廚余垃圾厭氧消化對沼氣微生物及環境的影響

摘要：廚余垃圾可通過厭氧消化生產沼氣，實現其減量化和可再生能源的循環利用，促使行業發展向“雙碳”目標靠近。總結了廚余垃圾厭氧消化過程中主要水解產酸菌和各營養型產甲烷菌，討論了廚余垃圾在產沼過程中環境因子對厭氧消化的影響及其與微生物活性間的關系，同時基于廚余垃圾厭氧消化全生命周期研究，分析了沼氣生產及其應用對環境的影響。最后，針對廚余垃圾厭氧消化產沼效能低下的問題，在系統優化方面進行了展望，以達到高效回收及高值化利用廚余垃圾的目的，進而實現能源結構轉型，推動城市綠色低碳發展。

關鍵詞：廚余垃圾；厭氧消化；微生物群落；環境影響

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0626

中圖分類號：X799.3；S19 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）06015911

由于國際社會依賴不可再生資源來維持生活質量和經濟發展，導致自然資源儲量快速減少、能源價格急劇增加，環境和氣候也因此遭到破壞，所以迫切需要一種經濟效益高、環境效益好的可持續利用能源。廚余垃圾（kitchen waste， KW）中有機物含量高，碳（C）、氮（N）源豐富，是寶貴的可再生資源。據聯合國糧食及農業組織（Food andAgriculture Organization of the United Nations，FAO）[1]估計，全球每年約產生13億t廚余垃圾，占人類糧食消費總量的1/3。2021年，中國產生城市生活垃圾27 097.2萬t，其中廚余垃圾占37%～62%[2]。然而，廚余垃圾含水率高、極易腐爛，且其變質后會加速微生物病原體傳播，對人類生存和健康產生負面影響。因此，安全有效的廚余垃圾處理方法是當前亟待解決的關鍵問題。厭氧消化（anaerobic digestion， AD）可在降解廚余垃圾的同時生產可再生能源，是一種更具環境效益的方法[3]。在厭氧條件下，接種污泥、禽畜糞便等有機物，其中的微生物可將廚余垃圾轉化為甲烷（methane， CH4）等能源物質[4]。厭氧消化發酵液中還含有豐富的N、磷（P）、鉀（K）元素，可作肥料和土壤調節劑，以保持土地高產，減少環境中養分流失，實現真正的減廢[5]。