質(zhì)提局系統(tǒng)緩沖能力，提局系統(tǒng)適應(yīng)的OLR，進(jìn)而提高產(chǎn)氣量向生物垃圾厭氧消化應(yīng)裝置中添加城市有機(jī)垃圾和均質(zhì)化廚余垃圾的壓濾液或脫纖維食物垃圾，不僅提高沼氣產(chǎn)率也提高了總產(chǎn)氣量。
　　
　　對(duì)于含有高濃度難降解有機(jī)質(zhì)(如木質(zhì)纖維素等)的有機(jī)垃圾，與富含易生物降解有機(jī)質(zhì)的垃圾一起聯(lián)合厭氧消化，可以有效地提高沼氣的產(chǎn)量。將易生物降解性垃圾與其他垃圾混合，有效地改善了混合垃圾中有機(jī)部分的生物降解性能。
　　
　　有機(jī)工業(yè)垃圾中通常就含有大量易生物降解的物質(zhì)(如糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì))，具有較高產(chǎn)沼氣潛力。掠油廠廢水與瘤胃液rumenfluid(RF)聯(lián)合厭化COD去除率達(dá)到96.48%，產(chǎn)生的沼氣中甲焼含量占61.8%且整個(gè)反應(yīng)過(guò)程pH值穩(wěn)定[27]。高濃度的活性生物質(zhì)物質(zhì)能更好的消除消化過(guò)程中某些化合物的抑制作用，加入易生物降解的底物不僅可以實(shí)現(xiàn)較好地經(jīng)濟(jì)的可行性，還能穩(wěn)定化厭氧消化過(guò)程128]。此外，餐廚垃圾與稻稻聯(lián)合厭氧消化與單一稻稻發(fā)酵相比，容積產(chǎn)氣效率提高，且沼氣中甲燒含量提高近20%。
　　
　　zui后，通過(guò)添加含固率低的垃圾(如粦肥)來(lái)稀釋高含固率的垃圾(如城市有機(jī)固體垃圾)，可以解決處理過(guò)程中的粟水和機(jī)械處理問(wèn)題。玉米稻稈豬糞混合發(fā)酵可以加快玉米稻稈產(chǎn)氣速率并可大幅度提高玉米稻稈產(chǎn)氣量。