一、前言

城市垃圾已成為當(dāng)今世界的一大公害，也成為我國環(huán)境污染的突出問題之一。近幾年來，我國城市生活垃圾產(chǎn)量達(dá)1億多噸，且每年以10％的速率增長。而且隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，垃圾產(chǎn)量將持續(xù)增長。傳統(tǒng)的垃圾處理，填埋、堆肥和焚燒是最常用的方法，但由于垃圾衛(wèi)生填埋和焚燒處理的環(huán)保要求較高，焚燒和填埋成本也隨之增加，且這些方式本身存在一定的弊端，對土壤、地下水和大氣都會造成嚴(yán)重污染局面。由于環(huán)境立法的日益嚴(yán)格和垃圾的分類收集，為垃圾處理提供了條件。在各種處理方法中，生物方法成為處理分類收集有機(jī)部分的一種有效方式，它能最大程度地循環(huán)利用有用成分。在生物處理方法中，利用微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、無機(jī)營養(yǎng)物和腐殖質(zhì)的厭氧技術(shù)逐漸引起人們的重視。

二、我國垃圾處理現(xiàn)狀及存在問題

解決垃圾問題的目標(biāo)是將垃圾減容、減量、資源化、能量化及無害化。目前主要有填埋、堆肥及焚燒處理三種方法。填埋是目前我國大多數(shù)城市解決生活垃圾出路的主要方法，到2003年底全國共有559座生活垃圾填埋場，近85％的城市生活垃圾采用填埋處理。利用微生物分解垃圾有機(jī)成分的填肥處理，雖在我國具有悠久歷史，但由于各種原因目前堆肥處理的效率不高，限制了該處理方法的發(fā)展。垃圾焚燒技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用起步于八十年代中期，隨著我國東南部沿海地區(qū)和部分大中城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活垃圾低位熱值的提高，不少城市已將建設(shè)生活垃圾焚燒廠提到了議事日程，目前正處于快速發(fā)展階段。

各種方法都具有自身的局限性。填埋處理不僅填埋掉了廢物，也埋掉了可回收利用的資源，填埋場占地面積大，且存在嚴(yán)重的二次污染，如地下水污染，土壤污染，堆放場產(chǎn)生的臭氣嚴(yán)重影響場地周邊的空氣質(zhì)量等。堆肥周期長，占地面積大，衛(wèi)生條件差，堆肥處理產(chǎn)生的肥料肥效低、成本高，與化肥比銷售困難，經(jīng)濟(jì)效益差。而焚燒處理對垃圾低位熱值有一定要求，且垃圾焚燒對垃圾具有選擇性，焚燒不僅使垃圾中的可利用資源被銷毀，產(chǎn)生的大量煙氣，造成熱能損失。產(chǎn)生的煙氣必須凈化，凈化技術(shù)難度大，運(yùn)行成本高，焚燒設(shè)備一次性投資大，焚燒產(chǎn)生的殘渣還必須消化。

當(dāng)前，我國城市生活垃圾處理存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）城市生活垃圾資源利用水平低下，與發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距；（2）雖然我國各地均設(shè)有城市垃圾收集、運(yùn)輸、處理的專門機(jī)構(gòu)，但垃圾處理的整體水平較低，大部分城市垃圾采用混合回收方式，加大了垃圾出來難度，垃圾資源化未能引起相關(guān)部門的重視；（3）在我國垃圾處理的經(jīng)費主要來自國家和地方財政，資金主要用于垃圾的清運(yùn)和掩埋處置，難以滿足資源化需求。

三、厭氧消化處理技術(shù)

（一）厭氧消化處理工藝

城市生活垃圾中的紙類、塑料、織物、金屬等被分揀回收利用后，剩余的主要是廢棄的動植物有機(jī)物質(zhì)，其含水量高達(dá)80％左右極易腐爛，除了其中的木質(zhì)素外都可進(jìn)行厭氧消化降解。若利用傳統(tǒng)的填埋等方法進(jìn)行處理，可能增加處理成本，造成二次污染。針對我國現(xiàn)行垃圾處理方式的弊端，應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾，實現(xiàn)垃圾無害化，資源化和減量化的目標(biāo)是可行的。

生活垃圾的厭氧發(fā)酵是指在無氧條件下，微生物分解有機(jī)物，其中的C、H、O轉(zhuǎn)化為沼氣－甲烷和二氧化碳，而N、P、K等微量元素存于殘留物中并轉(zhuǎn)化為易被動植物吸收利用的過程。有機(jī)物首先通過快速增值和對PH敏感的酸化菌將其水解和發(fā)酵轉(zhuǎn)化為揮發(fā)酸，揮發(fā)酸通過乙酸菌氧化為乙酸鹽、分子氫和二氧化碳,甲烷菌再將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷，一般厭氧消化可分為水解酸化階段、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。

（二）厭氧消化工藝研究進(jìn)展

厭氧消化處理城市垃圾，主要集中處理城市垃圾中廚房剩余垃圾以及庭院垃圾，德國、丹麥等歐洲國家已建成一批消化處理廠，利用廚房垃圾產(chǎn)沼氣的研究較為成熟。早在20世紀(jì)80年代厭氧消化技術(shù)已成為日本等國的研究課題，近年來，在引進(jìn)歐洲技術(shù)的同時，地方政府支持進(jìn)行了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。厭氧消化技術(shù)最早應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理，在城市垃圾處理中占的比例還小。1920年，英國農(nóng)學(xué)家AlbertHoward發(fā)明了厭氧堆肥法，而后通過不斷的技術(shù)革新，逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發(fā)酵、兩步厭氧消化等為主的工藝形式。

1．濕式完全混合厭氧消化。濕式完全混合厭氧消化（簡稱濕式工藝）應(yīng)用最早也最廣泛，其液化、酸化和產(chǎn)氣3個階段在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，工藝過程簡單、投資小、運(yùn)行和管理方便。早期消化工藝中沒有攪拌裝置，易引起分層現(xiàn)象，反應(yīng)器中較輕的部分上升成浮渣層，較重的部分下沉成為底層，這樣在反應(yīng)器中形成3個濃度不同的物理層，不但影響混合效果，而且損傷發(fā)酵設(shè)備。自上世紀(jì)90年代以來，攪拌器應(yīng)用研究的快速發(fā)展，利用機(jī)械沼氣混合攪拌取得了很好的效果。但由于酸化、水解、產(chǎn)甲烷均在同一反應(yīng)器中同時進(jìn)行，通常認(rèn)為在這個系統(tǒng)中各階段反應(yīng)都不能達(dá)到各自最佳的反應(yīng)條件，處理效率低。與其他工藝相比，濕式工藝含水量高，可以稀釋抑制物的濃度（固體濃度達(dá)15％），在一定程度上也加大了系統(tǒng)的抗抑制能力。

2．一步厭氧干發(fā)酵。濕式工藝的廣泛應(yīng)用，為提高其處理能力，提出了一步厭氧干發(fā)酵系統(tǒng)。厭氧干發(fā)酵系統(tǒng)的固體濃度可以維持在20％－50％，大大提高了處理能力。干發(fā)酵系統(tǒng)中只有含水率非常低的原料需要進(jìn)行稀釋，且用水量小。同時，厭氧干發(fā)酵系統(tǒng)對進(jìn)料的分選要求不高，原料進(jìn)入處理系統(tǒng)前，只需用滾筒篩將大的顆粒物去除即可。然而，從投資角度看，干發(fā)酵工藝比濕式工藝要高得多，另外，由于固體濃度的加大，需要設(shè)計能夠抗酸、抗腐蝕性強(qiáng)的發(fā)酵反應(yīng)器。

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