摘要：為了更好地利用厭氧處理產生的氣體，本文在介紹模擬厭氧堆肥實驗的基礎上，利用便攜式紅外分析系統對厭氧堆肥過程中產氣狀況進行了研究。結果表明，在厭氧堆肥開始階段，甲烷產率只有7.8%左右，遠遠低于32.8%的二氧化碳產率；而隨著反應的進行，甲烷產率逐漸高于二氧化碳產率，并于第90d左右時達到zui高值42.0%；此后二氧化碳及甲烷產率都逐漸降低，但甲烷產率始終高于二氧化碳產率。
　　
　　1、概述
　　
　　目前推廣的垃圾處理方法主要有三種：衛生填埋、堆肥、和焚燒。隨著城市生活垃圾處理過程中循環經濟理念的提出，堆肥法作為城市生活垃圾減量化、資源化、無害化的一條重要途徑，具有強大的生命力。由于好氧堆肥過程中需要通入大量的氧氣，需要消耗大量的能源，而厭氧消化不僅不需要消耗大量的能源，而且還能收集沼氣作為清潔能源。因此從循環經濟的角度來看，是一種理想的處理方法。
　　
　　厭氧堆肥過程中產氣量是一個很重要的指標，為了更好地利用厭氧處理產生的氣體，本研究利用便攜式紅外分析系統對生活垃圾厭氧堆肥產氣進行了分析。在研究分析中發現，生活垃圾厭氧堆肥產氣中，甲烷產率并不是一開始就高于二氧化碳產率，而是隨著反應的進行，才在某一時間后高于二氧化碳產率的。本文在介紹模擬試驗的基礎上，著重對厭氧堆肥產甲烷的基本特性進行了研究。
　　
　　2、實驗部分
　　
　　2.1 實驗材料
　　
　　生活垃圾來自武漢市華中科技大學生活區垃圾點，其基本組成見表1　　
　　2.2 實驗裝置
　　
　　模擬實驗裝置為圓柱型，直徑600mm，高1200mm，外包保溫棉用于保溫。其底部設滲濾液收集口；頂部兩個開口，一個連真空泵抽真空，另一個用于測產氣率；側壁設左右兩個開口，一個插溫度計測溫度，另一個用于取樣。反應裝置如圖1所示。　　
　　2.3 實驗儀器
　　
　　本實驗中使用的主要儀器為北京市華云分析儀器研究所生產的9000D型便攜式4組分紅外線分析系統。
　　
　　9000D型便攜式4組分紅外線分析系統是為測量垃圾填埋場產生的CO、CO2、CH4和O2而專門設計的。分取樣系統和主機兩部分。測量時將取樣探頭從厭氧堆肥裝置頂部伸入內部過半處，由取樣器中的抽氣泵將被測氣體抽入取樣器，經濾塵、冷凝、流量調節后送入主機進行分析，由主機面板的四個三位半LCD液晶顯示器直接將濃度值顯示出來，響應速度快，數值準確并且能進行長期連續工作。主機中CO、CO2、CH4用不分光紅外法，O2用電化學法，其中CO的光學部件采用了氣體濾波相關技術。該系統的氣體分析流程圖見圖2。該氣體分析系統解決了以往氣袋取樣分析獲得數據較慢、容易產生傳遞誤差和二次污染等缺點，是一種精度高、性能可靠的在線監測系統。　　　　
　　2.4 實驗方法
　　
　　首先對收集來的生活垃圾進行人工分選，將其中的塑料、玻璃、金屬等不能降解的物質剔除；然后用四分法采樣，將500kg垃圾裝入厭氧堆肥裝置；由于測定混合垃圾含水率為30%，所以人工加水至含水率為45%后，加蓋密封；試驗期間，對堆肥過程中甲烷及二氧化碳產率利用紅外線分析系統測定。
　　
　　3、實驗結果及分析
　　
　　實驗垃圾裝入厭氧堆肥裝置時，初期屬好氧環境，隨著分子氧、SO42-和NO3-的消耗及人工抽真空，裝置內開始進入產甲烷菌生長所必需的厭氧狀態，開始產生甲烷及二氧化碳。第15d開始用紅外線分析系統測定裝置內的甲烷及二氧化碳產率，此后每隔15測一次，得到數據如表2所示。

　　　　
　　從表2可以看出，厭氧堆肥過程所產生的氣體中，二氧化碳產率是隨著時間而降低的，而甲烷產率是先升高后降低的。在試驗開始階段，甲烷產率只有7.8%左右，遠遠低于32.8%的二氧化碳產率；隨著時間的推移，甲烷產率逐漸升高，二氧化碳產率逐漸降低，直到反應進行到70d左右時，甲烷產率才逐漸高于二氧化碳產率，并于第90d左右時達到zui高值42.0%；此后二氧化碳及甲烷產率都逐漸降低，但甲烷產率始終高于二氧化碳產率。這是由于厭氧消化過程先經過水解酸化階段，而后才能進入產甲烷階段。垃圾堆肥罐開始產甲烷后，甲烷菌隨時間推移迅速繁衍，甲烷產率逐漸增加。當產甲烷速率上升到一定水平后，垃圾中可降解部分因發生水解、產甲烷反應而逐漸減少，水解產物越來越少，因而甲烷產率也隨時間逐漸減少。到180d時，垃圾堆肥罐的產甲烷率僅有13.4%。同時還發現在反應的同一個階段，溫度越高，甲烷產率越大。
　　
　　另外在本次實驗過程中，用該系統測得CO產量甚微，可能與該系統對CO設置的量程偏大有關。
　　
　　3、結論
　　
　　實驗表明，當厭氧堆肥過程進行約
　　
　　1個月的時候，CO2產率達到zui高值34.7%，進行到約三個月的時候，CH4產率達到zui高值42.0%，此后CH4產率一直高于CO2產率并直到實驗結束。
　　
　　（2）厭氧堆肥不僅可以較好的回收能源，而且還能獲得有機肥，無論從經濟效益還是環境效益的角度來看，都是一種值得提倡的方法。
　　
　　（3）便攜式紅外分析系統為厭氧過程中氣體的日常監測甚至是在線監測提供了一種精度高、性能可靠的手段。