本发明涉及一种有机生活垃圾的处理方法，具体是一种有机垃圾厌氧发酵酸化控制方法，属于沼气技术领域。
背景技术：
随着经济的发展，生活水平的提高，城乡生活垃圾产量急剧增加，垃圾成分也发生了较大的变化。据报导，垃圾中75％为可生物降解的有机垃圾。垃圾问题，特别是城镇有机垃圾污染问题已成为地球公害，解决城镇有机垃圾处理问题已成为社会关注的热点、难点问题。
目前，城镇有机垃圾处理技术主要有卫生填埋、焚烧和生物处理等技术。传统的填埋处理存在土地占用，地下水、土壤污染隐患，浪费可回收资源等问题。焚烧技术对垃圾热值有一定的要求，难于适应高含水率城镇有机垃圾的处理，且一次性投资大，运行费用高，管理水平和设备维修要求较高，焚烧产生的烟气可能产生“二恶英”污染问题。
为了减少垃圾填埋量，对垃圾进行分类，针对有机垃圾生物处理是减少处理成本、回收能源的有效方法。有机垃圾的生物处理包括好氧生物处理(即堆肥化)和厌氧生物处理(即厌氧消化)。堆肥化过程能耗大、产生臭气，高含水率垃圾可能导致堆体供氧不均，难以满足无害化卫生要求。有机垃圾采用厌氧消化处理，不仅可以产生沼气；厌氧消化后的残渣和沼液是优质的有机肥料，可以施用于农田，改良土壤，增加肥效；厌氧消化还可以消除臭气，减少甲烷和二氧化碳等温室气体的排放量。因此，有机垃圾厌氧消化处理具有明显的环境和经济优势。
然而，有机垃圾厌氧消化技术瓶颈在于发酵恶化、消化时间长，均质困难。其中最主要的技术问题在于有机垃圾厌氧消化水解过程和甲烷化过程的速率不匹配，在发酵前期容易发生水解酸化速度过快导致的有机酸积累，常常导致系统启动困难和运行失败。为使厌氧消化能够真正成为垃圾处理的主要方式，必须解决这些制约有机垃圾厌氧消化工程应用的关键问题。
国内目前的垃圾厌氧处理方法集中于餐厨垃圾和蔬菜废弃物，少数研究侧重于有机垃圾发酵的装置。如中国专利文献CN105420083A公开了一种有机垃圾联合厌氧消化处理装置及方法。该方法包括依次连接的改良型塞流式厌氧反应器和塞流式厌氧反应器，塞流式厌氧反应器内设置有沼液回流装置，对改良型塞流式厌氧反应器内的原料进行调浆、接种、推流和保温。中国专利文献CN105695322A公开了一种好氧厌氧结合的垃圾发酵装置及其发酵方法，由进料口、发酵桶、出料室、供氧装置、进水管、排水管、排液管和控制系统组成，采用好氧厌氧结合的发酵方法，具有体积小，布置灵活，适合处理各类生活垃圾的特点。中国专利文献CN104893958A公开了一种有机垃圾高温干式厌氧发酵装置，包括水解酸化箱和卧式的厌氧发酵罐，实现了发酵装置的间歇进料、连续工作、自动排料，既避免造成排料口的堵塞，还便于操作。
以上技术大多针对垃圾的物理特性对现有装置进行改进，能够实现固态垃圾的顺利进出料，但并未对垃圾发酵过程的产酸因素进行控制，对垃圾发酵过程中的影响因素缺乏配套的技术手段和措施，不能保证垃圾的高效厌氧产气。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种有机垃圾厌氧发酵酸化控制方法，该方法解决了有机垃圾厌氧发酵过程中有机酸积累导致的发酵恶化及产气迟滞，提高垃圾厌氧发酵效率及沼气产量。
术语说明
有机垃圾：有机垃圾又称湿垃圾，是指生活垃圾中含有有机物成分的废弃物。主要是纸、纤维、竹木、厨房菜渣等。城市生活垃圾中50％以上为有机垃圾。固含率以质量百分比计为15～40wt％。
接种物：指为了加快沼气发酵的启动速度和提高沼气池产气量而向沼气池加入的富含沼气细菌的物质。接种物是由厌氧消化细菌、悬浮物质和胶体物质组成的厌氧活性污泥。
TS：固形物含量，是指废弃物中干物质质量占废弃物总质量的百分比。
本发明的技术方案如下：
一种有机垃圾厌氧发酵酸化控制方法，该方法包括：
(1)向待处理有机垃圾中加入接种物或接种物和产碱促进菌剂，进料于厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣；
(2)发酵过程中进行发酵液回流或加入产碱促进菌剂；发酵过程中判定发酵系统是否酸化，如发酵系统已酸化，调整发酵液回流量和添加产碱促进菌剂；或添加草木灰或石灰水澄清液；
(3)发酵25～40d后，产气结束，有机垃圾降解率大于等于50％，发酵剩余物可作为有机肥施用于农田。
本发明优选的，步骤(1)待处理有机垃圾在加入接种物之前进行分类、粉碎，粉碎至粒径1～2cm，根据垃圾的TS浓度将垃圾分为a、b、c三类；
a类为TS含量在15～20％的有机垃圾
b类为TS含量在20～25％的有机垃圾
c类为TS含量在25％以上的有机垃圾。
进一步优选的，步骤(1)厌氧发酵前不同种类的有机垃圾具体处理如下：
a类垃圾加入占有机垃圾TS含量30％～50％的接种物，并加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:(150～200)，接种物的加入量以TS计；
b类垃圾加入占有机垃圾TS含量20％～30％的接种物，接种物的加入量以TS计；
c类垃圾加水或沼液稀释至TS 20～25％，然后加入占有机垃圾TS含量20％～30％的接种物，接种物的加入量以TS计。
本发明优选的，步骤(1)沼渣含水率为质量百分比80％～85％，优选的，沼渣含水率为50％～60％。正常产气沼气池中的沼渣含水率比较高，可以采用固液分离的方式降低其含水率。
本发明优选的，步骤(1)中，产碱促进菌剂由地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis ATCC 14580、蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus ATCC 4342、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis ATCC 21005分别经液体发酵获得发酵液混合制得，微生物制剂中有效活菌数总计：(13～26)×108cfu/mL，其中，地衣芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：枯草假单胞菌的有效活菌数比为：(3～6)：(3～6)：(2～4)。以上菌株均购自美国典型培养物保藏中心。
液体发酵按本领域现有常规技术进行。
本发明优选的，步骤(1)中进料时将待处理有机垃圾与接种物或接种物和产碱促进菌剂充分搅拌混合进行进料，a类垃圾采用半连续式发酵，进料频率为3～5d一次，每次进料量为反应器池容的10～15％；b类垃圾和稀释后的c类垃圾采用批次发酵方式。
本发明优选的，步骤(1)厌氧发酵为中温发酵，温度30～35℃。
本发明优选的，步骤(2)中，a类垃圾正常发酵时，进行发酵液回流，发酵液回流比为20％～30％；b、c类垃圾在发酵第2～4d加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:(100～200)。
本发明优选的，步骤(2)中，发酵过程中以发酵液pH、VFA(挥发性脂肪酸)和TIC碱度比值来判定发酵系统是否酸化。
进一步优选的，发酵系统是否酸化具体判定标准如下：
a类垃圾pH小于6.0，且VFA/TIC＞0.8，则发酵系统已处于酸化状态；
b、c类垃圾pH小于5.5，且VFA/TIC＞1.0，则发酵系统已处于酸化状态；
其余情况均为发酵系统正常发酵。
本发明优选的，步骤(2)中，a类垃圾发酵系统酸化时，调整a类垃圾进料频率为6～8d，发酵液回流比调整为30％～50％，进料时同时添加产碱促进菌剂，菌剂用量同步骤(1)。
本发明优选的，步骤(2)中，b、c类垃圾发酵系统酸化时，添加有机垃圾质量比5％～10％的草木灰或3％～5％的石灰水澄清液。
本发明优选的一个技术方案：
一种有机垃圾厌氧发酵过程酸化控制方法，包括步骤如下：
(1)将生活垃圾分类后的有机垃圾粉碎至1～2cm，备用，根据垃圾的TS浓度将垃圾分为a、b、c三类；
(2)a类垃圾加入占有机垃圾TS含量30％～50％的接种物，并加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:(150～200)，接种物的加入量以TS计；
b类垃圾加入占有机垃圾TS含量20％～30％的接种物，接种物的加入量以TS计；
c类垃圾加水或沼液稀释至TS 20～25％，然后加入占有机垃圾TS含量20％～30％的接种物，接种物的加入量以TS计；
(3)将待处理有机垃圾与接种物或接种物和产碱促进菌剂充分搅拌混合进料于厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，含水率为质量百分比80％～85％；
a类垃圾采用半连续式发酵，进料频率为3～5d一次，每次进料量为反应器池容的10～15％；
b类垃圾和稀释后的c类垃圾采用批次发酵方式；
(4)a类垃圾正常发酵时，进行发酵液回流，发酵液回流比为20％～30％，每次进料时进行回流；b、c类垃圾在发酵第2～4d加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:(100～200)；
(5)发酵过程中以发酵液pH、VFA(挥发性脂肪酸)和TIC碱度比值来判定发酵系统是否酸化。
进一步优选的，发酵系统是否酸化具体判定标准如下：
a类垃圾pH小于6.0，且VFA/TIC＞0.8，则发酵系统已处于酸化状态；
b、c类垃圾pH小于5.5，且VFA/TIC＞1.0，则发酵系统已处于酸化状态；
其余情况均为发酵系统正常发酵；
a类垃圾发酵系统酸化时，调整a类垃圾进料频率为6～8d，发酵液回流比调整为30％～50％，进料时同时添加产碱促进菌剂，菌剂用量同步骤(1)。
b、c类垃圾发酵系统酸化时，添加有机垃圾质量比5％～10％的草木灰或3％～5％的石灰水澄清液；
(6)发酵25～40d后，产气结束，有机垃圾降解率超过50％，发酵剩余物可作为有机肥施用于农田。
上述粉碎可采用粉碎机进行，优选型号为普通粉碎机，市场有售。
上述有机垃圾厌氧发酵酸化控制方法可采用现有反应装置进行实施。
a类垃圾采用半连续式发酵厌氧反应器，在实际生产中可用公开号为CN103614288B的“一种有机垃圾高固体厌氧反应装置及厌氧反应方法”中发明的厌氧反应器。
b、c类垃圾采用批次发酵厌氧反应器，可选用车库式厌氧反应器。
本发明优选的，TIC、VFA测定采用Nordmann滴定法，具体方法如下：
首先将样品进行过滤处理，去除大块杂质物。取体积为V的样品溶液，采用0.05mol/L的稀硫酸滴定溶液至pH值为5.0，记录消耗的稀硫酸体积读数V1，此过程消耗的稀硫酸为将溶液中HCO3－或H2CO3等无机碳完全转化为CO2，继续滴定溶液至pH值为4.4，记录此时的稀硫酸体积读数V2，V2－V1的稀硫酸作用为将溶液中VFA由离子态转化为分子态。VFA与TIC质量浓度计算公式为：
VFA/TIC＝[(V2-V1)×6.64-0.15]×500/V1×1000
本发明所用原料及设备未加特殊说明的均为现有技术。
本发明的方法控制了有机垃圾厌氧发酵过程中有机酸积累，减少产气迟滞，有机垃圾通过厌氧发酵产沼气，初始阶段将垃圾TS控制在20～25％之间，处于较为不易酸化的范围，这是由于如果浓度过低，则水解酸化速度过快；如果浓度过高，则物料难以均质，局部毒性物质积累。TS浓度过低过高都容易造成发酵恶化。如浓度低于20％，本发明方法采用了加入产碱促进菌剂，提高接种量的做法，可以调配发酵菌群，中和系统酸碱度，促进产甲烷菌的优势作用。如果系统已经出现酸化现象，则及时通过加入菌剂、调节回流比及调整进料频率等技术手段，抑制产酸菌的过度繁殖，可以有效维持系统微生物之间的协调，避免产酸菌与产甲烷菌的拮抗作用，解决了有机酸积累导致的发酵恶化及产气迟滞的技术难题，提高垃圾厌氧发酵效率及沼气产量。
本发明的优点如下：
本发明针对有机垃圾厌氧发酵时易酸化、传质不均、发酵恶化等问题，提供一种有机垃圾厌氧发酵过程酸化控制方法，以达到正常发酵高效产气的目的。
1、本发明方法针对性强。本发明针对不同TS浓度有机垃圾厌氧发酵的具体特点，采用不同的技术方法，实现高效发酵。
2、本发明方法技术合理。本发明通过微生物技术和工艺技术相结合的方法，调节有机垃圾厌氧发酵过程中的微生物菌群，促进产甲烷菌正常作用，提高产气效率。
3、本发明方法适用性广。本发明中的有机垃圾厌氧发酵酸化控制方法，可适用于包括厨余、蔬果废弃物、人畜粪便、纸类等多类及混合垃圾的处理，并可根据不同发酵物料选取不同的发酵参数，适用范围广。
4、本发明技术方法操作方便。发酵过程中采用的指标，检测方便，采用的技术手段操作简单，取材方便，实用性强，可在农村地区大规模推广应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，实施例用于对本发明进行进一步的说明，以使本领域技术人员进一步理解本发明，不能理解为对本发明保护范围的限制。实施例中未详加说明的均按本领域现有技术。
实施例中使用的菌剂均为市购产品，地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis ATCC 14580、蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus ATCC 4342、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis ATCC 21005均购自美国典型培养物保藏中心。
实施例1：农村有机生活垃圾，TS 16～18％。
农村有机生活垃圾主要成分为厨余、蔬果菜叶、纸类等。
农村有机生活垃圾厌氧发酵过程酸化控制方法，包括步骤如下：
(1)根据该垃圾的TS浓度将垃圾定为a类垃圾，分类后的有机垃圾粉碎至1～2cm，备用；
(2)在垃圾中加入50％的接种物，并加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:200。
所述的产碱促进菌剂为地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌分别经液体发酵获得发酵液混合均匀制得，抑制酸化微生物制剂中有效活菌数总计：20×108cfu/mL，其中，地衣芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌的有效活菌数比为：4：4：3；
(3)将以上物料充分搅拌混合，装入CN103614288B所述的高固体厌氧发酵反应器内。采用半连续式发酵，进料频率为4d一次，每次进料量为反应器池容的12％。
(4)每次进料时进行发酵液回流，垃圾发酵液回流比为25％。
(5)发酵过程中以发酵液pH、VFA(挥发性脂肪酸)和TIC碱度比值来判定系统是否酸化。
如果pH小于6.0，且VFA/TIC＞0.8，则发酵系统已处于酸化状态。其余情况系统可正常发酵。
如发酵系统已酸化，采取以下方式进行调整：
a类垃圾将进料频率调整为6～8d，进料时同时添加产碱促进菌剂，菌剂用量同步骤(2)。发酵液回流比调整为40％。
(6)正常运行3d后池容产气率可达1.0m3沼气/m3池容，有机垃圾降解率60％，减少产气迟滞期15d以上，发酵剩余物可作为有机肥施用于农田。
实施例2：集约蔬菜区蔬菜废弃物垃圾，TS 20～23。
集约蔬菜区蔬菜废弃物垃圾主要成分为蔬菜秸秆、剩菜叶、剩瓜果等。
集约蔬菜区蔬菜废弃物垃圾厌氧发酵过程酸化控制方法，包括步骤如下：
(1)根据该垃圾的TS浓度将垃圾定为b类垃圾，分类后的有机垃圾粉碎至1～2cm，备用；
(2)垃圾中加入垃圾TS含量25％的接种物。
(3)将以上物料充分搅拌混合，装入车库式厌氧发酵反应器内，进行批次发酵。发酵周期30d。
(4)在发酵第3d加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:150。
所述的产碱促进菌剂为地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌分别经液体发酵获得发酵液混合均匀制得，抑制酸化微生物制剂中有效活菌数总计：15×108cfu/mL，其中，地衣芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌的有效活菌数比为：4：3：4；
(5)发酵过程中以发酵液pH、VFA(挥发性脂肪酸)和TIC碱度比值来判定系统是否酸化。
如果pH小于5.5，且VFA/TIC＞1.0，则发酵系统已处于酸化状态。其余情况系统可正常发酵。
如发酵系统已酸化，采取以下方式进行调整：
添加垃圾质量比5％～10％的草木灰。
(6)发酵期间池容产气率可达1.0m3沼气/m3池容。发酵35d后，产气结束，与不经酸化控制垃圾相比，缩短发酵周期10d以上，发酵期间有机垃圾降解率50％，发酵剩余物可作为有机肥施用于农田。
实施例3：分散养殖户有机垃圾，TS 25～30％。
分散养殖户有机垃圾主要成分为畜禽粪便、秸秆、有机生活垃圾等。
分散养殖户有机垃圾厌氧发酵过程酸化控制方法，包括步骤如下：
(1)根据该垃圾的TS浓度将垃圾定为c类垃圾，分类后的有机垃圾粉碎至1～2cm，备用；
(2)将垃圾加水或沼液稀释至TS 22％，并在垃圾中加入垃圾TS含量30％的接种物。
(3)将以上物料充分搅拌混合，装入车库式厌氧发酵反应器内，进行批次发酵。发酵周期33d。
(4)在发酵第4d加入产碱促进菌剂，产碱促进菌剂的加入量与有机垃圾的质量比为1:150。
所述的产碱促进菌剂为地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌分别经液体发酵获得发酵液混合均匀制得，抑制酸化微生物制剂中有效活菌数总计：13×108cfu/mL，其中，地衣芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌的有效活菌数比为：3：4：4；
(5)发酵过程中以发酵液pH、VFA(挥发性脂肪酸)和TIC碱度比值来判定系统是否酸化。
如果pH小于5.5，且VFA/TIC＞1.0，则发酵系统已处于酸化状态。其余情况系统可正常发酵。
如发酵系统已酸化，采取以下方式进行调整：
添加垃圾质量比3％～5％的石灰水澄清液。
(6)发酵期间池容产气率可达1.0m3沼气/m3池容。发酵35d后，产气结束，与不经酸化控制垃圾相比，缩短发酵周期10d以上，有机垃圾降解率55％，发酵剩余物可作为有机肥施用于农田。