餐廚垃圾干式厭氧消化的影響因素
溫度
厭氧消化是一個微生物的作用過程，溫度作為影響微生物生命活動過程的重要因素，主要通過影響酶活性來影響微生物的生長速率和對基質的代謝速率。在厭氧消化應用的三個溫度范圍（常溫20～25℃，中溫30～40℃，高溫50～60℃）中，中溫和高溫消化是生化速率最高和產氣率最大的區(qū)間。吳滿昌等人通過對城市生活垃圾進行高溫干式厭氧消化的實驗表明：干式發(fā)酵工藝中固含率大于20％后，在25℃溫度下基本不產氣，發(fā)酵停止，中溫發(fā)酵慢，隨著TS的增加，中溫發(fā)酵也慢慢停止，只有高溫發(fā)酵還可以繼續(xù)進行（表1）。
表1 不同溫度和固含率的發(fā)酵情況
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大多數工業(yè)化的厭氧消化反應器是在中溫或常溫下操作，僅當反應器的大小相對于能耗的增加和操作的穩(wěn)定性而言是考慮的主要因素時，高溫消化才加以采用。同時，高溫消化比中溫消化時間短，產氣率稍高，對寄生蟲卵的殺滅率在數小時內就可達到 90％，而中溫消化對寄生蟲卵的殺滅率在這么短的時間里相對較低。
TS（Total Solid）
餐廚垃圾含水量高不僅增加了消化器容積，而且單位體積垃圾還需要更多熱量，不經濟。而另一方面，固含率很高將會顯著改變底質的流動性，經常會由于混合性差，固體沉降、堵塞和形成浮渣層而導致系統(tǒng)癱瘓。Rivard等人對比了低固體和高固體含量厭氧消化處理城市生活有機垃圾的效果，發(fā)現高固體厭氧消化在加料、混合和出料方面的優(yōu)缺點局限性都非常明顯。劉曉風等人在TS（Total Solid）20％～50％的濃度下進行厭氧干發(fā)酵處理城市有機垃圾，發(fā)現在保證厭氧消化過程正常運行的前提下，垃圾的生物降解量、產沼氣量和產甲烷量均隨TS的增高而降低。
筆者在15天里對學校食堂的餐廚垃圾（主要是餐后垃圾）進行隨機取樣監(jiān)測，發(fā)現其TS維持在20％～25％，因此采用干式厭氧消化工藝來處理餐廚垃圾是可行的。
攪拌
攪拌可以使消化物質均一化，提高物質與細菌的接觸，加速消化底物的分解。與廢水的厭氧消化相比，餐廚垃圾的總固體含量明顯較高，一部分沼氣產生后滯留在消化底物中，只有通過攪拌來釋放滯留的沼氣。而且，餐廚垃圾的干式消化雖然處理量大，高峰期產氣速度也快，但是消化時間較長，良好的攪拌也是解決這一矛盾的有效措施之一。在干式厭氧消化處理系統(tǒng)中，攪拌是一個技術上的難點，這是因為高的固含率給攪拌裝置的選擇和動力的配置帶來了困難。目前，在厭氧消化中主要的攪拌方式有機械攪拌、發(fā)酵液回流攪拌和沼氣回流攪拌。例如，在Valorga工藝中，平推流的方向是環(huán)形的，混合攪拌就是通過在反應器的底部注入高壓的沼氣來實現的。張記市等人在研究城市有機生活垃圾的厭氧發(fā)酵處理中證明，適當的攪拌，可使消化縮短3～5d。如果不攪拌或攪拌不合適，會發(fā)生活性污泥和物料的漂浮以及物料與活性污泥分離、分層等現象。實驗還證明，料液最大線速度應小于0.5m/s為宜。
接種物
接種物的數量和濃度對于厭氧消化中產甲烷階段的運行效果和穩(wěn)定性是非常重要的。通常在厭氧消化工藝中都使用經過馴化的厭氧污泥作為接種物。當接種量少時，需要經歷一個產甲烷菌種的富集過程，有可能造成酸積累導致厭氧消化失敗，因此，加大接種量是防止酸積累，保證發(fā)酵正常進行的關鍵措施。Wang等人進行了餐廚垃圾的厭氧產沼氣潛力研究，接種物為餐廚垃圾的厭氧降解殘留物。研究發(fā)現在接種物用量30％，pH調節(jié)為中性時，試驗未能達到甲烷化階段。接種物用量70％時，甲烷產率為300.7mL/g干物質。劉曉風等人在TS（Total Solid）20％～50％的濃度下，利用厭氧消化污泥作為接種物厭氧干發(fā)酵處理城市有機垃圾，研究發(fā)現TS量與接種物量之比為10:1，可以保證有機垃圾厭氧消化過程的正常運行。潘云霞等研究不同濃度接種物（6％、18％、30％）對厭氧發(fā)酵產氣特性影響的過程中發(fā)現，接種物濃度與物料濃度相互制約，影響有機物的降解，適宜的接種物濃度有利于細菌和微生物的生長，使產氣加快。
碳氮比
餐廚垃圾中的碳氮比（C/N）對消化過程影響很大。大部分產甲烷菌可以利用二氧化碳作為碳源，形成甲烷；氮源方面只能利用氨態(tài)氮，而不能利用復雜的有機氮化合物。Walter等報道當N的含量很高時，高濃度的氨態(tài)氮抑制了厭氧發(fā)酵產甲烷，在消化過程中，當氨增加到2000mg/L以上時，甲烷產量降低。而當N的含量適當時，這些N經分解產生的氨可以調節(jié)酸堿度，防止酸積累，利于產甲烷菌發(fā)揮其活性.吳滿昌等人在55℃高溫下研究了城市有機生活垃圾C/N比與產氣量的關系，發(fā)現隨著C/N比的增加，產氣量增加，但C/N比達到 30左右后產氣量增加趨于平穩(wěn)。任南琪等認為，廢水厭氧消化工藝中的C/N比達到(10～20):1為宜。而農村沼氣發(fā)酵工藝一般認為，在厭氧發(fā)酵啟動階段的C/N比不應大于30:1。
有機負荷
有機負荷是表征進料最有意義的一個因素，它決定了在特定進料速率下所需要的反應器的大小。有機負荷是影響污泥增長、污泥活性和污泥降解的重要因素。提高負荷可以加快污泥增長和有機物降解。如果反應器內負荷太低，可以導致營養(yǎng)不足，是甲烷菌處在饑餓狀態(tài)，消化器效率降低。如果負荷太高，往往導致酸化速度大于產甲烷速度，造成有機酸積累，產氣中二氧化碳含量上升，甲烷含量降低。付勝濤等人研究了初沉污泥和廚余垃圾的混合中溫厭氧消化，實驗采用兩種物料混合,其初沉污泥和垃圾按VS之比分別為3：1和1:1，HRT分別采用10d、13d、16d、20d。結果表明：對于兩種混合進料來說，隨著廚余垃圾所占VS的比例從25%提高到50%，進料有機負荷提高，相應的系統(tǒng)穩(wěn)定性會下降，pH和堿度都有所下降，但是有機負荷的提高使得消化池容積的利用更充分 。
pH、堿度和揮發(fā)性脂肪酸
pH、堿度和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度對于厭氧反應的穩(wěn)定性非常重要。產甲烷菌生長最適宜的pH值是6.8～7.2，一般要求厭氧消化的原液pH值為 6～8，VFA濃度（以乙酸計）低于3000mg/L。在正常的甲烷發(fā)酵中，pH值有一個自行調節(jié)的過程，無需隨時調節(jié)，但是為了順利地進行甲烷發(fā)酵，使產氣早，產氣率高，需要調節(jié)啟動時的pH值。而消化系統(tǒng)中的堿度一般應保持在2000～3000mg/L之間。揮發(fā)性脂肪酸是厭氧消化過程中有機物降解時產生的重要中間產物，是甲烷菌產生甲烷的基礎，也是厭氧微生物新陳代謝活動的重要指標。因此，VFA的代謝平衡是厭氧反應器穩(wěn)定運行的關鍵，當產生的揮發(fā)性脂肪酸不能及時轉移和轉化為甲烷時，必然導致酸生成速度很快而酸消耗速度很慢的不平衡，從而出現酸積累使pH下降。王星等人研究發(fā)現在餐廚垃圾厭氧消化過程中，當調節(jié)在6.5～7.0之間，有助于降低聚集的高濃度VFA對厭氧消化系統(tǒng)的影響。
鹽分
餐廚垃圾垃圾中含有較高的鹽分，而在餐廚垃圾的厭氧消化的過程中，甲烷菌對鹽類較為敏感，尤其是當鈉鹽的濃度突然增加時，厭氧消化過程的正常運行會受到沖擊。有資料顯示，當厭氧消化反應器中鈉鹽的濃度小于5g/L，有機垃圾厭氧消化不受到抑制。但是當鈉鹽大于5g/L時，甲烷產量逐漸降低。低濃度的無機鹽對微生物的生長有促進，但是高濃度有抑制。無機鹽對微生物的生長抑制主要表現在微生物外界中滲透壓較高，造成微生物代謝酶活性降低，嚴重時引起細胞壁分離，甚至死亡。影響有機垃圾厭氧消化過程中無機鹽濃度特征范圍見表2
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表2 影響有機垃圾厭氧消化過程中無機鹽濃度特征范圍
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