第3章沼气发酵原理与设计.ppt

第三章沼气发酵原理与工艺设计 3.1 沼气发酵微生物学原理 3.2.1 沼气发酵基本工艺参数 3.2.2 沼气发酵反应器 3.3 提高厌氧消化效率的主要途径 3）pH值 产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.8 ~ 7.4之间。 厌氧反应器中的pH值，取决于进水的pH值，有机物浓度和三阶段微生物群的生命 活动过程建立的平衡及缓冲能力。 反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高； pH值过高，常见于NH4-浓度过高。 2）温度 温度影响微生物生命活动，影响动力学过程。 厌氧处理一般存在两个适宜温度。为35 ℃和55 ℃附近。 工程中的产甲烷菌以只能分解乙酸的Methanothrix属为主，其适宜温度分为35~40 ℃和55~65 ℃两类。 厌氧发酵对温度突变比较敏感，突然的温度变化可使甲烷化严重受阻。 有机物 碳水化合物，蛋白质，脂类 简单溶解性有机物 1 水解 1 发酵 脂肪酸、醇类 1 1 H2 ，CO2 CH3COOH 2 2 产氢产乙酸菌 3 同型产乙酸菌 5 产甲烷菌 CH4+ CO2 产甲烷菌 4 有机污染物厌氧分解生成甲烷的过程图 C, H, O, S， N 挥发性脂肪酸 CO2, pH NH3 pH H2S pH CH4+ CO2 pH 硫酸盐 硝酸盐 N2 4）有机负荷 有机负荷通常是指容积有机负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量[kgCOD/m3.d]。（此外也用污泥负荷，即[kgCOD/kgVSS.d]） 厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快得多，必须十分谨慎的选择有机负荷，不致形成挥发酸的积累。 厌氧处理有机负荷可比好氧处理高得多，一般在 5~10[kgCOD/m3.d], 甚至可达50 [kgCOD/m3.d]。 5）搅拌和混合 混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。搅拌可消除分层，促进基质与微生物间的传质速度和甲烷、二氧化碳等产物的逸出速度。 有些研究认为,搅拌强度不能过大；对于搅拌的频度，则有完全不同的观点，即频频搅拌为好，还是间歇的适当搅拌为好，存在两种研究结果与观点。反对频频搅拌的观点认为，甲烷菌的生长需要相对较宁静的环境。 6）重金属 重金属对厌氧系统的毒性作用有较多的研究。 根据以往的研究，金属毒性作用主要有两种方式，一是通过与微生物酶的巯基、氨基、羧基等相结合，而使酶失去活性；二是通过金属氢氧化物凝聚作用使酶沉淀。 HS-CH2CH2-SO3H, 辅酶M (HS-CoM) Mg (S-CoM)2 乙巯基乙烷磺酸 近年来的一些研究表明，Fe、Ni 、Co、 W 、Mo、 Se等金属元素对厌氧发酵有促进作用，而且Fe、Ni、 Co 等元素不足时，会使一些重要的合成酶无法形成，从而使厌氧反应受到严重影响。 7）营养比 厌氧微生物的生长繁殖，需要按一定的比例摄取碳、氢、氧、氮、磷及其他微量元素。 一般工程上主要控制进料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加以控制。 一般认为，厌氧法中的碳、氢、磷的比例应控制在200 -300：5：1为宜。其中以碳氮比的控制较为重要。碳氮比过高，不仅厌氧菌增值缓慢，而且消化液的缓冲能力较低，在有机负荷较高等情况下，pH容易下降。相反，若氮源过多，即碳氮比太低，反硝化过程将产生大量的氨，会抑制产甲烷菌的活性，使消化效率降低。 进口 BOD=200mg/L 出口 BOD=NBOD+CBOD =0+20mg/L =20mg/L 污水含氮极低 进口 BOD=200mg/L 出口 BOD=NBOD+CBOD =20+20mg/L =40mg/L 污水含氮很高 去除BOD系统 去除BOD系统 BOD去除率=90% BOD去除率=80% 一般污水的BOD5=NBOD+CBOD≈CBOD5，与含氮量无关。假设有两种污水除含氮量不同外其他成分完全一样，则BOD5也相同。 在规定条件下，用强氧化剂化学氧化1L水样所消耗的氧量(mg/L)。 氧化剂为重铬酸甲（K2Cr2O7)或高锰酸钾（KMnO4)。 KMnO4 氧化力较弱。COD未加注明时，大多是指重铬酸甲法的CODcr。 COD越高表明废水的有机物越多。COD一般高于BOD，其差值可表征不能被微生物降解的有机物含量。 3）化学需氧量（COD) 46.2 2.32 啤酒废水 55.7 1.45 家禽