9-沼气发酵教案.pptVIP

固体废物的处理与处置(Treatment Disposalof Solid Wastes) 固体废物的生物处理 沼气发酵（厌氧消化） 好氧堆肥 厌氧发酵制沼气（methane） 概述 厌氧发酵的生物化学过程 厌氧发酵的影响因素 发酵工艺 ? 发酵装置 城市污水污泥与粪便的厌氧发酵处理 概述 定义 主要特点 厌氧发酵（anaerobic fermentationm） 厌氧发酵（或厌氧消化）是指厌氧微生物的作用下，有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程。 又称为甲烷发酵(firedamp fermentation)。 最初作为粪便和污泥的减量化和稳定化的手段工业应用的。厌氧消化处理可以去除废物中10～50％的有机物，并使之稳定化。 70年代初，由于能源危机和石油价格上涨，许多国家开始寻找新的能源，厌氧发酵技术显示出其优势，普遍受到关注。 我国许多城市相继建成了大型厌氧发酵设施，用来处理城市污泥和粪便。 厌氧发酵技术的主要特点 可将潜在于有机废物中的低品位生物能转化为可直接利用的高品位； 与好氧处理相比，厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法； 适用于处理高浓度有机废水和废物； 经厌氧处理后的废物基本上是稳定的，可以用作农肥、饲料和堆肥化原料； 厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大； 厌氧处理过程中易产生H2S等恶臭气体。 一 、厌氧消化原理 概述 生物化学反应(biochemical reaction) 厌氧分解(anaerobic decomposition)过程 1 概述 参与厌氧分解的微生物有产酸菌和产甲烷菌两大类 产酸菌（水解产酸菌、产氢产乙酸菌） 产酸菌能将复杂的有机物水解，井进一步分解为以有机酸为主的简单产物，产酸菌属于兼性厌氧菌。 产甲烷菌是绝对厌氧菌，其功能是将有机酸转变为甲烷。甲烷菌的繁殖速度相当缓慢，且对于温度、抑制物的存在等外界条件的变化相当敏感。 有机物厌氧消化的生物化学反应是非常复杂的过程，中间反应和中间产物有数百种，并且每种反应都是在酶或其它物质的催化作用下进行的。 2 生物化学反应(biochemical reaction) 总反应式 2 生物化学反应(biochemical reaction) 有机物分子中含S，且以CaHbOeNaSe表示，则上述反应为 有机物分子不含S，且以CaHbOcNd表示时，反应式为 3 厌氧分解(anaerobic decomposition)过程 根据庆氧分解过程中产物和微生物的特点，厌氧分解过程可分为三个阶段，见图。 水解阶段(Liquefaction stage) 产酸阶段(Acid-producing stage) 产甲烷阶段(Methane-producing stage) 三个阶段的主次地位 有机物的沼气发酵过程 （1） 水解阶段(Liquefaction stage) 有机高分子物质蛋白质、脂肪、碳水化合物等在水解细菌产生的胞外酶的作用下进行体外酶分解，变成溶于水的简单有机物 高分子有机物的水解速度很慢，主要受物料的性质、微生物的浓度、温度和pH等条件的制约。 主要有机物的水解反应： （2） 产酸阶段(Acid-producing stage) 液化阶段产生的简单的可溶性有机物，在产氢菌、产醋酸菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸，主要是丙酸、丁酸、乳酸，醇、酮、醛、CO2和H2等。 反应式 （3） 产甲烷阶段(Methane-producing stage) 产甲烷菌将产酸阶段的产物进一步降解为CH4和CO2，同时把产酸阶段所产生的H2和CO2转化成CH4。 产CH4阶段的生化反应相当复杂，目前已得到验证的主要反应有： 三个阶段的主次地位 在产甲烷反应中，乙酸(醋酸)是产生CH4的主要物质，大约70％的CH4来自乙酸的降解。 CO2和H2的反应也能产生一部分CH4。少量CH4是由其它一些物转化而来。例如有机胺必须转化成NH3后才能被产甲烷菌所吸收。 产甲烷阶段在厌氧消化过程中是十分重要的环节。 甲烷菌除了产生CH4外，还有分解脂肪酸调节pH值的作用。 注意 对于以不溶性高分子有机物为主的污泥、垃圾等废物，水解阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 对于以可溶性有机物为主的有机废水来说，由于产甲烷菌生长速度慢,对环境和基质要求苛刻,产甲烷阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 两段理论 酸性发酵阶段 碱性发酵阶段 pH变化 二、厌氧发酵的影响因素 为了保证厌氧消化最佳运行状态，必须控制因素： 厌氧条件 原料配比 温度(temperature) pH值 添加物和抑制物质(stayer) 接种物 搅拌(mix round) 厌氧条件 密闭 好氧、兼