农业固体废弃物处理 第五章农业固体废弃物的厌氧处理技术ppt课件.ppt

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1、第五章农业固体废弃物的厌氧处理技术——沼气沼气是有机物经过微生物分解作用产生的一种可燃气体。主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷占55-70%，二氧化碳占25-40%。此外还有一氧化碳、氢、硫化氢、氧、氮气、磷化氢、碳氢化合物，总量不超过5%。沼气发酵：在没有氧气、硝酸盐、硫酸盐和光的条件下，复杂的有机物，经微生物氧化分解，彻底氧化成二氧化碳，一部分碳素彻底还原成甲烷的过程。一、沼气主要气体的理化性质甲烷：无色、无味气体，对空气的相对密度0.554，扩散速度是空气的3倍，水中溶解度20℃时3%，难液化，零下82.5℃,

2、4640.7kPa才能液化。着火点650-750℃，热值35847-39796kj/m3,甲烷与空气比为1:9.47时燃烧；在密闭条件下空气中含5-15%甲烷时会爆炸。本身无毒，空气中含25-30%甲烷时，对人畜有麻醉作用；空气中含50-70%甲烷时，使人窒息。沼气中甲烷含量30%，可燃，超过50%时正常燃烧，淡蓝色火焰，温度可达1400℃以上。硫化氢：有毒，对金属反应，要防腐。一氧化碳二、沼气发酵理论早期的理论认为有机物的厌氧分解分两个阶段——酸发酵和碱性发酵，多年来一直被认可。20世纪60年代发现，甲烷细菌只

3、能利用乙酸、甲酸、氢等物质为底物，于是形成现在的三阶段或称之为四阶段理论。1、水解阶段沼气系统中，细菌主要利用纤维素、淀粉、脂肪和蛋白质。在胞外酶作用下水解成：单糖、甘油、高级脂肪酸及氨基酸。纤维素在纤维素酶和纤维素二塘酶作用下，水解成葡萄糖。淀粉在α-淀粉酶，β-淀粉酶，淀粉-1,6糊精酶、淀粉-1,4（1,6）葡萄糖苷酶水解成葡萄糖蛋白质：蛋白酶（内肽酶、外肽酶）水解成氨基酸；脂肪：脂肪酶的作用下形成甘油和脂肪酸，其中甘油主要被转化为：丙酮酸进一步形成丙酸、丁酸、琥珀酸、乙醇和乳酸。脂肪酸通过β氧化，形成乙酰

4、辅酶A，再转化为乙酸。2、发酵酸化阶段上述水解产物经细胞内代谢，除形成CO2,NH3，H2S，H2外，主要转化为一系列的有机酸和醇类排到环境中，这一阶段有时也与上阶段也合称为水解酸化阶段。主要产物：乙酸、丙酸、丁酸、乙醇和乳酸。其次是戊酸、己酸、丙酮、丙醇、异丙醇、丁醇和琥珀酸；高浓度NH3对细菌有抑制作用葡萄糖经EMP途径形成丙酮酸后，进一步转化随参与代谢的微生物种类和环境条件不同而不同。3、产氢产乙酸阶段此阶段由专性厌氧的产氢产乙酸细菌、同型乙酸细菌完成。产氢产乙酸细菌将上阶段产物生成乙酸、氢和二氧化碳；同型

5、乙酸细菌将氢和二氧化碳合成乙酸；偶数碳的饱和脂肪酸经β-氧化形成全是乙酸，奇数碳的脂肪酸经β-氧化形成一个丙酸；不饱和脂肪酸氧化成饱和脂肪酸在进入β-氧化4、甲烷化阶段有两类产甲烷菌完成分解乙酸的甲烷菌：将乙酸分解为甲烷和二氧化碳；约占甲烷总量的2/3；氧化氢的甲烷菌：将二氧化碳还原成甲烷；约占甲烷总量的1/3；两类菌不是简单地接续过程，而是一个复杂的生态系统，存在互生和共生关系。三、水解阶段的影响因素水解温度、有机物的组成、有机颗粒的大小、pH值、水解产物浓度等；胞外酶能否接触到底物对水解速度影响最大；20℃的

6、水解速度缓慢，类脂在该温度下不水解；由于产气速率r气=r水解=KpP，因此，常温发酵的沼气池总固体含量不宜过高。四、发酵酸化阶段由大量的、多种多样的发酵细菌完成；基质的性质决定细菌的种类；主要包括专性厌氧菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属兼性厌氧菌：链球菌和肠道菌；专性厌氧菌是兼性厌氧菌的100倍；但这并不意味着兼性厌氧菌不重要！起到保护甲烷菌的作用。五、产氢产乙酸阶段产氢产乙酸细菌将发酵酸化阶段产物进一步成乙酸、氢、二氧化碳。氢对厌氧处理正常运行至关重要。（1）氢是形成甲烷的基质之一；（2）在无氢时，

7、长链脂肪防酸不能被氧化成乙酸；（3）丙酮酸如果不脱水形成氢，会导致丙酸和丁酸积累。同型乙酸菌既能把二氧化碳和氢和成乙酸，也能将乙酸分解成二氧化碳和氢。从奧氏甲烷芽孢杆菌中分离的S型有机体将乙醇转化为乙酸；在甲烷杆菌存在时，沃尔夫互营单胞菌可以氧化丁酸和戊酸、沃琳互营杆菌氧化丙酸成乙酸。脱硫弧菌和普通脱硫弧菌，在甲烷杆菌存在时同样可以将乙醇和乳酸氧化成乙酸。Syntrophomonas氧化丙酮酸成乙酸。Syntrophusbuswellii降解苯甲酸成乙酸。六、甲烷化阶段污泥中一升中含甲烷细菌一亿以上。甲烷细菌在形

8、态上差异较大，有短杆、长杆、弯杆状、丝状、球状、不规则状细胞。在分类上隶属于甲烷杆菌科、甲烷球菌科、甲烷微菌科；都是严格专性厌氧菌，可培养的较少；甲烷八叠球菌、索氏甲烷丝状菌。七、沼气微生物群落及其相互作用在厌氧反应器中，不产甲烷细菌与产甲烷细菌相互依存，又相互制约，互为对方创造与维持生命活动的环境和条件。厌氧处理有三类细菌参与酸解反应，两类细菌参与产甲烷反应。发酵细菌将