厨余垃圾厌氧发酵技术发展现状及趋势
江苏工业学院  戴肖云  祁静  汤伟伟  李定龙
　　目前，国内外普遍采用的厨余垃圾处理方法有填埋法、堆肥法和焚烧法。与其他垃圾相比，厨余垃圾因其含水
率和有机物含量高的特性，在填埋和堆肥处理过程中容易滋生蚊蝇，产生渗滤液，导致二次污染等环境问题；同时
由于其单位热值（2100～3100kJ/kg）过低，不能满足垃圾焚烧发电的热值要求（5000 kJ/kg以上），还容易产生二
噁英等致癌物质。为此，厨余垃圾因其高碳氮比、营养元素多、可生化性强等特点，适合于厌氧发酵的处理技术。
其处理的优点在于利用微生物降解有机成分，不仅具有较高的废物处理效率，而且还可以得到有机肥料、化工产品
以及生物气能源等。
　　目前，国内外厌氧发酵技术已应用于酒精、食品、制药、化工等行业的废水处理过程中。随着厌氧发酵技术的
广泛运用，在国内外已经有将该技术用于城市生活垃圾处理的实例，并取得一定的效果。
　　一、厌氧发酵技术原理
　　厨余垃圾的厌氧发酵是在特定的厌氧条件下，以废弃物中的有机污染物为营养源，创造有利于微生物生长和繁
殖的良好环境，利用微生物的异化分解和同化合成的生理功能，将酶分解后的一部分有机质作为还原剂被氧化，而
另一部分有机质作为氧化剂被还原，使得有机污染物转化为CH4、CO2和NH3等无机物质和微生物的细胞物质，从而
达到消除污染，净化环境的目的。整个发酵过程是由多种微生物组成的复杂生物体系共同参与完成的，且不同微生
物的代谢过程相互影响，形成复杂的生态系统。
　　二、厌氧发酵工艺
　　在发达国家尤其欧洲，固体废物的厌氧发酵技术在研究和实际应用中都得到了很好的发展，是一项逐渐趋向成
熟的技术。根据所处理垃圾的不同特性，许多不同的发酵工艺涌现出来并得到发展。
　　1. 干法和湿法
　　根据进料垃圾中固体浓度的大小，厌氧发酵工艺被分为干法厌氧发酵工艺和湿法厌氧发酵工艺。干法厌氧发酵，
即保持固体废物的原始状态进行厌氧发酵，反应器内发酵物料的浓度在20%～40%TS(总固体浓度）之间，仅浓度特
别高（>60%TS）的进料才用水进行稀释。而湿法厌氧工艺中有机固体废物通常加水稀释使进料中TS浓度低于15%。
上世纪80年代之前对厌氧发酵工艺的研究都集中在湿法厌氧发酵上，期间研究者们发现干法和湿法过程的气体产率
相近，进入90年代后干法厌氧发酵工艺开始受到越来越多的关注。干法对预处理的要求比湿法简单，一般不需要对
进料进行稀释，但干法中为了满足废物高粘度的需求，所用设备比湿法昂贵。且由于在干法工艺中没有对废物进行
稀释，因此更容易受到氨氮、盐份等物质的抑制。湿法过程排放了比干法更大的废水量，但较干法所排放的需要后
处理的废物更少，湿法工艺在用水稀释进料的过程中还可以回收一部分惰性物质。干法和湿法工艺各有其优缺点，
所以在实际应用中几乎各占一半。
　　2. 单相和两相
　　目前城市生活垃圾通常采用单相厌氧发酵工艺处理，但是由于该工艺的产酸相和产甲烷相在同一个处理单元中，
在提高负荷的过程中极易出现产酸和产甲烷过程不平衡，VFA（挥发性脂肪酸）积累，pH剧烈下降，从而使产甲烷
菌受到抑制，对于厨余垃圾这类可生物降解有机物含量高的废物尤甚。Ghosh等人在上世纪70年代提出了两相厌氧
发酵的概念，其本质特征是实现了产酸相和产甲烷相的分离，成为两个独立的处理单元，通过调控两个单元各自的
运行参数，形成产酸发酵微生物和产甲烷发酵微生物各自的最佳生态条件，从而大幅度提高废物的处理能力和工艺
运行的稳定性。甚至厌氧反应器也可以根据实际需要在产酸相和产甲烷相分别选择，例如在产甲烷相应用UASB反应
器、生物滤池等。相对于单相过程，两相厌氧发酵过程的优点在处理各种工业废水、废物、剩余污泥和城市生活垃
圾的各种规模的实践应用中都得到了证明。但在实际的市场运作中，由于两相厌氧发酵系统需要更多投资，运转维
护也更为复杂，因此在实际中的应用仍占少数。以欧洲固体垃圾的厌氧发酵为例，90%的大规模垃圾处理厂采用的都
是单相厌氧发酵工艺。
　　3. 间歇和连续
　　根据运行的连续性，厌氧发酵工艺可以分为间歇厌氧发酵工艺和连续厌氧发酵工艺。间歇厌氧发酵工艺实际上
是将垃圾序批地投入到反应器中，接种另一个反应器中的发酵液，封闭反应器，直到垃圾降解完全再投入另一批新
鲜垃圾。在连续的厌氧发酵系统中，新鲜垃圾和降解完全的垃圾分别连续地投入和排放。间歇系统在市场应用中所
占份额小，主要是由于间歇系统产气效率通常比连续流系统低40%，且占地面积大。但是间歇系统技术简单，投资
费用也比连续流系统低。
　　三、厨余垃圾厌氧发酵技术处理现状
　　1. 厨余垃圾产气能力研究
　　厨余垃圾的特性不同于工业污水和污泥，其固含量、油脂与盐份均大大超过工业污水和污泥，因此众多科研学
者进行了大量的厨余垃圾厌氧产气潜力的研究。
　　Cho等进行了不同厨余垃圾两级干法产气潜力研究。厨余垃圾TS浓度在15%～30%，水解相、甲烷相分别采用固
定床、上流式厌氧污泥床技术，容器体积分别为5L、8L，研究发现熟肉食品、纤维素、熟米饭、蔬菜、混合厨余垃
圾的沼气产率分别为482、356、294、277和472mlCH4 /gVS，碳素甲烷转化率分别为82%、92%、72%、73%和86%。
酸化相降解率达到87%～90%，VS的甲烷转化率达到90%。
　　同济大学李俊涛等通过新鲜泔脚的特性分析实验、脱水实验、最佳接种率、最佳含水率实验、最大有机负荷实
验等一系列系统的实验，结果表明在80%接种率、90%含水率的条件下厌氧反应才能顺利进行，而且进料率必须控制
在4g（挥发性悬浮固体(VSS）)/(L·d)，才认为厌氧消化对泔脚的处理在生态上比较合理，在经济上可行。
　　由此可见，厨余垃圾进行厌氧沼气发酵是切实可行的，然而现有的厨余垃圾厌氧发酵转化效率较低，发酵周期
很长，这对于工程应用是十分不利的，因而探索高效的厌氧发酵系统显得十分必要。
　　2. 厨余垃圾产酸能力的研究
　　通过厌氧发酵，厨余垃圾在水解产酸过程中，产生乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸。刘振玲等通过实验研究了pH、
TS、碳氮比（C/N）对食品废弃物厌氧消化产乙酸的影响，结果表明pH为6.5、TS为7%（质量分数）、C/N为16:1
时，总VFA的最大质量浓度为31.56 g/L，乙酸的最大质量浓度为19.46 g/L。KS Min等通过实验研究了温度、HRT
（水力停留时间）和pH对厨余垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸VFA的影响，结果表明当温度为18±2 ℃，HRT为5
天，调节ph为5.2～6.7，厨余垃圾为10%（质量分数）的最大VFA产率为0.318 g/t。
　　1999年日本学者Shirai提出了通过厨房垃圾发酵生产乳酸，进而合成聚乳酸这种可生物降解塑料的技术，为
厨余垃圾的资源化和降低乳酸生产成本开辟了一条新的途径。
　　四、研究展望
　　厨余垃圾是一种丰富的可再利用资源，但填埋、堆肥和焚烧等传统处理方法都无法实现无害化、资源化、减量
化的原则。厌氧发酵制氢、甲烷和乙酸等挥发性脂肪酸将为厨余垃圾回收再利用开辟新的途径；厌氧发酵对厨余垃
圾的处理是目前生态上最为合理，经济上可行的处理方法，具有广阔的开发前景，需研究开发合适的厌氧发酵工艺，
探索厌氧发酵的最佳反应条件，提高厌氧发酵处理的效果。