工程技术 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ． 匪团 有机垃圾厌氧发酵沼气概述① 袁亚鹏 季祥 （内蒙古科技大学数理与生物工程学院 内蒙古包头０１ ４０１ ０） 摘要：本文综述了国内外垃圾处理现状，介绍了发酵沼气的技术，阐述了沼气的原料来源，生产方法、原理机理、发酵茸种的筛选及影 响发酵的因素等内容。 关键词：有机垃圾 厌氧发酵 沼气 中图分类号：ｘ７９９．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ ６７２—３７９１（２０１１）０９（ｃ）－－００３８—０２ Ｔｈｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｗａｓｔｅ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｇａｓ Ｙａｐｅｎｇ Ｙｕａｎ Ｘｉａｎｇ Ｊｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ。Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂａｏｔｏｕ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ，０１４０１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｖｅｒｓｅａｓ ｇａｒｂａｇｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｓｔａｔｕｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｇａｓ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｉｎｃｉｐｉｅ，ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎｓ ｆｏｒ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｏｒｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ｌ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌ Ｍｅｔｈａｎｅ ｇａｓ 垃圾是指不需要或无用的固体、流体 氧发酵，可实现城市垃圾资源化处理，变废 农民养殖牲畜越来越少，传统的沼气生产 物质，我国许多城市每天都会产生大量垃 为宝，走上绿色循环可持续发展的道路。 在北方地区已经很难满足北方人民的需 圾，垃圾处理常见的方法是填埋和焚烧，前 本文从厌氧发酵沼气的现状、沼气的 要，北方地区利用其秸秆资源丰富的优势， 者会造成土壤、地下水污染等，后者会产生 发酵菌种的筛选、发酵机理、沼气的生产方 进行秸秆生产沼气。 大量ｃＯ２及有害气体，两者均会带来环境 法及影响发酵的因素等方面进行论述，比 秸秆生产沼气的主要步骤是收集秸 问题。因此，许多学者都在致力于研究垃圾 较厌氧发酵制备沼气技术的优缺点，为后 秆，在干燥条件下贮藏，然后进行粉碎加 处理的方法。有机垃圾是指生活垃圾中含 续研究提供帮助。 工，秸秆入池，密封池盖边加水边搅拌等。 有有机物成分的废弃物，主要是废纸、木头 秸秆生产沼气的主要缺点是受到了地域性 等纤维性物质、厨房菜渣、果皮、菜皮叶、剩 １发酵制备沼气的原料来源 的，而且需要使用甲烷促进剂，增加了 饭菜、人和动物排泄物等，城市生活垃圾中 沼气是由意大利物理学家Ａ．沃尔塔于 生产成本，如需大范围内推广则还需要进 有机垃圾占了较大比例，而且其中可生物 １ ７７６年在沼泽地发现的，利用垃圾制取沼 一步研究与改进。 降解物质含量很高，许多发达国家已经开 气的早期试验是由Ｂａ－ｂｂｉｔｔ等人进行的，基 １．３蚕沙 始把城市有机垃圾资源化处理作为一个重 本操作步骤是采用城市生活垃圾和污水污 蚕沙是养蚕过程中产生的废弃物，养 要的研究性课题，在我国有机垃圾的回收 泥混合料进行的一系列试验，结果表明城 蚕是我国的传统养殖业，但是一直以来人 利用也越来越受到人们重视了 市生活垃圾是适合干厌氧发酵的。在这之 们只重视蚕茧生产，而忽视蚕沙的利用，蚕 有机垃圾的厌氧发酵是目前国内外比 后，很多国内外研究人员都在这一领域做 沙生产沼气大体上与传统的利用人和动物 较通行的处理方法，能较高效率地降解有 了探索，并且取得了一些成果。目前沼气发 排泄物生产沼气大同小异，但是在一些具 机物质，通过厌氧发酵产生大量沼气，并且 酵原料来源主要有如下几种。 体环节上还有区别，比如ｐＨ会直接影响产 发酵以后的沼渣能可以加工成肥料 Ｉ。利 １．１人和动物排泄物 气率，当ｐＨ小于６或大于ｌＯ时，产气率会大 用有机垃圾厌氧发酵制备沼气为缓解我国 人和动物排泄物是一种传统的生产沼 大减小，同时除沙过程中使用的消毒剂等 能源问题和解决我国环境问题提供了新思 气的原料，技术已经趋于成熟，其具体操作 对于细菌有较强的抑制作用［５】。这一技术也 路，采用厌氧发酵产生洁净能源——沼气， 是依据所建发酵池的规格大小，在适宜的 受到了地区性的。 具有成本低、环境效率高及可持续发展等 温度下，加入一定量老沼气池的发酵液，然 １．４城市有机垃圾 特点¨Ｊ。沼气除直接燃烧用于发电、供暖和 后再添加一定量的人和牲畜的粪便，控制 城市有机垃圾厌氧发酵生产沼气是近 气焊等外，还可作家用燃料、内燃机的燃料 好发酵池中的温度及压力待其发酵一段时 几年才发展起来的新技术，是利用厨房菜 以及生产甲醇、、四氯化碳等化工 间即可，这种方法生产沼气，操作简单，易 渣、果皮、菜皮叶、剩饭菜、动物内脏、人和 原料，厌氧发酵的固体剩余物含有十分丰 于操作，但是极大地受到了原料的。 动物排泄物为原料，经过简单的破碎处理 富的营养物质，可以作为有机肥料，供农作 １．２秸秆 后，加入一定量的水和发酵菌液，采用发酵 物生长利用，将其中的氨基酸、无机盐等有 我国传统的沼气生产大多是在农村实 的方式，严格控制在无氧的条件下进行发 效物质提取出来，经过加工可添加到动物 现，其基本原料是人和牲畜的排泄物，由千 酵。利用发酵微生物对有机垃圾中的有机 饲料中，可降低饲养成本。经过有机垃圾厌 北方天气条件及近几年牲畜疫情的蔓延， 物进行降解，生产沼气。 ①作者简介：袁亚鹏（１９８９一），男，本科在读。 通讯作者：季祥（１９７８一），男，硕士生导师，副教授，从事生物质能、生物制浆研究。 基金项目：教育部春晖计划（Ｚ２００９一ｌ一０１０５７）、内蒙古自然科学基金（２ｏ１０ＭＳ０５２１）、内蒙古科技大学创新基金项目，项目批准号 （２００９ＮＣ０６１）。 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ５７ 工程技术 ２城市有机垃圾厌氧沼气发酵菌种的筛 碳氮比条件下沼气产生量不同。不同的碳 既可以缓解能源压力，又能减少环境污染， 选 氮比对于微生物厌氧发酵生产沼气，是有 实现垃圾的循环利用。城市有机垃圾作为 目前国内 厌氧发酵生产沼气的微生物 主要采用发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢 产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌 很大影响的。Ｗａｌｔｅｒ／ 等报道中指出当Ｎ的 原料厌氧发酵沼气技术已经经过大量实验 含量很高时，高浓度的氨态氮抑制了产甲 烷菌的活性，抑制厌氧发酵产甲烷。在厌氧 室研究、中试研究，将来有可能得到大规模 的推广，也是今后产业化研究的主要方向。 等五种细菌。部分公司生产使用改造的产 甲烷细菌、产氢产酸菌和厌氧纤维素分解 发酵过程中，当氮的含量很低时，甲烷的产 量和氮的含量成正比例关系，当氦的含量 参考文献 ［１】易艾琼．有机垃圾厌氧发酵产氢技术研 究进展【Ｊ］．河北化工大学学报，２００７，３ （３０）：２８～３０． 菌等，这些微生物都是通过不同的方法在 不同地方经复杂的分离提取得到，它们都 有各自不同的代谢方式，最终都是把有机 物质进行降解，产生甲烷。 增加到２０００ｍｇ／Ｌ以上时，发酵液的酸碱平 衡被破坏，产甲烷菌的催化活性降低，甲烷 的产量迅速降低。因此，控制Ｃ／Ｎ在适当水 平对于生产沼气是十分重要的。 ［２】王星，王德汉，张玉帅，等．国内外餐厨 垃圾的生物处理及资源化技术进展【Ｊ】． 环境卫生工程，２００５，Ｉ ３（２）：２５～２９． ［３】Ｋｉｒｋｅｂｙ Ｊ．Ｊ．，Ｇ．．Ｓ．Ｂｈａｎｄｅｒ，Ｈ． Ｂｉｒｇｉｓｄｏｔｔｉｒ，ｅｔ ａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｍｕｍｉｃｉｐａｌ ４．２温度对厌氧发酵生产沼气的影响 ３城市有机垃圾厌氧发酵生产沼气的机 理 厌氧发酵生产沼气的原理是利用微生 物的代谢作用在没有盐、硫酸盐、氧气 机物质降解来生产沼气的过程。有机垃圾 适当提高有机垃圾发酵液的温度有利 于厌氧发酵生产沼气，有机垃圾厌氧发酵 制备沼气是在３０℃左右条件下进行的，适 当提高温度，更有利于产甲烷菌发挥其催 更加彻底，当温度低于１０℃时，产甲烷菌中 和光线的条件下，经微生物分解作用，将有 化活性，对有机垃圾中的有机物质的降解 厌氧发酵沼气时，需经过基本分类、破碎处 所含催化酶无法发挥其催化功能，不能产 的温度和和保持厌氧的条件Ｆ，通过发酵 菌的产气能力随着温度的升高而增强，当 性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食 氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌等发酵性微 ｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｕｎｉｃｉ－ ｐａｌｉｔｙ ｏｆ Ａｒｈｕｓ ．ＷａｓｔｅＭａｎａｇｅ Ｒｅｓ， ２００６，（２４）：３～１５． 理后，然后任添加一定量的水分、控制适宜 生甲烷 当温度在１０℃～３５℃区间，产甲烷 【４】张光明，王伟．厌氧消化处理生活垃圾 工艺研究（Ｊｊ．中国沼气，１ ９９７，１ ５（２）： １４～ｌ６． 达到３５℃时，甲烷产生量最大，当温度３５℃ 以上，不适宜产甲烷细菌的生长 【５】陈春，吴大洋．利用蚕沙生产沼气的开 发利用【Ｊ】．中国蚕业，２００４，３（２５）：８２～ ８４． 生物的代谢作用，进行不同方式的分解，最 ４．３ ＰＨ值对厌氧发酵生产沼气的影响 终形成沼气的复杂的生化反应过程。有机 不同的ｐＨ值对于厌氧生产沼气的影响 垃圾中所含的复杂有机物质在菌种水解酶 也很大，由于产甲烷细菌适合于在弱碱性 ［６】曾光明，乔玮，袁兴中，等．完全混合厌 的作用下，生成相应的复杂有机物，如单 条件下生长，它的最佳ｐＨ范围为６．８～７．５， 糖、脂肪酸、氨基酸等，继而在水解性细菌 胞内酶的作用下，分解成乙酸、丙酸、丁酸、 乙酸菌或耗氢产乙酸菌的作用下，将上述 产物转化成乙酸，再经过食氢产甲烷菌或 食乙酸产甲烷菌的作用下，分解乙酸产生 甲烷。 氧消化处理城市垃圾的特性研究…．湖 南大学学报，２００３，５（３）：５１～５４． ［７ Ｊ Ｗａｔｅｒ Ｊ ＷｕＪｃｉｋ．Ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｒｙ ｆｅｒ－ ｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ】．Ｂｉ０ｔｅｃｈｎｏｌ０ｇｙ Ｂｉｏｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｕｍｐ，１９８０，（１０）：４３～６５． 因此在产甲烷阶段发酵液的ｐＨ值要严格控 制在６．８～７．５的范围内，只有在这个范围， 功能，如果ｐＨ值低于这一水平，ＣＯ 量会大 Ｓ化合物会产生，硫化物含量的增加又会反 乳酸、乙醇以及ＣＯ 和Ｈ，等，然后在产氢产 产甲烷菌才能正常生长，才能发挥其催化 大增加，大量水溶性有机物和Ｈ，Ｓ及其他含 【８］Ｊ Ｂ ｖａｎＬｉｅｒ，ｅｔ ａ１．Ｎｅｗ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｉｎ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉ０ Ｊ１．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００ｌ，４３（１）：ｌ～１８． 过来抑制产甲烷菌的生长。传统调节发酵 液的ｐＨ可以通过添加生石灰或通过调节碳 氮比来调节ＰＨ。 ４影响厌氧发酵生产沼气的因素 ４．１不同碳氮比对厌氧发酵生产沼气的影 响 曾光明、乔玮 ｉ采用完全混合厌氧消化 工艺处理城市垃圾，分析结果表明在不同 ５结语 城市有机垃圾中含有极其丰富的有机 物质，对其的资源化处理有很重要的意义， （上接３６页） 层传递，耐对要求的理解多种多样，审核人 员的水平也参差不齐。 现象在实际的运行很普遍也带来负面影响 比较好的文件化基础及执行文件规定的习 最大。 惯。ＴＳｌ６９４９及ＧＭＳ都有文件化的要求，两 个系统整合在一起时将有一个庞大的文件 体系，文件建立，文件培训，文件执行及执 行情况的检查都将是很大的工作量。如果 管理更简单清楚。ＴＳ１６９４９ｆｌｌＧＭ８做为 两个的系统推行，在组织里面，首先是 增加工作量，比如大量的ＴＳ１６９４９与ＧＭＳ审 核，对迎审人员容易造成疲于应付。在笔者 所在工厂，常听到一些基层管理人员报怨， 审核太多了。审核多可能还不是一个大问 题，但是，不同的审核人员提出不同的要 ３整合的条件 推行人员的条件。两个系统的整合对 推行人员提出比较高的要求。首先，推行整 企业有比较好的文件化基础，推行起来成 合的人员应该同时理解ＴＳ１６９４９＊ＮＧＭＳ的 要求，同时，对体系中的文件化有较高的归 纳，整合能力。另外，推行人员需对生产现 场比较熟悉。 推行的文件化基础。推行组织最好有 功率比较高。 求，更容易给流程执行人员带来混淆。这种 ３８ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
