一、什么是干式發酵
干式發酵是指以固體有機廢物(其總固體濃度TS達到 20% ~ 30%) 為原料,沒有或幾乎沒有自由流動水的條件下進行的沼氣發酵的一種工藝,是一種新生的廢物循環利用的方法。干式厭氧發酵就是在無氧的條件下,由兼性厭氧菌和專性厭氧菌聯合降解有機物,最終生成二氧化碳和甲烷等氣體的過程。
二、優勢
濕式厭氧發酵技術相比,干式發酵具有很多明顯的優勢:
( 1) 提高了容積產氣率。干發酵TS通常在15%以上,含水量較少,使得有機質濃度也較高,從而提高了容積產氣率。
( 2) 節約用水。
( 3) 后處理容易。幾乎沒有廢水的排放,且發酵后的剩余物中只有沼渣,可直接作為有機肥利用; 產生的沼氣中含硫量低,無需脫硫,可以直接利用。
( 4) 運行費用低,過程穩定。干發酵工藝不會存在如濕法發酵中出現的浮渣、沉淀等問題。
三、干式厭氧發酵機理
沼氣干發酵的過程可以分為三個階段( 圖1) 。
第一階段是水解階段,將多糖分解成單糖或二糖; 蛋白質分解成肽和氨基酸; 脂肪分解成甘油和脂肪酸,并進而形成丙酸、乙酸、丁酸、琥珀酸、 乙醇、H2 和CO2 。
第二階段是產酸階段,將第一階段生成的有機酸和醇繼續分解成簡單的有機酸,同時生成H2 和CO2。
第三階段是產甲烷階段,在嚴格厭氧條件下,由產甲烷菌群利用一碳化合物( CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO) 、乙酸和H2產生甲烷的過程。
四、工藝條件
1、嚴格的厭氧環境
在厭氧發酵過程中的大多數不產甲烷細菌的厭氧菌將復雜的有機質分解成為脂肪酸、氨基酸等簡單的小分子物質,此過程需要在無氧條件下進行。
2、溫度
溫度能影響厭氧微生物細胞內某些酶的活性,從而影響厭氧反應系統的產氣效率和有機物的去除效率
3、pH 值
厭氧發酵過程中對pH 的要求非常高,產甲烷菌對pH 的改變也非常敏感。
4、碳氮比( C/N)
在發酵過程中,有機碳源是甲烷的來源,而氮則是微生物的營養物質。許多研究結果表明,沼氣生產適宜的碳氮比是 20 ~ 30。
5、有機負荷
在厭氧發酵過程中,合適的有機負荷至關重要。若系統有機負荷過大,則產甲烷菌受到的酸抑制就會越大,產氣速率大大降低; 反之亦然。
6、接種物
接種物是厭氧發酵所需要的含有大量微生物的菌種。適當添加接種物可有效提高反應器中微生物的種類和數量,從而提高反應器的消化能力,加快有機物的分解速度,提高產氣量。
7、底物預處理
對于固體含量較高的有機廢棄物,水解階段是厭氧消化過程的限速階段。底物水解速率受底物物理結構、性狀以及它們與水解酶接觸的難易程度等影響。
8、滲濾液回流
滲濾液回流技術是將反應器底部的滲濾液回流至上方噴淋,其優勢在于通過滲濾液的淋流促進養分分布均勻,使微生物與底物接觸更充分,加快對底物的充分降解,提高沼氣產量和速率; 同時水的使用量和消化液的排放量大大減少,降低消 化液后續處理的成本。