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焦點專欄

乾式厭氧醱酵技術

  • 發佈日期:2022/6/7
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乾式厭氧醱酵在歐美已風行數十年,近幾年由於國內市場環境的變化,綠能與永續議題的興起,逐漸受到產業重視。相較於「濕式厭氧醱酵」,「乾式厭氧醱酵技術」係利用微生物在較少水(<85%)的厭氧環境中,將有機物分解消化,過程中產生的沼氣富含甲烷,可作為燃料,用於發電或鍋爐產熱。

乾式厭氧醱酵分解消化有機物的過程(圖1),與一般傳統的濕式(廢水)厭氧醱酵相同,以水解菌分泌的胞外酵素,先對有機廢棄物的大分子成分進行水解消化,此包括:大分子蛋白質降解為小分子氨基酸、纖維素或澱粉降解為糖類、脂肪降解為脂肪酸。這些小分子有機物再繼續被細菌吸收利用,進而分解為乙酸、二氧化碳與氫氣等。最後,由甲烷菌(Methanogens)將乙酸分解為二氧化碳與甲烷(嗜乙酸甲烷菌),或將氫氣與二氧化碳轉化為甲烷與水(嗜氫甲烷菌)。

圖1、有機物經厭氧醱酵技術降解產甲烷之生物反應[1]

厭氧甲烷化的過程,並非依賴單一菌種可以獨立完成,而是由混合菌群,在水解、酸化、乙酸化、甲烷化等各階段中扮演各自角色。因此,厭氧消化功能的優劣,除了個別菌群的活性高低外,不同菌群間共營生態的協調,也是決定此技術成功與否的關鍵。

相較濕式厭氧醱酵採用攪拌、循環水流等手段來提供並增加質傳效率。乾式厭氧醱酵因流動性較低而質傳不佳,導致生物反應速率較濕式厭氧醱酵的效率差。因此,為提升厭氧醱酵速率,可以加入穩定的控溫、提高醱酵溫度(55℃)或適當的淋灑等措施來彌補。然而乾式厭氧醱酵系統因含水量低,有機物濃度遠高於濕式系統,所以在單位容積反應器的整體產氣效率上反而高於濕式系統。依據工業技術研究院(以下簡稱工研院)應用乾式厭氧醱酵系統處理生廚餘的測試結果,單位容積產氣速率可高達5 m3-biogas/m3/day,國內某養雞場採用濕式厭氧系統,其單位容積反應器的整體產氣效率則僅約1.25 m3-biogas/m3/day。

乾式厭氧醱酵與濕式厭氧醱酵技術的選擇,首先應考慮料源的特性,含水量高、固含量低者,適用濕式厭氧醱酵;而含水量低、固含量高者,則適用乾式厭氧醱酵技術。在國外,乾式厭氧醱酵一般被用於處理可堆疊之固形廢棄物或能源作物,如都市垃圾中的可生物分解有機成分。而禽畜糞尿污泥(糞渣)與廢棄活性污泥等含水率較高的生質物,則介於乾式與濕式厭氧醱酵的適用範圍中間,因此常與低含水料源混合,採用共同乾式厭氧醱酵。

乾式厭氧醱酵程序與傳統的廢水厭氧處理使用的濕式技術,最大差異在於水量多寡,相較於濕式厭氧醱酵,乾式技術反應時的水量需求少,因此除了在加熱保溫與攪拌的能耗較低,醱酵需求容積也有極大優勢。尤其處理過程的水分少,厭氧醱酵後產生的廢水也較少,後續的廢水處理負擔可以大幅降低,乾式厭氧醱酵與濕式厭氧醱酵技術特徵之比較如表1。

參考文獻
  • Salminen, E., Rintala, J., (2002), “Semi-continuous anaerobic digestion of solid poultry slaughterhouse waste: effect of hydraulic retention time and loading” Water research, 36, pp. 3175-3182
  • Du, J., Qian, Y., Qu, H., Xi, Y., Huang, H., Jin, H., Xu, Y., Lü, X., and Chang, Z. (2017). "Comparative analysis of single-stage and two-stage fermentation systems under various process conditions," BioResource 12(1), 326-343.
  • Stolze, Y., Zakrzewski, M., Maus, I. et al.(2015) Comparative metagenomics of biogas-producing microbial communities from production-scale biogas plants operating under wet or dry fermentation conditions. Biotechnol Biofuels 8, 14. https://doi.org/10.1186/s13068-014-0193-8
  • Dry Fermentation vs. Wet Fermentation, https://uwosh.edu/biogas/wp-content/uploads/sites/63/2015/11/dry-fermentation-process.pdf


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