干式發(fā)酵是指以有機廢棄物為原料（干物質(zhì)濃度在25%以上）,，利用水解產(chǎn)酸菌,、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌將其分解為CH₄、CO₂,、H₂S等氣體的發(fā)酵工藝,。由于固體濃度太高難以采用連續(xù)投料或半投料的投料方式，絕大數(shù)均采用批量投料,。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列,。

一、干式厭氧發(fā)酵技術(shù)的應用范圍

1.城市生活垃圾

組成：食物殘渣,，廢紙,，玻璃,、陶瓷,、塑料、金屬制品等廢物,，煤灰渣及糞便等,。

特性：組分復雜且隨季節(jié)、場合而異,；食品殘渣的比例需達到60%以上,，尚未實現(xiàn)分類收集，用于堆肥時需經(jīng)分選,。

2.禽畜糞便

組成：雞,、鵪鶉、鴨,、鵝等禽糞尿,；豬、羊,、牛等畜糞尿,；兔、蠶、蚯蚓等其他動物糞尿及沖刷廢水,。

特性：有惡臭,，孽生蚊蠅且攜帶大量病菌及蟲卵，但有機質(zhì),、N,、P、K及微量元素豐富,，C/N比較低,，適合用作堆肥、飼料和產(chǎn)沼的原料,?？芍苯佑米魍寥栏牧紕龠M作物增產(chǎn),。

3.污泥

組成：沉砂池沉渣,、浮渣、初沉污泥,、二沉池污泥,、活性污泥、消化污泥以及造紙污泥,、煉油污泥等,。

特性：易于腐化發(fā)臭、含水率高且不易脫水,；有機物含量約50%,，植物營養(yǎng)素豐富，可用作土壤改良劑和堆肥原料,，但需除去其中重金屬,、有機污染物、病原菌,、寄生蟲等有害成分,。

4.農(nóng)產(chǎn)品及其加工廢物

組成：麥秸、稻草,、玉米稈,、樹葉、雜草,、木屑,、玉米芯、豆莢,、花生殼,、棉籽殼,、谷殼、棉稈,、鋸末等,。

特性：以碳水化合物為主，種類多,、數(shù)量大,、廉價易得，是微生物良好的營養(yǎng)物質(zhì)和堆肥理想原料,；物化性質(zhì)良好,，適宜用作工業(yè)原料，干燥后熱值高,，燃燒清潔,，灰分用途廣泛。

5.廚余和泔腳

組成：米和面粉類食品殘余,，蔬菜,、肉骨、魚刺,、瓜皮,、果皮果殼、菜葉,、剩飯,、剩菜及廢餐具、餐巾紙等,。

特性：有機物含量高,、熱值低、易腐,；含水率在80%左右,；組成簡單，毒害物質(zhì)含量較少,；營養(yǎng)成分豐富；來源復雜,，需適當處理以截斷病原菌,，適用于堆肥產(chǎn)沼。

6.食品工業(yè)廢渣

組成：麥麩,、糟渣,、蔗渣、骨粉,、濾泥,、糠醛渣,、劍麻渣、食用菌渣等,。

特性：產(chǎn)量大,，可集中處理；營養(yǎng)元素全面,，雜質(zhì)少,，適于用作飼料，堆肥原料和厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼,。

7.高濃度有機廢水

組成：酒精,、味精、發(fā)酵,、屠宰,、制糖、養(yǎng)殖,、化工,、食品行業(yè)的有機廢水。

特性：COD含量高,；廢水中含有豐富的微生物菌群,，其成分類似于生物有機肥菌種，可與秸稈,、糞便一起生產(chǎn)有機生態(tài)肥,。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列。

二,、影響干式厭氧發(fā)酵工藝的主要因素

厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的多少,、運行的穩(wěn)定性以及CH₄含量的高低與發(fā)酵過程中工藝條件的控制密切相關(guān)。由于發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度高導致進料難,、傳熱傳質(zhì)不均勻,、酸中毒等問題成為干式厭氧發(fā)酵工藝的技術(shù)難點，對此國內(nèi)外都進行了深入的研究,，其中有研究表明影響干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能穩(wěn)定運行的主要因素包括：底物組成,、底物預處理、接種物,、有機負荷,、pH值和溫度以及攪拌等。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列,。

1.底物組成

由于底物本身特性的不同,，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)量相差較大，眾多研究表明：厭氧發(fā)酵底物的C/N比值以20~30為宜,，過高與過低均會影響底物產(chǎn)氣量或產(chǎn)氣速率,。C/N比過高,，發(fā)酵過程有機酸會大量累積；C/N比過低,，有機物的分解會受到抑制,，同時會產(chǎn)生大量的NH₃抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。

2.底物預處理

對于固體含量高的有機廢棄物的厭氧發(fā)酵,，底物的水解階段是在整個厭氧發(fā)酵過程的限速階段,。底物的水解速率除了和自身特性有關(guān)外，還與其物理結(jié)構(gòu),、性狀以及底物與水解酶接觸難易程度有關(guān),。通過一定的預處理技術(shù)減少底物的顆粒直徑、改善底物與酶的親和能力等,，不僅可以促進有機物的分解,，而且還可以為微生物生長繁殖創(chuàng)造適宜的環(huán)境，增大微生物與發(fā)酵底物的接觸面積,，同時可以顯著地提高底物水解速率和產(chǎn)氣量,。

目前比較常見的預處理方法有物理預處理法、化學預處理法和生物預處理法,。

1）物理預處理法

物理預處理法是通過改變底物物理特性促進厭氧發(fā)酵,，主要方法有切碎、研磨,、浸泡,、冷凍、微波,、超聲波,、蒸汽爆破、脈沖等,。

2）化學預處理法

化學預處理法可以促進復雜有機物質(zhì)降解轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谏锝到獾男》肿游镔|(zhì),，如葡萄糖、乙酸等,，從而提高產(chǎn)氣效率,，通常是酸,、堿法,。

酸水解法可以破壞秸稈中纖維素的晶體結(jié)構(gòu),，使秸稈變得疏松，但高濃度的酸會產(chǎn)生對沼氣發(fā)酵有抑制作用的副產(chǎn)品,，如糠醛等。堿水解法的機理是利用堿破壞木質(zhì)素的醚鍵,、皂化半纖維素和木質(zhì)素之間的酯鍵,，從而削弱纖維素,、半纖維素內(nèi)部氫鍵的結(jié)合，使纖維素水解膨脹,，結(jié)晶度降低,，并且半纖維素在堿的作用下溶解，有利于生物質(zhì)秸稈的酶解,。

3）生物預處理方法

生物預處理法主要是利用微生物產(chǎn)生胞外酶等物質(zhì)預先水解底物,，具體反應體系條件溫和、對木質(zhì)素的降解具有專一性,、反應過程能耗較低,、對環(huán)境產(chǎn)生污染較少等優(yōu)點。

3.接種物

在干式厭氧發(fā)酵過程中,，由于固體濃度高,，加入足夠所需的微生物作為接種物是極其重要的，甚至關(guān)系到干發(fā)酵的成敗,。接種物的來源,、富集培養(yǎng)方式及添加比例對厭氧發(fā)酵影響很大。一般情況下,，厭氧干法發(fā)酵時菌種與發(fā)酵原料的比例為1:5左右,，若能達到3:10以上，可以提高產(chǎn)氣率和沼氣中CH₄的百分比,。

4.有機負荷

有機負荷時厭氧消化系統(tǒng)中生物轉(zhuǎn)化能力的度量,。如果有機負荷過大，會造成揮發(fā)性有機酸的積累,，形成“酸中毒”現(xiàn)象,，不利于產(chǎn)生CH₄微生物的生長繁殖；但如果過小,，處理效率將大大降低,，造成資源量費。研究表明：在TS濃度為20%~50%的情況下,，能正常產(chǎn)出CH₄,。隨著TS濃度的增高，產(chǎn)CH₄量逐漸降低：在TS濃度為20%~40%范圍內(nèi)降低幅度不大,；在TS濃度為50%時,，產(chǎn)CH₄量大大降低。

5.pH值及溫度

厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)酸菌可以在pH為5.5~8.5范圍內(nèi)良好生長,，而產(chǎn)甲烷菌對pH變化非常敏感,，低于5.5就會*受到抑制。干式厭氧發(fā)酵的適宜pH范圍為6.8~7.4,，低于6.4或者高于7.6都會對產(chǎn)氣有抑制作用,。因此,，發(fā)酵體系的pH值應維持在6.5~7.8范圍內(nèi)。

發(fā)酵溫度也是影響沼氣干發(fā)酵的重要因素,，溫度與有機物分解過程有密切,，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高,，原料有機物分解越快,。30~35℃（中溫）與50~55℃（高溫）是厭氧發(fā)酵的2個適宜溫度段。研究表明：中溫厭氧發(fā)酵工藝所需熱量少,，運行穩(wěn)定,，便于管理，較適宜干式厭氧發(fā)酵工藝,。

6.攪拌

在配料不當或者原料濃度較高的情況下,，常會在啟動階段發(fā)生pH劇烈下降的現(xiàn)象，即“酸中毒”,。攪拌能夠避免裝置中原料局部酸積累,，使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸和反應,，擴大活性層,，同時防止大量原料浮面結(jié)殼、原料利用率降低,、產(chǎn)生的沼氣釋放不出來等問題,。

三、干式厭氧發(fā)酵的主要工藝

國外對沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究比我國早,，整體技術(shù)水平較我國,。從20世紀40年代起，德國,、法國和阿爾及利亞就開始運用批量式沼氣干發(fā)酵技術(shù),。20世紀80年代，德國,、荷蘭,、瑞士、布基納法索,、尼日爾等國家對沼氣干發(fā)酵進行了深入的研究,。20世紀90年代，德國大量資助新型的間歇式干式發(fā)酵技術(shù)研究,，在90年代末,，該項工藝和裝備通過了中試，并于2002年生產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)化裝備，投入實際運行,。目前國外的沼氣干式發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)成熟,，如車庫型干發(fā)酵系統(tǒng),、氣袋型干發(fā)酵系統(tǒng),、干濕聯(lián)合型發(fā)酵系統(tǒng)、滲濾液儲存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)等大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng),，已投入生產(chǎn)性應用以及規(guī)?；恼託馍a(chǎn)。紅外沼氣分析儀Gasboard-3200系列,。

國外部分干式厭氧發(fā)酵工藝技術(shù)對比

（來源：公眾號@沼氣圈）