国内厌氧氨氧化学位论文

厌氧氨氧化工艺已经广泛应用于侧流处理，但在主流条件下应用时，尚存在一定难度。在主流应用时，需要先对污水进行预处理，消除碳、磷的影响，然后再通过控制温度、溶解氧等因素来保障厌氧氨氧化过程的有效进行。影响厌氧氨氧化在主流工艺中应用的因素包括温度、pH和进水C/N等，还需考虑污泥形态、NOB抑制等问题，以保证主流工艺运行的稳定性。此外，厌氧氨氧化在侧流条件下的启动及主流条件时的稳定运行，均需通过多因素控制来实现。厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，Ana-mmox)的发现为污水脱氮提供了一种新的方式。与传统的硝化/反硝化脱氮工艺相比，Anammox可以减少100%的有机碳源投加量，降低60%的曝气量，产泥量也会减少90%。这些优势吸引了国内外大量科研人员对其进行研究，进而推动了以Anammox为基础的脱氮工艺的发展，特别是在垃圾渗滤液、污泥消化液、工业废水等侧流城市废水处理中均取得了较好的效果。与侧流相比，城市污水主流具有更低氨氮质量浓度(9～67mg/L)，更低运行温度(冬季10～16℃)的特点。这意味着，在主流条件下氨氧化菌(AOB)的生长速率比亚硝酸盐氧化菌(NOB)低;同时，游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)对NOB的抑制将不复存在。NOB的增殖会导致大部分的氨转化为NO3-，而非N2，不能提高污水中总氮的去除率。而且，城市污水中的有机物会促进异养微生物的增殖，在有机物存在时，厌氧氨氧化菌(AnAOB)的生长速率比异养菌慢，从而抑制了AnAOB的生长，进而影响污水处理效果。此外，在城市污水处理过程中，温度、氮浓度、有机物浓度等因素随季节而变化，也会影响工艺性能。因此，将Anammox应用于城市污水主流处理工艺时，常需要对污水进行前处理。1前处理方式及作用城市污水中通常混杂有泥沙、悬浮物、有机物等物质，前两者会对污水处理厂的管路、构筑物造成影响，而有机物会促进异养菌的增殖，从而影响Anammox工艺的性能。此外，污水中的磷也会抑制AnAOB。研究表明，当水中磷>620mg/L时，颗粒污泥和悬浮污泥的比厌氧氨氧化活性(SAA)会明显受到抑制。Anammox工艺有能源回收甚至产能的潜力，可以通过多级碳氮磷分离，分别对各物质进行处理，实现资源的高效回收。因此，为了保证AnAOB更好地生长繁殖，同时实现碳、磷等资源和能源的回收，需要对城市污水进行碳氮磷分离。Anammox在侧流应用时，其进水常为污泥厌氧消化液，当采用两段式部分亚硝化/厌氧氨氧化(partial nitritation Anammox，PN/A)工艺(见图1)时，原水先进入硝化反应器，通过控制硝化反应器的运行条件，实现短程硝化。图1两段式Anammox工艺经过沉淀池后，清液进入厌氧氨氧化反应器，出水回到城市污水主流。而主流Anammox的进水需通过格栅、沉砂池常规处理后，再进行预处理，即碳氮磷分离(见图2)，或采用侧流富集、主流强化的方式(见图3)，通过厌氧氨氧化菌的补给，确保处理效果。图2预处理的主流Anammox工艺图3Strass污水处理厂Anammox工艺碳捕捉可以采取多种方式。XiaojinLi等用混合厌氧反应器对进水进行厌氧预处理，去除了92%的COD，使PN/A进水COD为22mg/L。但混合厌氧反应器中会积累硫酸盐还原菌，将进水中的硫酸盐还原为硫化物。硫化物一方面会对微生物直接造成毒理影响，另一方面可以作为反硝化细菌的电子受体，影响Anammox性能。等将城市污水进行初沉后，接入好氧SBR反应器(12L，SRT为1d)以去除COD，结果表明，出水NH4+-N为(21±5)mg/L，残余总COD为(69±19)mg/L，COD去除率达到80%以上。也有研究认为，可以联合2种处理方式，即污水在进入厌氧消化段之前，先通过低污泥停留时间(SRT)的好氧段，实现产甲烷的最大化。荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂采用A-B工艺设计，BOD在A段(HRT=1h，SRT=)中通过高负荷反应器去除，使污水中大部分碳转化进入污泥，以得到最大化的产甲烷量。另外，采用短程反硝化耦合Anammox工艺处理实际生活污水时，短程反硝化不仅可以消耗污水中的有机物，还能将NO3-还原为NO2-，满足Anammox的进水要求。预先将污水中的磷进行去除或回收，能使后续Anammox工艺取得更好的脱氮效果，常用的方法有生物除磷和化学除磷。生物除磷是利用聚磷菌对原水中的磷进行去除，化学除磷则采用投加FeCl3、AlCl3等化学除磷药剂的方法，将磷从污水中沉淀分离。荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂的工艺流程中，在A段投加FeCl3，有效地将进水中的磷降低为1mg/L，为B段的Anammox工艺创造了有利条件。2主流Anammox的应用及其影响因素在世界范围内，以Anammox为基础工艺的污水处理厂超过110座，其中约75%用于侧流城市污水处理。尽管已有Anammox主流应用的实际案例，但多数需要进一步优化。直接应用以Anammox为基础工艺的方法处理城市废水，依然面临着进水氨氮浓度低、处理温度低、进水水质波动、能否长期稳定运行的挑战，因此，仍需做进一步的研究。表1列出了不同条件下(温度、pH、C/N等)不同反应器中主流Anammox的脱氮性能，用以比较不同因素对Anammox工艺运行的影响。表1主流Anammox的研究与应用温度城市污水主流温度一般为10～20℃左右，低于AnAOB(25～40℃)生长的最适宜温度，这会影响Anammox的性能。在PN/A工艺中，短程硝化段也会受到温度的影响，这是因为AOB在低温条件下活性会受到抑制，降低氨氮的转化率，并且AOB的活化能高于NOB，导致NO2-的积累不足，无法为Anam-mox反应提供足够的底物。然而，有研究发现，当Anammox由高温(30℃)向低温(10℃)变化时，AnAOB优势菌属由转变为，说明某些AnAOB可以在低温下进行有效的Anammox过程。等在21～23℃条件下，成功运行了一段式短程硝化厌氧氨氧化MBBR反应器，并进一步降低温度，在℃的条件下，通过批次试验证明AnAOB也具有较强的活性〔NRR=40g/(m3•d)〕，而低温对短程硝化的影响更为显著，从而提出AOB的低活性是抑制PN/A低温运行的原因，这可以通过两段式PN/A进行改善。等采用SBR反应器进行一段式PN/A试验，控制温度由29℃阶梯式递减至℃，发现在15～℃时，反应器脱氮性能的弱化程度更为显著，说明温度线性变化时，微生物的活性将发生复杂的变化，这与等的试验结果相一致。另外，等在研究中发现，随着温度的降低，AnAOB最适宜的pH范围减小，即在低温条件下，适当地提高pH可以提高Anammox工艺的脱氮效率。有机物有机物的影响一般认为，有机物会促进异养微生物的增殖，这些微生物会占据AnAOB生存空间，从而影响脱氮性能。但不同的有机物对Anammox的影响不同。研究发现，甲醇、乙醇等醇类会抑制Anammox过程;葡萄糖、甲酸盐等对其性能不会造成影响;而乙酸盐、丙酸盐不仅不影响，还可以被AnAOB利用。如能够以乙酸作电子供体，可以利用丙酸。总而言之，有机物对Anammox的抑制与促进尚需进一步研究，这对Anammox在主流工艺中的应用具有重要意义。碳氮比的影响对于全程自养脱氮工艺，在进水C/TN<时，可以获得较好的脱氮性能，也有认为为适合Anammox工艺的C/N〔。当调整C/N在最佳范围之内时，可以保证系统长期处于稳定状态。但有研究发现，在较高的C/N条件下也可能实现反应器的启动与正常运行。等在一段式PN/AMBBR反应器中，考察了不同的C/NH4+-N对反应器脱氮性能的影响。结果表明，当进水C/NH4+-N升高至时，脱氮效果明显下降。但实验也发现，氮去除负荷并非随着C/NH4+-N的升高而绝对降低，如第2阶段与第1阶段相比，C/NH4+-N上升，但氮去除负荷增加，这可能与进水氨氮浓度足够高或C/NH4+-N尚低，还不足以影响系统的脱氮性能有关。等在1个中试MBBR反应器中发现了相似的现象，当C/TN由变为时，氮去除效率由35%下降至19%，而当C/TN为时，氮去除效率为40%。这说明在低温、低氨氮浓度的主流条件下，相较于侧流条件C/TN对系统脱氮性能的影响更大。所以，必须尽可能地降低主流污水中有机物含量。碳的去除碳的去除效果不仅关系到能否为AnAOB营造适宜的环境，还会影响能源的回收。在污水处理过程中去除含碳有机物，通常采用的方法有初沉池处理、化学强化初级处理、高负荷活性污泥法或几种方法的联合等。据文献报道，用高负荷活性污泥法对生活污水进行前处理，可部分去除水中的COD，从而得到低C/TN的出水。以之作为Anammox工艺的进水，能够确保较高的总氮去除效率〔(80±4)%〕。等在实验室运行条件下，采用UASB反应器处理城市污水，降低了水中COD的量，出水COD平均为61mg/L。以此出水作为Anammox为基础工艺的MBBR反应器进水，该反应器稳定运行了21个月。YandongYang等采用强化生物除磷反应器，在低HRT、低SRT的运行条件下，使污水COD从降至，保证了后续反应器的处理效果。溶解氧在PN/A系统里，一般认为溶解氧(DO)的存在会促进NOB的生长，其与AnAOB竞争底物，从而影响Anammox反应性能。XuemingChen等采用膜生物反应器分别处理模拟主流和侧流含氮废水，发现随氧表面负荷的增大，NOB的量均增加。但YandongYang等在主流条件下的研究中发现，保持一定的污泥浓度、适当地升高DO可以提高脱氮性能，当DO由增至时，氮去除负荷可提高到(m3•d)。另外，污泥的形态不同，对DO的适应能力也不尽相同。在颗粒污泥和生物膜中，好氧菌与厌氧菌会出现分层的情况，即好氧菌分布在外层氧气较多的部分，而厌氧菌分布在相对内层。主流条件下，水中的FA不足以抑制NOB的活性，特别是长期处在低氧条件时，NOB对氧的竞争要比AOB强，这也导致系统中更容易产生硝酸盐而非氮气。但等发现，不同属的NOB对氧的亲和力不同。DO较低时，硝化杆菌的活性弱于AOB，这为NOB的抑制提供了可能。不过，如何在启动阶段使硝化杆菌在菌群内占比最大，需要进一步研究。系统构成PN/A工艺的系统构成有一段式和两段式2种，在已投入生产的以PN/A为基础工艺的污水处理厂中，一段式占比近90%，其主要应用于侧流。一段式基建费用低，一氧化氮、一氧化二氮排放量少，可以降低对大气的污染程度。但一段式的运行通常受到DO和NO2-的影响，DO需控制在较低浓度;NOB消耗NO2-会造成Anammox过程底物不足。两段式是在2个反应器内分别进行短程硝化和Anammox过程，且只对短程硝化段进行曝气，Anammox可以在缺氧条件下运行，避免了NOB竞争NO2-。另外，在处理高氨氮废水时，两段式相对于一段式工艺运行成本较低，可以一定程度上补偿高基建投入。一段式PN/A在侧流上的应用已日渐成熟，但城市污水主流具有温度低、氨氮浓度低、氮负荷不稳定以及出水水质要求严苛等特征，因此其在主流上的应用将面临更大的挑战。两段式工程上应用相对较少，基建成本偏高等经济因素可能限制其在主流条件下的应用。3、Anammox在主流处理工艺中的稳定运行由于AnAOB生长速率比AOB慢，所以在PN/A启动阶段，AnAOB的富集是限制步骤。大多数Anammox工艺的启动是从适宜的温度和较高的氨氮浓度条件下开始的，第1座生产规模的厌氧氨氧化污水处理厂的启动进水为厌氧消化液。在实验室培养中，反应器多接种种泥，运行条件采用阶梯式递减的方式，逐渐稳定地降低温度和氨氮浓度，使AnAOB在不利的运行条件下有较强的活性。对于种泥接种，有研究人员提出了“生态农场”概念，即可以从“农场”中提取部分填料，用以反应器的快速启动。Anammox在主流水处理工艺中的稳定运行会受到污泥形态、DO、温度、pH等多种因素的影响。污泥形态不同，会造成微生物种类不同，进而影响主流工艺的稳定运行。等研究发现，悬浮污泥中AnAOB的量微乎其微，而在颗粒污泥中存在分层结构，即颗粒污泥的外层为AOB等好氧菌，内层包裹着AnAOB。同样，在生物膜上也会由表及里出现分层结构。此外，悬浮污泥不易在系统中持留，而颗粒污泥、生物膜有利于微生物在体系中的存留。这表明，生物膜和颗粒污泥在主流Anammox应用中更有优势。值得一提的是，当颗粒污泥粒径<400μm时，CandidatusJettenia在污泥中占主导地位，说明该属对于脱氮可能有重要的作用。等采用凝胶固定法固定微生物，其与颗粒污泥相比，可在短时间内快速提高氮去除负荷，该方法极大地促进了AnAOB在生理、生化等方面的研究。DO会促进NOB等异养微生物的增殖，为了维持运行稳定，一方面需对DO进行精确控制，另一方面需淘洗出以絮状形态存在的NOB污泥，在体系中仅留下颗粒形态的AOB、AnAOB，以降低异养微生物对工艺稳定性的影响。AnAOB在低温条件(10、20℃)下长期培养后，可以适应这一温度条件，但温度以及pH的变化会对稳定的体系造成冲击。温度影响效应会随温度的降低而越发明显，这表明在低温条件下，Anam-mox更易失稳。所以在工艺启动以及稳定运行阶段，温度应逐级阶梯式递减。此外，在低温条件下，适当地提高pH可以保持系统的性能。等认为，生物量越大，越有利于抵抗温度等不利条件的影响。可见，单因素的变化即会对Anammox性能造成影响。因此，为了更好地在主流工艺中维持Anam-mox过程，需要进行多因素控制，以充分保证系统的稳定性。4结论(1)厌氧氨氧化在污水主流处理工艺中应用的限制因素主要有低温、低氨氮浓度、较高的C/N以及NOB的生长等。将厌氧氨氧化应用于主流工艺时，通常需要通过预处理来进行碳氮磷分离，尽可能降低有机物和磷对Anammox过程的影响，同时实现资源和能源的回收。(2)厌氧氨氧化在主流工艺中的稳定运行，可以通过先在侧流条件下对厌氧氨氧化菌进行培养、增殖，获得一定量的Anammox生物量;相对稳定之后，再降低温度、进水氨氮浓度等;在温度、氨氮浓度逐梯度递减时，应合理控制梯度的大小和稳定时间。由于单因素的变化即会造成系统的失稳，因此，通过温度、pH等多因素控制可以维持更好的主流Anammox稳定性。(3)当今Anammox在污水主流工艺中的应用多为一段式PN/A系统，颗粒污泥、生物膜相对于絮状污泥更适宜AnAOB在系统中的生长和持留，也具有更强的耐冲击性。因此，主流厌氧氨氧化的发展应着重于采用这2种污泥形式。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

在厌氧氨氧化过程中,羟胺和肼作为代谢过程的中间体.和其它浮霉菌门细菌一样,厌氧氨氧化菌也具有细胞内膜结构,其中进行氨厌氧氧化的囊称作厌氧氨氧化体(anammoxozome),小分子且有毒的肼在此内生成.厌氧氨氧化体的...

摘 要 厌氧消化技术能够实现废弃物污染防治和综合利用的双重目标，是有机固废处理与处置的趋势。对厌氧消化技术处理有机固废的微生物学机理、因素以及消化工艺的进展进行了综述。 关键词 厌氧消化 有机固体废物 两相消化 有机固体废物通常是指含水率低于85%～90%可生化降解的有机废物,它们一般具有可生化降解性。这些废物中蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源,对实现环境和的可持续发展具有重要意义。 有机固体废物处理的很多。由于有机固废的可生化降解性高，利用生物技术处理有机废物具有潜在优势。生物处理法包括好氧堆肥法和厌氧消化法。近几年来，欧洲各国纷纷将目光投向厌氧消化，兴建有机固废厌氧消化处理厂，日本等国也先后建设了有机固废厌氧消化处理示范工程。但在国内，尽管早有小型沼气池的，高浓度有机污水及污泥处理中也普遍采用厌氧消化的工艺，但应用于固废处理领域的实践很少。因此，很有必要针对国内的实际情况，对有机固废的厌氧消化进行系统研究。1 厌氧消化机理 在研究方面，国内外一些学者对厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等进行了大量的研究，但仍有许多需进一步探讨。对厌氧消化的微生物学认识，经历了一个由肤浅到逐渐完善的过程。20世纪30年代，厌氧消化被概括地划分为产酸阶段和产甲烷阶段，即两阶段理论。70年代初Bryantlzgl等人对两阶段理论进行了修正，提出了厌氧消化的三阶段理论，突出了产氢产乙酸菌的地位和作用。与此同时，Zeikuslao等人提出了厌氧消化的四类群理论，反映了同型产乙酸菌的作用。该理论认为厌氧发酵过程可分为四个阶段，第一阶段（水解阶段）：将不溶性大分子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸；第二阶段（酸化阶段）：发酵细菌将水溶性低脂肪酸转化为H2、CH3000H、CH3CH2OH等，酸化阶段料液pH值迅速下降；第三阶段(产氢产乙酸阶段)：专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用，生成H2、HCO3－、CH3COOH。同型产乙酸细菌将H2、HCO3－转化为CH3COOH，此阶段由于大量有机酸的分解导致pH值上升；第四阶段(甲烷化阶段)：产甲烷菌将乙酸转化为CH4和CO2，利用H2还原CO2成CH4，或利用其他细菌产生甲酸形成CH4。无论是三阶段理论，还是四类群理论，实质上都是对两阶段理论的补充和完善，较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代谢菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动态平衡关系，阐明了复杂有机物厌氧消化的微生物过程。 2 厌氧消化影响因素 底物组成 研究发现不同底物组成，其可生化降解性大不相同（5%～90%）。Borja等研究了不同底物组成和浓度的有机固废的厌氧消化过程，认为在其他条件相同时沼气产量相差很大，甚至达到65％。这个结果与Jokela等的研究所得基本一致。另外，底物组成不同,在发酵过程中的营养需求与调控也不同。对于像以秸秆为主的底物，须补充N源的营养，以达到厌氧消化适宜的C/N比。国内外很多机构开展了生活垃圾、污泥及畜禽粪便联合厌氧消化产沼的研究。联合发酵可以在消化物料间建立起一种良性互补，从而提高产气量，而且仪器设备的共享在提高经济效益方面的作用也是非常明显的。Kayhanian评估了以城市固体垃圾生物可降解部分为底物的高固体厌氧消化示范试验。结果表明,美国典型B/F(可降解垃圾与总物料之比)的垃圾缺乏活跃而又稳定降解所需要的宏量或微量元素,若补充以富含营养的污泥和畜禽粪便,可以提高B/F，大大提高产气率并增加过程的稳定性。国内在这方面的研究仅限于实验室水平，未见相关工程应用的报道。 温度 有机固废厌氧消化一般在中温或高温下进行,中温的最佳温度为35℃左右,高温为55℃左右。Ghosh等利用厌氧消化处理垃圾衍生燃料(RDF)，对比了单相式和两相式反应器的处理效果，发现在传统单相式反应器中高温(55℃)比常温(35℃)消化的甲烷产量仅提高7％；RDF粒径从降至在中温消化下对甲烷产量无明显影响，但当反应条件转变为高温消化时甲烷产量可提高14％。高温消化可以比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反应器容积。然而高温消化所需热量多,运行也不稳定。最近有研究表明厌氧消化在65℃时水解活性可进一步提高。还有将超高温水解作为一个专门的反应器，对厌氧消化进行处理研究。 高温可以比中温产能多，但高温需要更多的能量，在实际情况中加热所需的能量往往与多产出的能量差不多。虽然沼气产量和生物反应动力学都表明高温消化更有优势，但理想的条件决定于底物类型和使用的系统情况。 pH值 产甲烷菌对pH值的要求非常严格，pH值的微小波动有可能导致微生物代谢活动的终止。在发酵初期由于产生大量有机酸，若控制不当容易造成局部酸化，延长发酵周期，进而破坏整个反应体系。研究发现pH值为～范围内，水分含量为90%～96%时产甲烷速率较高；pH值低于或高于时，产甲烷菌可能会停止活动。 一般说来酸化相对保持略偏酸性,产甲烷相需要略偏碱性,但没有一个绝对合适的量,只需系统能够保持稳定高效便是最佳状态。pH值是厌氧消化过程的重要监测指标和控制参数。 抑制 厌氧消化过程中抑制作用非常普遍，包括pH抑制、氢抑制、氨抑制、弱酸弱碱抑制、长链脂肪酸(VFA)抑制等。 许多学者都研究了厌氧消化中氨抑制的问题。当氨氮浓度从740mg/L至3 500mg/L时，葡萄糖降解速度急剧下降，可以认为氨积聚对糖酵解过程有一定的抑制作用。Sung等研究了以有机固废为底物的常温厌氧消化过程中氨氮浓度对甲烷产气量的影响，常温消化当总氨氮浓度(TAN)从依次升至、、、时，反应器内呈现慢性抑制的现象。TAN为或时，甲烷产量分别降低39％和64％。Fujishima等研究了常温下污泥含水率对厌氧消化的影响，发现污泥的含水率低于91％时甲烷产量减少，这主要由于系统中高氨含量对氢营养甲烷菌的抑制作用。 Salminen指出渗滤液回流与pH值调节相结合可以降低酸积累的抑制效应，加速消化降解速率。然而当系统中活性产酸菌和产甲烷菌数量较少时，回流渗滤液会引起VFA积聚。Clarkson和Xiao对废报纸进行厌氧消化的研究发现，水解反应是其中限制性步骤，高浓度的丙酸盐对其具有抑制作用。 搅拌 当消化底物为固态时，水解通常成为整个反应的限制性阶段。很多经典中强调了消化过程中应充分混和搅拌以促进反应器中酶和微生物的均匀分布。然而近年来有试验表明降低搅拌程度可以提高反应器的效率。Vavilin .常温消化下搅拌强度的，试验表明当有机负荷偏高时，搅拌强度加大会导致反应器运行失败，低强度搅拌是消化过程顺利完成的关键；当有机负荷偏低时，搅拌强度对反应无明显影响。由此Vavilin .提出搅拌阻碍反应器中甲烷区形成的假设，认为甲烷区的形成对抵抗酸化过程中产生的抑制起重要作用。在此基础上他提出了均质柱形反应器的二维分布式模型（2D distributed models），模型基于以下假设：在维持产甲烷菌繁殖代谢处于较优水平的前提下，反应器中甲烷区所占空间存在一个最小值。通过对消化过程的模拟，认为有机负荷高时，反应初始阶段甲烷区与产酸区在空间上分离是固废物转化为甲烷的关键因素，而初始阶段甲烷区中生物量的多少则是这些活性区保留的决定性因素。此时如果高强度搅拌，甲烷区由于VFA的抑制作用会逐渐萎缩直至消失。然而当有机负荷偏低时，大部分甲烷区均能幸存并逐步扩大到整个反应器。 Stroot等学者认为剧烈搅拌会破坏微生物絮团的结构，从而打乱了厌氧体系中有机体间的相互关系。一个连续运转的消化器在启动阶段应逐步增大有机负荷以避免运转失败。当产甲烷阶段是限制性反应时高强度搅拌并不合适，因为产甲烷菌在这种快速水解酸化的环境中很难适应，因此在启动阶段应采取适量搅拌。如果水解阶段为限制性反应，此时反应器内底物浓度较大，高强度搅拌对水解起促进作用。因此为达到有机物厌氧转化的最佳条件，应综合考虑搅拌所带来的积极和负面影响。 预处理 根据现有的研究发现,固体厌氧消化的速度较慢,对固体废物采用物理法、化学法、生物法等预处理可以提高甲烷产气量。Liu等人通过对消化底物进行240℃的蒸汽热处理5分钟，使甲烷产气率提高一倍，最终的甲烷产量增加40％。木质素和纤维素由于其本身结构，是公认的难降解物质，也是很多厌氧消化过程中的限制性因素。Clarkson等对废报纸进行厌氧消化研究，发现碱预处理可以显著提高废纸的可生物降解性，但延长浸泡时间或增大反应温度并不能提高转化率。 Hartmann等在传统的厌氧反应器前端设计了一个生物活性反应器，对厌氧消化进行预处理研究。该反应器用于68℃对底物进行超高温水解，这种反应器分离的设计是为了更大程度降解有机物为VFA，从而获得更高的产气量，同时超高温反应器可以有效去除氨的影响。结果表明VS去除率为78～89％，产气量640～790mL/g。超高温反应器中氨负荷降低7％。 对固态厌氧消化底物的物理和化学预处理研究较多，对生物预处理的研究则较少。Peter等从高温反应器中分离到能分解有机固体废物的嗜温微生物,用该微生物对污水污泥进行预处理,在1～2d内近40%的有机物被分解,而且与没有经过该预处理相比,厌氧消化过程中沼气产量提高50%；Ejlertsson研究表明，在消化开始阶段进行间歇曝气能有效去除易降解的固废，克服高浓度VFA带来的抑制；Mshandete等研究了纸浆厌氧发酵系统中，启动阶段进行9h堆肥预处理后甲烷产量提高26%；Katsura和Hasegawa进行了类似的预处理研究，对污泥进行微好氧热处理后甲烷产量提高50％。研究者认为高温好氧菌分泌的胞外酶比一般蛋白酶在溶解污泥方面更具活性。 3 厌氧消化工艺 厌氧消化处理固体废物，通过技术革新逐步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发酵、两相厌氧消化等为主的工艺形式。 湿式完全混合厌氧消化工艺（即湿式工艺）的最早也最为广泛。此工艺条件下固体浓度维持在15%以下，其液化、酸化和产气3个阶段在同一个反应器中进行，具有工艺过程简单、投资小、运行和管理方便的优点。这种工艺条件下浆液处于完全混合的状态，容易受到氨氮、盐分等物质的抑制，因此产气率较低。 厌氧干发酵又称高固体厌氧消化，在传统的厌氧消化工艺中固体含量通常较低，而高固体消化中固体含量可达到20%～35%。高固体厌氧消化主要优点是单位容积的产气量高、需水量少、单位容积处理量大、消化后的沼渣不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂。随着固体浓度的加大，干发酵工艺中需设计抗酸抗腐蚀性强的反应器，同时还得解决干发酵系统中输送流体粘度大以及高固体浓度带来的抑制问题。两相厌氧消化工艺即创造两个不同的生物和营养环境条件，如温度和pH等。Ghosh最早提出优化各个阶段的反应条件可以提高整体反应效率,增加沼气产量，从而提出了两相厌氧消化。动力学控制是两相系统促进相分离最常用的手段，根据酸化菌和产甲烷菌生长速率的差异来进行相分离。还有一些技术可促进厌氧系统的相分离，如滤床在处理不溶性的有机物时可用来达到相分离。渗析、膜分离和离子交换树脂等也可用于相分离。 大多数观点认为，采用相分离技术创造有利于发酵细菌的生态环境，避免有机酸的大量积累，会提高系统的处理能力。Ghosh等利用厌氧消化处理垃圾衍生燃料(RDF)，对比了单相式和两相式反应器的处理效果，发现两相消化比传统单相式反应器，甲烷产量提高20％左右。Goel等人对茶叶渣进行两相厌氧消化研究，发现每去除1kgCOD，平均产气量为，COD去除率93％，甲烷含量73％。 两相厌氧工艺的主要优点不仅是反应效率的提高而且增加了系统的稳定性，加强了对进料的缓冲能力。许多在湿式系统中生物降解不稳定的物质在两相系统中的稳定性很好。虽然两相工艺有诸多的优点，但由于过于复杂的设计和运行维护，实际应用中选择的并不多。目前为止，两相消化在应用上并没有表现出明显的优越性，投资和维护是其主要的限制性因素。4 结语 Edelmann利用生命周期(LCA)认为，厌氧消化是最适宜的有机固废处理方法。有机固废的厌氧消化技术已引起国内外的广泛关注，它们在消纳大量有机废物的同时，可获得高质量的堆肥产品和沼气，实现生物质能的多层次循环利用。 我国目前在有机垃圾厌氧消化工程应用方面的研究很少，厌氧消化的研究主要集中在水处理方面。各种厌氧发酵工艺实际应用中所存在的最大问题是规模化运行的自动化程度较低，技术装备差。因此，对厌氧消化的最佳生物转化条件、生态微环境以及设计完善的过程控制系统等方面，还需要进一步深入研究，以达到最佳的处理效果。 文献1 Borja R，Rincon B，Raposo F et al．Kinetics of mesophilic anaerobic digestion of the two-phase olive mill solid waste[J]．Biochemical Engineering Journal，2003（15）2 Ghosh, S，Henry ，Sajjad A et al．Pilot-scale gasification of municipal solid wastes by high-rate and two-phase anaerobic digestion[J]．Water Science and Technology，2000(3) 3 Hinrich Hartmann，Birgitte K. Ahing．A novel process configuration for anaerobic digestion of thermophilic post-treatment[J]．Biotechnology and bioengineering，2005(7)4 Peter F. Pind，Irini Angelidaki，Birgitte ． Dynamics of the Anaerobic Process: Effects of Volatile Fatty Acids[J]．Biotechnology and Bioengineering，2003(7)5 Ejlertsson J，Karlsson A，Lagerkvist A et al．Effect of co-disposal of wastes containing organic pollutants with municipal solid waste-a landfill simulation reactor study[J]．Adv Environ，2003（7）