固体废物处理与处置(厌氧发酵)课件.ppt

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1、第五章固体废物的生物处理固体废物的厌氧发酵厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产品——沼气的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学过程。沼气的成分：主要为CH4,55～70％和CO2,25～40％。此外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、NH2、PH3、碳氢化合物(CmHn)等。（一）基本概念（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程1、碳水化合物的分

2、解代谢一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉和果胶质等。①纤维素的分解纤维素酶可以把纤维素水解成葡萄糖，反应式为：(C6H10O5)n(纤维素)+nH2O=nC6H12O6(葡萄糖)葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达：C6H12O6=3CH4+3CO2②糖类的分解先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。2、类脂化合物的分解代谢类脂化合物（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂），含量很低。主要水解产物是脂肪酸和甘油。甘油转

3、变为磷酸甘油脂，进而生成丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳。3、蛋白质类的分解代谢这类化合物主要是含氮的蛋白质化合物，在厌氧发酵原料中占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最高可达20%。它们的分解过程是在细菌的作用下水解成多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸继续水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；另一部分分解成有机酸、醇等其他化合物，最后生成甲烷和二氧化碳；还有一些氨基酸作为产沼细菌的养分形成菌体。（三）厌氧发酵的过程首先，不溶性大分子有机物（如蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等）经水

4、解酶的作用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机物（如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等）。随之，这些水解产物被发酵细菌摄入细胞内，经过一系列生化反应，将代谢产物排出体外，由于发酵细菌种群不一，代谢途径各异，故代谢产物也各不相同。众多的代谢产物中，仅无机的CO2和H2及有机的“三甲一乙”（甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）可直接被产甲烷细菌吸收利用，转化为甲烷和二氧化碳。其它众多的代谢产物（主要是丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等有机酸，以及乙醇、丙酮等有机物质）不能为产甲烷细菌直接利用。它们必须经过产氢产乙酸细菌进一步转化为氢和乙酸后，才能被甲烷细

5、菌吸收利用，并转化为甲烷和二氧化碳。1、两阶段理论将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌。2、三阶段理论1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细菌。3、四阶段理论①水解阶段：复杂有机物(纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪)被发酵细菌分泌的水解酶（胞外酶）(纤维素酶、纤维二糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶)分解为水溶性简单化合物。限制整个过程速度。④甲烷化阶段：乙酸和H2被甲烷细菌(乙酸分解甲烷细菌

6、和H2氧化甲烷细菌)利用生成甲烷。②发酵酸化阶段：发酵细菌对水解产物进行胞内代谢，主要产生有机酸和醇类（丙酸、丁酸、琥珀酸、乙酸和乳酸），还有CO2、NH3、H2S、H2。③产氢产乙酸阶段(厌氧氧化阶段):专性厌氧的产氢产乙酸细菌将上阶段产生的有机酸和醇类生成乙酸、H2、CO2；同型乙酸细菌将H2和CO2合成乙酸。(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。温度变化范围为(±1.5～2.0)℃。①低温发酵：低于20℃，产气量低，受气候影响大，不加料情况下35d。②中温发酵：37℃，产气量约1~1.3m3/(

7、m3·d)；发酵时间20d，卫生化低。③高温发酵：53℃，产气量约3.0~4.0m3/(m3.d)；发酵时间10d，卫生化高。[对寄生虫卵的杀灭率较可达99%，大肠菌指数可达10～100，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在95%以上，大肠菌指数10～100）]。当有±3℃的变化时，就会抑制发酵速率，有±5℃的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发酵。（四）、影响发酵的环境条件(2)发酵细菌的营养及C/NC/N在(10~20):1为宜，太高，细胞氮量不足，系统的缓冲能力低，pH值易降低；太低，氮量过多，pH

8、值可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。(3)混合均匀程度厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。因此必须使两者充分混合。对于液态发酵用充液搅拌法；对于固态或半固态用充气搅拌法和机械搅拌法等。（4）有毒物质①重金属离子对甲烷发酵的抑制－使酶发生变性或者沉淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶