固废气废微生物过程

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1、15.固废与废气微生物过程王志平wangzply@sjtu.edu.cnMicrobialprocessinwastesolid&gastreatment*2固体废弃物的污染现状我国城市每年产垃圾5亿吨；垃圾堆积量达70亿吨，占地80多万亩，且仍以年均4.8%的速度增长；为清理每日产生的垃圾，北京有近2万名环卫工人，上海有近3万名环卫工人；城市污水处理产生的剩余污泥达数千万吨；我国农村每年产垃圾3亿吨，其组成不再是易腐败降解的农作物，而与城市垃圾日益趋同。*3固废处理基本原则资源化、减量化、无害化固体

2、废物化学成分：有机废物、无机废物形状：固体废物、泥状废物危害状况：有害废物、一般废物来源：工业固废、城市垃圾、农业固废*4常规固废处置方法有机<20%有机20~80%水<20%富碳*5一、厌氧消化在人工控制厌氧条件下，利用厌氧微生物将废物中可降解有机质分解转化成甲烷、二氧化碳和其它稳定物质的生物化学处理过程。*61.厌氧消化的基本微生物过程①厌氧反应过程中的阶段性②两阶段理论③三阶段理论④四类群理论*7酸性发酵阶段有机物水解细菌小分子有机物产酸菌脂肪酸、醇类、H2、CO2产甲烷菌CO2、CH4碱性发酵

3、阶段发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能：水解和酸化，主要产物：脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要的微生物：统称为发酵细菌或产酸细菌；主要特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。厌氧消化的两阶段理论*8水解细菌产酸菌有机物小分子有机物酸性发酵阶段产甲烷菌脂肪酸、醇类、H2、CO2CO2、CH4碱性发酵阶段厌氧消化的两阶段理论l产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；l产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；l主要参与微生物统称为产甲烷细菌；l其特点有：1）生长慢；2）对环境条

4、件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。*9有机物厌氧消化的三阶段理论厌氧消化的四类群理论脂肪酸、醇类12乙酸H2+CO2同型产乙酸菌IIII发酵性细菌II产氢产乙酸菌IV产甲烷菌CH4+CO23*10甲烷八叠球菌沼气发酵微生物不产甲烷菌产甲烷菌发酵性细菌产氢、产乙酸菌甲烷螺旋菌甲烷球菌甲烷杆菌2.沼气发酵的相关微生物*11两类微生物的相互作用不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需的基质；产甲烷菌为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制;不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境;不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质;

5、不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持适宜的pH.*12复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶作用下分解为溶解性小分子有机物；纤维素及淀粉被纤维素酶、淀粉酶水解为葡萄糖；蛋白质被蛋白酶水解为短肽及氨基酸，继而分解成有机酸、氨、醇等；脂类化合物水解为脂肪酸和甘油。发酵微生物的作用*13溶解性小分子有机物进入发酵菌(酸化菌)细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸(VFA)，如乙酸、丙酸、丁酸以及乳酸、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢等，同时合成细胞物质。在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此

6、这一过程也称为酸化，酸化过程是由许多种类的发酵细菌完成的。其中重要的类群有梭状芽孢杆菌(Clostridium)和拟杆菌(Bacteriodes)。产酸微生物的作用*14产酸阶段绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1％的兼性厌氧菌生存于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护严格厌氧菌，如产甲烷菌免受氧的损害与抑制的作用。发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，在此阶段经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、氢气和二氧化碳。同型产乙酸菌，利用CO2与H2产乙酸，少量。产乙酸菌的作用*15在此阶段，产甲烷菌在二氧化碳存在

7、时，利用氢气生成甲烷；也可以直接利用乙酸生成甲烷，二者的比例一般为3/7。利用乙酸产甲烷的菌有索氏甲烷丝菌(Methanothrixsoehngenii)和巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinabarkeri)产甲烷菌都是严格厌氧菌，要求生活环境的氧化还原电位在-150～-400mV范围内。产甲烷菌的作用*16主要为CH4,55～70％CO2,25～40％此外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、NH3、碳氢化合物(CmHn)等。通常，沼气中由于含有一点H2S气体，会有臭鸡蛋的气味

8、。沼气的成分*173.影响厌氧消化的因素厌氧条件氧化还原电位原料配比C/N20~30:1,P/C1/1000反应温度中温35~38℃,高温50~65℃pH酸碱度6.5~7.5搅拌条件防酸积累、防气包、防过温接种菌种相应于原料促进/抑制剂碱性物质/重金属、氰化物等*18资源化效果好，低品味的生物能转化为高品味的沼气；沼液、沼渣可用作农肥、饲料或堆肥化原料；可杀死传染病细菌；反应过程复杂，对温度、pH等环境因素较敏感；气味较大，容易产生H2S、