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厌氧消化理论

厌氧消化理论
厌氧消化理论

2.厌氧消化的原理

厌氧消化是指在厌氧(无氧)条件下,利用厌氧微生物将复杂的大分子有机物转化成甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质等简单化合物的生物化学过程。在厌氧消化过程中,多种不同微生物的代谢过程相互影响、干扰,形成了非常复杂的生化过程。

20世纪70年代以来,大量学者和研究人员对厌氧消化过程中的微生物及其代谢过程进行了深入研究,并取得了很大的进步。经研究探索,厌氧消化复杂有机物的厌氧消化过程可以分为两段理论、三段理论以及四段理论。接下来我们将分别介绍各理论。

1).两段理论:

该理论是由Thumm.Reichie(1914)和Imhoff(1916)提出,经Buswell.NeaVe完善而成的,它将有机物厌氧消化过程分为水解酸化(酸性发酵)阶段和产甲烷(碱性发酵)两个阶段,相应起作用的微生物分别为产酸细菌和产甲烷细菌。

在第一阶段,复杂的有机物(如糖类、脂类和蛋白质等)在产酸菌(厌氧和兼性厌氧菌)的作用下被分解成为低分子的中间产物以及生成能量,这些中间产物主要是一些低分子有机酸(如乙酸、丙酸、丁酸等)和醇类(如乙醇),并有氢、CO2, NH4+、H2S等气体。在这一阶段里,由于有机酸的大量积累,使发酵液的pH值降低,pH值可下降至6,甚至可达5以下。所以此阶段被称为酸性发酵阶段,又称为产酸阶段。

在第二阶段,产甲烷菌(专性厌氧菌)将第一阶段产生的中间产物继续分解成CH4、CO2等。由于有机酸在第二阶段的不断被转化为CH4、CO2等,同时系统中有NH4+存在,使发酵液的pH值迅速升高达到7~8,所以此阶段被称为碱性发酵阶段,又称为产甲烷阶段。

厌氧消化的两阶段理论,几十年来一直占统治地位,在国内外厌氧消化的专著和教科书中一直被广泛应用。

图7.2.1二阶段理论示意图

2).三段理论:

随着厌氧微生物学研究的不断进展,人们对厌氧消化的生物学过程和生化过程的认识不断深化,厌氧消化理论得到不断发展。1979年,M.P.Bryant(布赖恩)根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果,在两阶段理论的基础上,提出了三阶段理论。该理论将厌氧发酵分

成三个阶段,三个阶段有不同的菌群。该理论认为产甲烷菌不能直接利用除乙酸、H2/CO2和甲醇等以外的有机酸和醇类,长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、H2和CO2等后,才能被产甲烷菌利用。三阶段理论突出地表明氢的产生和利用在发酵过程中占有的核心地位,较好地解决了两阶段的矛盾。

第一阶段,水解和发酵。在这一阶段中复杂有机物(如多糖、淀粉、纤维素、烃类等)在微生物(发酵菌)作用下进行水解和发酵。多糖先水解为单糖,再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸等。蛋白质则先水解为氨基酸,再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。脂类转化为脂肪酸和甘油,再转化为脂肪酸和醇类。

第二阶段,产氢、产乙酸(即酸化阶段)。在产氢产乙酸菌的作用下,把除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物,如脂肪酸(丙酸、丁酸)和醇类(乙醇)等水溶性小分子转化为乙酸、H2和CO2。

第三阶段,产甲烷阶段。甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(H2+CO2)等基质通过不同的路径转化为甲烷,其中最主要的基质为乙酸和(H2+CO2)。厌氧消化过程约有70%甲烷来自乙酸的分解,少量来源于H2和CO2的合成。

从发酵原料的物性变化来看,水解的结果使悬浮的固态有机物溶解,称之为“液化”。发酵菌和产氢产乙酸菌依次将水解产物转化为有机酸,使溶液显酸性,称之为“酸化”。甲烷菌将乙酸等转化为甲烷和二氧化碳等气体,称之为“气化”。

三阶段理论是目前厌氧消化理论研究相对透彻,相对得到公认的一种理论。

图7.2.2三阶段理论示意图

3).四段理论:

1979年,J.GZeikus在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论(四阶段理论)。该理论认为参与厌氧消化菌,除水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌外,还有一个同型产乙酸菌种群。这类菌可将中间代谢物的H2和CO2(甲烷菌能直接利用的一组基质)转化成乙酸(甲烷菌能直接利用的另一组基质)。厌氧发酵过程分为四个阶段,各类群菌的有效代谢均相互密切连贯,达到一定的平衡,不能单独分开,是相互制约和促进的过程。四种群说理论如图7.3所示。

图7.2.3四阶段理论示意图

由图7.2.3可知,复杂有机物在第I类菌(水解发酵菌)作用下被转化为有机酸和醇类,有机酸和醇类在第II类菌(产氢产乙酸菌)作用下转化为乙酸、H2/CO2、甲醇、甲酸等。第III类菌(同型产乙酸菌)将少部分H2和CO2转化为乙酸。最后,第IV类菌(产甲烷菌)把乙酸、H2/CO2、甲醇、甲酸等分解为最终的产物—CH4和CO2。在有硫酸盐存在的条件下,硫酸盐还原菌也将参与厌氧消化过程。

城市生活垃圾厌氧消化中氮的转化行为研究

化学与生物工程2010,V ol.27No.9 Chemi s try &Bioengineeri ng 77 收稿日期:2010-06-01 作者简介:吕波(1974-),男,重庆永川人,高级工程师,研究方向:给水排水。E 2mail:lbcqszy@https://www.wendangku.net/doc/421056604.html, 。 城市生活垃圾厌氧消化中氮的转化行为研究 吕 波,蒲贵兵 (重庆市市政设计研究院,重庆400020) 摘 要:通过间歇实验,研究了35e 下生活垃圾中温厌氧消化过程中氮(N)的转化行为及其机理。结果表明,在厌氧消化中:(1)氮以有机氮(蛋白质、核酸、氨基酸等)和无机氮(NH 32N 、NH +42N 、NO -32N 、NO -22N 、N 2)的形式存在,且随着消化过程的进行,各种形式的氮含量会发生相应的变化;(2)存在着氮的硝化与反硝化反应及相关的硝化菌群和反硝化菌群;(3)氮的行为方式对厌氧消化过程会产生极大的影响,主要表现在对pH 值、氧化还原电位及产甲烷菌的影响上;(4)可能存在着氮循环并形成氮的三阶段(好氧、氨化、耗氨)理论。 关键词:城市生活垃圾;中温厌氧消化;氮转化 中图分类号:X 705 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2010)09-0077-05 近年来,随着城市生活垃圾(Municipal solid waste,MSW)/无害化、减量化、资源化0处理要求的提高,城市生活垃圾厌氧消化技术迅速发展[1]。城市生活垃圾的厌氧消化过程是由多种微生物共同作用的非常复杂的生化过程,主要包括水解发酵、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。但是,在厌氧消化中,进出料时不可避免会混入O 2(尽管可以向反应器中充入N 2或稀有气体等以保证厌氧,但由于体系中微量O 2的存在相当于好氧预处理有利于厌氧消化的进行 [2~4] ,故采取 措施排除反应器中的空气对实际工程没太大意义),因此,在发酵初期存在着好氧过程。当O 2耗尽后,进入厌氧阶段。 影响城市生活垃圾厌氧消化的因素很多,其中C/N 、pH 值及氧化还原电位等均是体系中极其重要的生态因子 [4] 。氮不仅是微生物生长所必需的营养元素, 而且对调节厌氧消化体系的pH 值、抑制酸化有着重要的作用;同时,在厌氧消化中,涉及氮(N )变化的化学反应几乎均为氧化还原反应,故其对厌氧消化的氧化还原电位也有着重要的影响。因此,对厌氧消化中氮转化行为进行研究,具有极其重要的意义。 1 实验 1.1 材料 本实验所用发酵原料取自垃圾中转站(2008210210取样),其主要组成为厨余物。发酵接种物为唐家桥污水处理厂中温厌氧消化污泥。按800g 垃圾、200 g 接种物投料,混合发酵底物中氮的存在形式及含量如表1所示。 表1 混合发酵底物中氮的存在形式及含量Ta b 11 The existent f orm and content of nitr ogen in the mixed zymotic mater ial 总氮%蛋白质%氨基酸(TS=100)%氨氮mg #kg -1 硝氮mg #kg -1 N 2(自由空间)/%1.26 7.52 8.92 220 12.8 79.2 1.2 装置 城市生活垃圾间歇厌氧消化实验采用有效容积为2000mL 的平底烧瓶作为厌氧消化反应器 [5] ,恒 温(35?1e )水浴加热,如图1所示。采用排水法收集气体,集气筒外表有刻度线,其有效容积为3200mL 。气体收集装置的液体为5%稀硫酸酸化的饱和NaCl 溶液。 图1 城市生活垃圾间歇厌氧消化工艺简图Fig .1 Schematic diagram of inter mittent anaerobic digestion pr ocess for tr eating MSW

厌氧消化中的产甲烷菌研究进展

厌氧消化中的产甲烷菌研究进展 公维佳,李文哲*,刘建禹 (东北农业大学工程学院,黑龙江哈尔滨150030) 摘要:在厌氧消化过程中,通过控制产甲烷菌的活动可显著提高厌氧消化效率。文章介绍了厌氧消化中产 甲烷菌的生理生化特征及代谢途径,综述了微量元素、硫酸盐、pH值、氧化还原电位等显著影响因子对产甲烷菌活动和甲烷产量的影响。 关键词:厌氧消化;产甲烷菌;显著影响因子中图分类号:X703 文献标识码:A 收稿日期:2005-12-12 基金项目:国家自然科学基金项目(50376009);黑龙江省科技攻关(GC03A304) 作者简介:公维佳(1981-),女,黑龙江人,硕士研究生,研究方向为生物质能源。 *通讯作者 目前能源与环境已成为影响人类社会可持续发展的重大问题,厌氧消化技术在能源生产和环境保护等方面具有突出的优势而倍受青睐。沼气发酵是自然界极为普遍而典型的厌氧消化反应,各种各样的有机物通过沼气发酵,不断地被分解代谢产生沼气,从而构成了自然界物质和能量循环的重要环节。厌氧消化是极为复杂的生物过程,在参与反应的众多微生物中,产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素,因此对产甲烷菌特征以及影响因子的研究成为重点。本文试图对这些研究进行综合性的分析总结,为今后的研究提供参考。 1产甲烷菌概述 产甲烷菌的研究开始于1899年,当时俄国的 微生物学家奥姆良斯基(Omelianski)将厌氧分解纤维素的微生物分为两类,一类是产氢的细菌,后来称产氢、产乙酸菌;另一类是产甲烷菌,后来称奥氏甲烷杆菌(Methanobaci11usomelauskii)。1901年Sohzgen对产甲烷菌的特征及对物质的转化进一步作了详细的研究。1936年Barker对奥氏甲烷菌又作了分离研究。但这些研究,由于厌氧分离甲烷菌的技术尚不完备,均未取得大的进展。直到1950年 Hungate第一次创造了无氧分离技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展[1]。 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌,它是严格厌氧菌,属于水生古细菌门(Euryarchaeota)。它们生活在各种自然环境下,如反刍动物的瘤胃、人类的消化系统、稻田、湖泊或海底沉积物、热油层和盐池,以及污泥消化和沼气反应器等人为环境中[2]。产甲烷菌是厌氧消化过程的最后一个成员,甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。 由于产甲烷菌是严格的厌氧菌,对其研究需要较高的技术手段,所以,在20世纪70年代中期以前,产甲烷菌新种发现的不多,据《伯杰细菌鉴定手册》第八版记载,产甲烷菌只有一个科,即甲烷杆菌科,分三个属,有9个种。但是,随着其研究手段的飞速发展,和人们对产甲烷菌的关注,越来越多的产甲烷菌被人们发现,到目前为止,从系统发育来看,甲烷菌分成5个目,分别为甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales) 和甲烷超高温菌目(Methanop-yrales) [2] 。Schnellen第一个从消化污泥中分离纯化得到甲酸甲烷杆菌(Methanobacteriumformicium)和巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinabarkeri),到目前为止,分离鉴定的产甲烷菌已有200多种[3]。 2产甲烷菌生理生化特征 在Hungate[4]厌氧分离培养纯化产甲烷菌的技 2006年12月JournalofNortheastAgriculturalUniversity December2006 文章编号 1005-9369(2006)06-0838-04 第37卷第6期东北农业大学学报37(6):838 ̄841

污泥厌氧消化简介

简介: 污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下,由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等,使污泥得到稳定的过程,是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。 机理: 污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程,完成整个消化过程,需要经过三个阶段(目前公认的),即水解、酸化阶段,乙酸化阶段,甲烷化阶段。各阶段之间既相互联系又相互影响,各个阶段都有各自特色微生物群体。 水解酸化阶段: 一般水解过程发生在污泥厌氧消化初始阶段,污泥中的非水溶性高分子有机物,如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下,转化成短链脂肪酸,如乙酸、丙酸、丁酸等,还有乙醇、二氧化碳。 乙酸化阶段: 在该阶段主要是乙酸菌将水解酸化产物,有机物、乙醇等转变为乙酸。该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。 甲烷化阶段: 甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期,在这一过程中,甲烷菌将乙酸(CH3COOH)和H2、CO2分别转化为甲烷,如下: 2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑ 4H2+CO2→CH4+ 2H2O 在整个厌氧消化过程中,由乙酸产生的甲烷约占总量的2/3,由CO2和H2转化的甲烷约占总量的1/3。 影响因素: 温度: 在污泥厌氧消化过程中,温度对有机物负荷和产气量有明显影响。根据微生物对温度的适应性,可将污泥厌氧消化分为中温(一般30~36℃)厌氧消化和高温(一般50~55℃)厌氧消化。研究表明,在污泥厌氧消化过程中,温度发生±3℃变化时,就会抑制污泥消化速度;温度发生±5℃变化时,就会突然停止产气,使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。 酸碱度: 研究表明,污泥厌氧消化系统中,各种细菌在适应的酸碱度范围内,只允许在中性附件波动。微生物对pH的变化非常敏感。水解与发酵菌及产氢、产乙酸菌适应的pH范围为5.0~6.5,甲烷菌适应的pH范围为6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化过程的反应速度超过甲烷化过程速度,pH就会降低,从而影响产甲烷菌的生活环境,进而影响污泥厌氧消化效果,然而,由于消化液的缓冲作用,在一定范围内避免这种情况的发生。 消化液是污泥厌氧消化过程血红有机物分解而产生的,其中含有除了CO2和NH3外,还有以NH4NCO3形态的NH4+,HCO3-和H2CO3形成缓冲体系,平衡小范围的酸碱波动。如下:H+ + HCO3- ═H2CO3 有毒物质浓度: 在污泥厌氧消化中,每一种所谓有毒物质是具有促进还是抑制甲烷菌生长的作用,关键在于它们的毒阈浓度。低于毒阈浓度,对甲烷菌生长有促进作用;在毒阈浓度范围内,有中等抑制作用,随浓度逐渐增加,甲烷菌可被驯化;超过毒阈上限。则对微生物生长具有强烈的抑制作用。 污泥厌氧消化分类:

污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择与设计要点概要

污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择与设计要点陈怡 (北京市市政工程设计研究总院 , 北京 100082 摘要以北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂为例 , 对污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择和设计要点进行了详细论述 , 包括污泥厌氧消化工艺选择、进泥预处理、厌氧消化池、沼气系统、上清液处理和污泥输送管路等 , 以保证污水处理厂污泥厌氧消化工艺的顺利实施。 关键词污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择污泥投配污泥搅拌沼气系统 K e y p o i n t s o f t h e p r o c e s s s e l e c t i o n a n d d e s i g n o f t h e s l u d g e a n a e r o b i c d i g e s t i o n i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t C h e n Y i (B e i j i n g G e n e r a l M u n i c i p a l E n g i n e e r i n g D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e , B e i j i n g 100082, C h i n a A b s t r a c t :T a k i n g t h e B e i j i n g X i a o h o n g m e n W a s t e w a t e r T r e a t m e n t P l a n t a n d X i ’ a n F i f t h W a s t e w a t e r T r e a t m e n t P l a n t a s e x a m p l e , t h i s p a p e r d e s c r i b e d t h e k e y p o i n t s o f t h e p r o c e s s s e l e c -t i o n a n d d e s i g n o f t h e s l u d g e a n a e r o b i c d i g e s t i o n i n t h e w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t , i n c l u d i n g s l u d g e a n a e r o b i c d i g e s t i o n p r o c e s s s e l e c t i o n , s l u d g e p r e -t r e a t m e n t , a n a e r o b i c d i g e s t i o n t a n k , m e t h -a n e s y s t e m , u p -l e v e l c l e a n l i q u i d t r e a t m e n t , a n d s l u d g e t r a n s m i s s i o n p i p

污泥厌氧消化的方法和特点

污泥厌氧消化的方法是什么?污泥厌氧消化的阶段有哪些?污泥厌氧消化的特点是什么?污泥厌氧消化在无氧条件下,污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程称为厌氧消化。 污泥中的有机物含量很高,采用好氧法能耗太大,一般采用厌氧消化法:即在无氧的条件下,由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物,最终产物是二氧化碳和甲烷气(或称污泥气、消化气),使污泥得到稳定。所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程,多年来厌氧消化被概括为两阶段过程,第一阶段是酸性发酵阶段,有机物在产酸细菌的作用下,分解成脂肪酸及其他产物,并合成新细胞;第二阶段是甲烷发酵阶段,脂肪酸在专性厌氧菌——产甲烷菌的作用下转化成CH4和CO2。1979年,伯力特(Bryant)等人根据微生物的生理种群,提出了厌氧消化三阶段理论,是当前较为公认的理论模式。三阶段消化突出了产氢产乙酸细菌的作用,并把其独立地划分为一个阶段。三阶段消化的第一阶段,是在水解与发酵细菌作用下,使碳水化合物,蛋白质与脂肪水解与发酵转化成由糖、氨基酸、脂肪酸,甘油及二氧化碳、氢等;第二阶段,是在产氢产乙酸菌的作用下,把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。第三阶段,是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组是对乙酸脱羟产生甲烷。 影响污泥消化的主要有以下因素:l)温度:温度影响消化速度,也影响消化深度。温度为5-15℃称低温消化,30-35℃称中温消化,50-55℃称高温消化。高温消化几乎可以杀灭一切病原微生物,但操作管理复杂,加热费用高;中温消化只能杀灭部分病原微生物,低温消化效率很低,所以一般采取中温消化。2)投配率:即每天投入消化池内的生污泥量与池内熟污泥量的百分率。投配率的大小影响池内污泥的PH值和消化速率。投配率小污泥消化速度快而充分,产气量高,但要加大池体积;投配率大,消化速度慢,PH值降低,抑制甲烷细菌的生长,破坏正常的消化过程。一般对于生活污水或水质近似的工业废水, 投配率率以6-12%为宜。3)生熟污泥的混合程度:混合充分,可加速消化过程,提高产气量,因此需要搅拌。4)厌氧条件:甲烷菌是厌氧性微生物,因此要求消化池密封,隔绝空气。以上是绿环(煤质柱状活性炭生产厂家)为您介绍的关于水处理方面的知识,如有疑问,欢迎联系!

厌氧消化理论

2.厌氧消化的原理 厌氧消化是指在厌氧(无氧)条件下,利用厌氧微生物将复杂的大分子有机物转化成甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质等简单化合物的生物化学过程。在厌氧消化过程中,多种不同微生物的代谢过程相互影响、干扰,形成了非常复杂的生化过程。 20世纪70年代以来,大量学者和研究人员对厌氧消化过程中的微生物及其代谢过程进行了深入研究,并取得了很大的进步。经研究探索,厌氧消化复杂有机物的厌氧消化过程可以分为两段理论、三段理论以及四段理论。接下来我们将分别介绍各理论。 1).两段理论: 该理论是由Thumm.Reichie(1914)和Imhoff(1916)提出,经Buswell.NeaVe完善而成的,它将有机物厌氧消化过程分为水解酸化(酸性发酵)阶段和产甲烷(碱性发酵)两个阶段,相应起作用的微生物分别为产酸细菌和产甲烷细菌。 在第一阶段,复杂的有机物(如糖类、脂类和蛋白质等)在产酸菌(厌氧和兼性厌氧菌)的作用下被分解成为低分子的中间产物以及生成能量,这些中间产物主要是一些低分子有机酸(如乙酸、丙酸、丁酸等)和醇类(如乙醇),并有氢、CO2, NH4+、H2S等气体。在这一阶段里,由于有机酸的大量积累,使发酵液的pH值降低,pH值可下降至6,甚至可达5以下。所以此阶段被称为酸性发酵阶段,又称为产酸阶段。 在第二阶段,产甲烷菌(专性厌氧菌)将第一阶段产生的中间产物继续分解成CH4、CO2等。由于有机酸在第二阶段的不断被转化为CH4、CO2等,同时系统中有NH4+存在,使发酵液的pH值迅速升高达到7~8,所以此阶段被称为碱性发酵阶段,又称为产甲烷阶段。 厌氧消化的两阶段理论,几十年来一直占统治地位,在国内外厌氧消化的专著和教科书中一直被广泛应用。 图7.2.1二阶段理论示意图 2).三段理论: 随着厌氧微生物学研究的不断进展,人们对厌氧消化的生物学过程和生化过程的认识不断深化,厌氧消化理论得到不断发展。1979年,M.P.Bryant(布赖恩)根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果,在两阶段理论的基础上,提出了三阶段理论。该理论将厌氧发酵分

产甲烷菌在厌氧消化中的应用研究进展

产甲烷菌在厌氧消化中的应用研究进展 林代炎1,林新坚2,杨 菁1,叶美锋1 (1.福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建 福州 350003;2.福建省农业科学院土壤肥料研究所,福建 福州 350013) 收稿日期:2007-07-26初稿;2007-12-21修改稿 作者简介:林代炎(1963-),男,研究员,主要从事有机废弃物农业资源化利用研究(E 2mail :lindaiyan @1261com )。基金项目:福建省环保专项基金(1576);福建省财政专项(STIF -Y01) 摘 要:简述了产甲烷菌研究史,分析了厌氧消化领域研究进展以及产甲烷菌代谢机理和生理生化特征的关系。关键词:厌氧消化;产甲烷菌;厌氧反应器中图分类号:X 703 文献标识码:A Advance in utilization of methanobacteria for anaerobic digestion studies L IN Dai 2yan 1,L IN Xin 2jian 2,YAN G Jing 1,YE Mei 2feng 1 (1.A ricultural Engi neering I nstit ute ,Fuj ian A cadem y of A g ricultural S ciences ,Fuz hou ,Fuj ian 350003,China;2.S oil and Fertilizer I nstitute ,Fuj ian A cadem y of A g ricultural Sciences ,Fuz hou ,Fuj ian 350013,China ) Abstract :This article briefly introduces the progress in using methanobacteria for anaerobic digestion studies.It al 2so analyzes the relationship between the research development in anaerobic digestion and the metabolic mechanism and the physiological and biochemical characteristics of methanobacteria.K ey w ords :anaerobic digestion ;methanogens bacteria ;anaerobic reactor 随着人们认识到厌氧发酵技术在污水处理及生产沼气能源等方面的突出优势,对产甲烷菌在厌氧 消化中的研究也越来越重视。厌氧发酵是极为复杂的生物过程,在参与反应的众多微生物中,产甲烷菌的优劣、密度以及它的生长环境条件是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素,因此,对产甲烷菌的代谢机理及生理生化特征,以及在厌氧消化过程中为产甲烷菌创造有利环境条件方面的研究成为该领域的重点。本文简述了产甲烷菌的研究历史,并分析了厌氧消化系统应用领域研究的快速发展与产甲烷菌代谢机理、生理生化特征研究进展的密切关系,望能为产甲烷菌在污水处理工程中发挥更大作用提供参考。 1 产甲烷菌研究历史 产甲烷菌的研究开始于1899年,当时俄国的微生物学家奥姆良斯基将厌氧分解纤维素的微生物分为两类,一类是产氢的细菌,后来称为产氢、产乙酸菌,另一类是产甲烷菌,后来称奥氏甲烷杆菌(Met hanobacill us omel auskii )。由于研究条件的限 制,1950年,Hungate 创造了无氧分离技术才使产甲烷菌的研究得到了迅速的发展[1-2]。由于产甲烷菌是严格的厌氧菌,对其研究需要较高的技术手段,据《伯杰细菌鉴定手册》第8版记载,到20世纪70年代中期,产甲烷菌只有1个科(甲烷杆菌科),分3个属、9个种。随着研究手段的发展以及人们对产甲烷菌的关注,据杨秀山等1991年报道,美国奥斯冈(Oregon )产甲烷菌保藏中心当时收藏的产甲烷菌有215株分属于3目、6科、55种,可能是当时最完备的目录[3]。从系统发育 来看,到目前为止,产甲烷菌分成5个目,分别为甲烷杆菌目(Met hanohacteri ales )、甲烷球菌目(Met hanococcales )、甲烷八叠球菌目(M et hano 2 sarci nales )、甲烷微菌目(M et hanomicrobi ales ) 和甲烷超高温菌目(Met hanop y rales )[4],分离鉴定的产甲烷菌已有200多种[5]。 在产甲烷菌分类方面,随着分子生物学的发展,人们利用不同物种间small 2subunit ribosomal RNA 的同源性进行分类取得了较为满意的结果;1996年伊利诺伊大学完成了第1个产甲烷菌 福建农业学报23(1):106~110,2008 Fuj ian J ournal of A g ricultural Sciences 文章编号:1008-0384(2008)01-0106-05 本页已使用福昕阅读器进行编辑。福昕软件(C)2005-2007,版权所有,仅供试用。

污泥厌氧消化技术的研究与进展

环 境 工 程2008年第26卷增刊 污泥厌氧消化技术的研究与进展 * 曹秀芹1 陈爱宁1 甘一萍2 常 江2 周 军2 (1.北京建筑工程学院环能学院,北京100044;2.北京市城市排水集团,北京100022) 摘 要 厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的方法,随着全球性的能源危机以及各国可持续发展和环保法规的相继出台,该技术将有更加广阔的发展前景。阐述了厌氧消化的基本原理和应用情况,讨论了近年国外针对厌氧消化预处理技术和不同运行条件对厌氧消化反应效果的影响以及不同污泥处理工艺产能效果等方面研究成果及最新进展。关键词 厌氧消化 污泥 运行条件 能量分析 NEW DEV ELO PMENT OF ANA ER OBIC DIG ES TION TEC HNOLOGY O F S EW A GE S LUDGE Cao Xiuqin Chen A ining (Beijing U niver sity o f Civil Eng ineering and A rchitecture,Beijing 100044) Gan Y iping Chang Jiang Zhou Jun (Beijing U nban Drainag e Gr oup Co L td,Beijing 100022) Abstract A naerobic dig est ion is the most prev alent method of sewag e sludg e stabilizat ion and r ecyclation thr ougho ut the w or ld A nd this technolog y will have a br oad pro spect.because o f envir onment and ener g y cr i sis and the implementation of related laws T he principles and pr act ical situatio n o f anaer obic digestio n ar e br iefly intr oduced It's new development,such as pretreatment technolog y,the influence of different operating co nditions and the co mpar ison of energ y balance of different config ur atio ns w ill also be discussed here Keywords anaerobic dig estion sludg e operating par ameters ener g y analy sis *建设部科技发展项目(M OC06-k4-28);北京市留学人员资助项目(BOP-06);北京市创新团队项目(BJ E10016200611)。 0 前言 城镇污水厂污水处理过程中产生的初沉污泥和剩 余污泥中既含有N 、P 、K 等营养元素及大量有机物质,同时还有一定量的病原微生物、重金属和其他有害成分[1] ,因此对城镇污泥的处理不当会同时造成环境污染和资源浪费的问题。2006年我国污水年排放量已达536 8亿m 3 ,污水处理率约20%,污泥产量约为3000万t/a (按含水率97%计)。按照我国城市污水处理厂的建设规划,2010年,我国城市污水的处理量和处理率将进一步增加,污泥年产量也将大幅度提高[2],可见我国污泥处理的形式十分严峻。在我国 十一五 有关污水处理设施的建设投资中污泥部分增长显著,约占总投资的16%。未来随着污泥处理处置的进一步完善,其投资力度必将进一步加大,因此寻求高效经济的污泥处理方法也日益引起重视。 在众多的污泥处理方法中,厌氧消化由于其高效 的能量回收和较低的环境影响是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。它可以使污泥中挥发性悬浮固体(VS)含量减少30%~50%,从而使污泥达到稳定,并有利于后续的脱水处理。经厌氧消化后的污泥中依然含有丰富的有机肥效成分,适用于土地利用,脱水后的消化污泥还可以作为发电厂或水泥厂的辅助燃料。在厌氧消化过程中产生的沼气可以用来发电以补充厌氧消化或污水厂内其他工艺用电需要。由此可见厌氧消化技术可以大大提高污泥综合利用的水平,在能源日益紧张,尤其是我国倡导节能减排的今天具有很强的现实意义。1 污泥厌氧消化的概况 1 1 污泥厌氧消化的原理及运行方式 厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应,分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。该过程是由多种微生物参与的复杂过程,目前对厌氧消化的原理较为全面的阐述为Bryant 提出的三阶段理论和Zeikus 提出的四种群理论[3]。三阶段理论认为,整 215

厌氧消化的影响因素有哪些

厌氧消化的影响因素有哪些? 厌氧消化的影响因素有哪些? 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段,因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。 一、温度因素 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感(日变化小于±2℃),温度的突然变化,对沼气产量有明显影响,温度突变超过一定范围时,则会停止产气。 根据采用消化温度的高低,可以分为常温消化(10-30℃)、中温消化(33-35℃左右)和高温消化(50-55℃左右)。 二、生物固体停留时间(污泥龄)与负荷 三、搅拌和混合 搅拌可使消化物料分布均匀,增加微生物与物料的接触,并使消化产物及时分离,从而提高消化效率、增加产气量。同时,对消化池进行搅拌,可使池内温度均匀,加快消化速度,提高产气量。 搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。气体搅拌是将消化池产生的沼气,加压后从池底部冲入,利用产生的气流,达到搅拌的目的。机械搅拌适合于小的消化池,液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程。 四、营养与C/N比 厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质,又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氨素两种营养物质,在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素(COD∶N∶P=200∶5∶1)。原料C/N比过高,碳素多,氮素养料相对缺乏,细菌和其他微生物的生长繁殖 受到限制,有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。 若C/N比过低,可供消耗的碳素少,氮素养料相对过剩,则容易造成系统中氨 氮浓度过高,出现氨中毒。 五、有毒物质 挥发性脂肪酸(VFA是消化原料酸性消化的产物,同时也是甲烷菌的生长代谢 的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件,但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长,从而破坏消化过程。 有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动,这类物质被称为抑制剂。 抑制剂的种类也很多,包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。 六、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用 pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物。 1、由于pH的变化引起微生物体表面的电荷变化, 进而影响微生物对营养物的吸收; 2、pH除了对微生物细胞有直接影响外,还可以促使有机化合物的离子化作用,从而对微生物产生 间接影响,因为多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞;

废水厌氧处理原理介绍

废水厌氧处理原理介绍 废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵;是指在厌氧条件下由多种(厌氧或兼性)微生物的共同作用下,使有机物分解并产生CH4 和CO2的过程。 一、厌氧生物处理中的基本生物过程 1、三阶段理论 厌氧微生物学的研究表明,产甲烷菌是一类十分特别的古细菌(Archea),除了在分类学和其特殊的学报结构外,其最主要的特点是:产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质,其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2 等,两碳物质中只有乙酸,而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。 (1)水解、发酵阶段; (2)产氢产乙酸阶段:产氢产乙酸菌,将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2; (3) 产甲烷阶段:产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2 产生CH4; 一般认为,在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4 产自乙酸的分解,其余的则产自H2和CO2。 2、四阶段理论: 实际上,是在上述三阶段理论的基础上,增加了一类细菌——

同型产乙酸菌,其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2 合成为乙酸。但研究表明,实际上这一部分由H2/CO2 合成而来的乙酸的量较少,只占厌氧体系中总乙酸量的5%左右。 总体来说,“三阶段理论”、“四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。 二、厌氧消化过程中的主要微生物 主要介绍其中的发酵细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。 1、发酵细菌(产酸细菌): 发酵产酸细菌的主要功能有两种:

①水解——在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物; ②酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等; 主要的发酵产酸细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等;水解过程较缓慢,并受多种因素影响(pH、SRT、有机物种类等),有时会成为厌氧反应的限速步骤;产酸反应的速率较快;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;可以按功能来分:纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。 2、产氢产乙酸菌: 产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2;为产甲烷细菌提供合适的基质,在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。 主要的产氢产乙酸反应有: 注意:上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低

试验八厌氧消化试验

实验七 空气扩散系统中氧的总转移系数的测定 一、实验目的 1、掌握空气扩散系统中氧的总转移系数的测定方法; 2、加深对双膜理论机理的认识及其影响因素。 二、实验原理 氧向液体的转移是污水生物处理的重要过程。空气中的氧向水中转移,通常以双膜理论作为理论基础。双膜理论认为,当气液两相作相对运动时,其接触界面两侧分别存在气膜和液膜。气膜和液膜均属层流,氧的转移就是在气液双膜进行分子扩散和在膜外进行对流扩散的过程。由于对流扩散的阻力小得多,因此传质的阻力主要集中在双膜上。在气膜中存在着氧的分压梯度,在液膜中存在着氧的浓度梯度,这就是氧转移的推动力。对于难溶解的氧来说转移的决定性阻力又集中在液膜上,因此通过液膜是氧转移过程的限制步骤,通过液膜的转移速率便是氧扩散转移全过程的控制速度。氧向液体的转移速率可由下式表达: )(C C K d d s La t c -= 式中 C s —氧的饱和浓度,mg/L ; C —氧的实际浓度,mg/L ; K La —氧的总转移系数,h -1 积分得:lg ( C C C C s s --0)=t K La 3.2 式中 C o —t=0时液体溶解氧浓度,mg/L 。 三、实验装置和试剂 1、实验装置 实验装置包括玻璃水槽、电动搅拌器、温度控制仪、曝气装置、溶解氧瓶,实验装置见图1。

图1 空气扩散系数中氧的总转移系数的测定装置图 (1—空压机;2—温式流量计;3—电机;4—扩散器; 5—反应器;6—取样管;7—7151DM 型控温) 2、实验试剂 (1)Na 2SO 3饱和溶液 (2)1%的CoCl 2·6H 2O 溶液 (3)0.1mol/L 碘溶液 (4)0.025mol/LNa 2S 2O 3 四、实验步骤 1、缸内注满清水; 2、调整温度,本试验采用15、20、25、30℃; 根据测定实验温度,开动搅拌器和控温仪,使水温稳定于实验要求的温度; 3、开空气压缩机调整空气流量,调到1L/min~1.5L/min ,调好后关空压机; 4、加入Na 2SO 3和CoCl 2·6H 2O 溶液: 加入8mL 的Na 2SO 3和12mL 的CoCl 2·6H 2O ,在加上述溶液后轻轻用玻璃棒搅拌均匀,观察清水中的氧是否脱除,当其中的氧被脱除(DO=0)后开始下步实验。并注意取样方法; 5、打开空气压缩机开始试验 在空压机开始时要记下空气量,先记下湿式气体流量计的读数,然后开始取样,取样时间为2min 、4 min 、6 min 、8 min 、10 min 、12 min 、14 min ,这样便可测定出

有机固废厌氧消化技术研究进展

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/421056604.html, 有机固废厌氧消化技术研究进展 作者:高丽娜 来源:《智富时代》2015年第07期 【摘要】厌氧消化的技术可以实现废弃物污染防治以及综合利用的双重目标,可以说是 有机进行固废处理和处置的主要趋势。本文主要对厌氧消化技术的处理有机固废的微生物学机理和影响因素还有消化工艺的研究进展进行了分析总结。 【关键词】厌氧消化;有机固体废物;两相消化 一、前言 有机的固体废物一般是指含水率低于百分之就是的可生化的能够讲解的有机废物,它们 通常有着能够生化的降解性。这些废物中含有很多大量的生物质能,对这些生物质能源进行 有效的利用,对于实现环境以及经济的可持续发展有着非常重要的意义。对于有机固体的废 物进行处置的方式很多。因为有机固废的可生化降解性比较高,运用生物技术处置有机废物 有着潜在的优势。生物处理法包含好氧堆肥法以及厌氧消化法。最近几年,欧洲的很多国家 都把目光转为了厌氧消化的方式,积极的修建有机的固废厌氧消化处理厂,日本一些国加也 先后的建设了有机固废厌氧消化的处理示范工程。可是在我们国家,就算农村已经有小型的 沼气池的选用,高浓度有机污水还有污泥处理中也广泛的选择厌氧消化的工艺,可是选用于固废处理领域的真实的例子还是很少。所以,十分的有必要去针对我们国家中的显示情况, 去对有机固废的厌氧消化进行相对系统的研究。 二、厌氧消化的机理 在理论的研究上,国内和国外的些学者对于厌氧发酵的过程中物质的消化以及转化还有 不同的菌群作用都去进行了非常多的研究,可是还是有许多的问题需要去一步研究。对厌氧 消化的微小生物学的认识,可以说是经历了一个从前线到逐渐完善的过程。二十世纪三十年代,厌氧的消化被总结性地划分为产酸阶段还有产甲烷阶段,也就是两阶段的理论。在七十年代初的时候Bryantlzgl 等人对两阶段的理论一起进行了修正,并且提出了厌氧消化的三阶段的理论,主要是突出产氢产乙酸菌的地位以及作用。并且, Zeikuslao 等人还提出了厌氧消化的四种群理论,,表现了同型产乙酸菌的作用。这个理论主要认为是厌氧进行发酵的过程是能够分成四个阶段,第一阶段可以称作是水解阶段:也就是把不溶性的大分子有机物分解成为小 分子的水溶性的低脂肪酸;第二个阶段酸化阶段:发酵细菌把水溶性的低脂肪酸转化为H2和CH3000H以及CH3CH2OH 等,酸化的阶段料液pH 值快速下降;第三个阶段产氢产乙酸的阶段:专性的产氢产乙酸菌对于还原性的有机物的氧化作用,能够生成H2和HCO3以及 CH3COOH。同型产乙酸细菌把H和、HCO3- 转化成了CH3COOH,这个阶段因为还有大量的有机酸的分解造成pH 值的上升;第四个阶段也就是甲烷化阶段:产甲烷菌把乙酸转化成为CH4 还有CO2,并且用H2去还原CO2 成为CH4,或者是选择其他的细菌产生甲酸去形成

(完整版)第三节污泥的厌氧消化

8.3 污泥的厌氧消化 厌氧消化法:在无氧的条件下,由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物,最终产物是二氧化碳和甲烷气(biogas),是污泥得到稳定。 8.3.1 厌氧消化的机理(间歇实验) 二阶段理论:产酸阶段----产甲烷阶段 四阶段理论:水解、酸化、酸退、甲烷化 根据参与甲烷发酵的不同营养类群微生物对基质的代谢厌氧降解过程分为三个阶段: 三阶段理论:Toerien et al (1970)Substrate flow in anaerobic digestion, 5th International Conference on water pollution research, San Francisco,CA. 书上:Bryant 1979 CH4+2H2O methane →2CH4+2CO2 ) (纤维素分解菌产氢产乙酸菌甲烷杆菌球菌 碳水化合物分解菌CH3CH2COOH+2H2O---CH3COOH+3H2+CO2蛋白质分解菌,脂肪分解菌) 产酸菌是兼性厌氧菌和专性厌氧菌,对PH,VFA,温度变化适应性强,增殖速度快;甲烷菌是专性厌氧菌,PH=6.4-7.4,对PH,VFA,温度变

化敏感,增殖速度慢。 产甲烷阶段的能量分析: (以乙酸钠为例) 在好氧消化时: C2H3O2Na+2O2NaHCO3+H2O+CO2+848.8 KJ /mol 在厌氧消化时: C2H3O2Na +H2 O NaHCO3+CH4+29.3 KJ /mol 在底物相同的条件下,厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20 –1/30.这些能量大部分都用于维持细菌的生活,而只有很少能量由于细胞合成.(这就是厌氧法产生剩余污泥量少的缘故) 虽然厌氧消化过程是要经历多个阶段,但是在连续操作的厌氧消化反应器中这几个阶段同时存在,并保持某种平衡状态. 8.3.2厌氧消化动力学(与好氧相似) 甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素。动力学方程式: 有机物降解 细菌增殖 S K kSX dt dS S + = - bX dt dS Y dt dX - ? ? ? ? ?- =

污泥厌氧消化技术现状及应注意的问题

污泥厌氧消化技术现状及应注意的问题 王涛1,2 (1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所,北京100044;2.机科发展科技股份有限公司, 北京100044) 摘要:阐述了厌氧消化技术背景与基本原理。通过对国内示范项目运行情况的研究分析,从处理方面分析了应注意的泥质影响、池形选择、温度与无害化、含固率与搅拌动力等问题;结合行业技术指南分析了处置方面应注意的问题。通过处理与处置全过程成本经济分析,得出了该技术参考运行成本。最后给出了该技术的适用条件。 关键词:厌氧消化、中温厌氧消化、处理、处置、无害化、沼气、全过程 1.厌氧消化技术概述 1.1技术来源 厌氧消化是利用兼氧菌和厌氧菌进行厌氧生化反应,分解污泥中有机质的一种污泥处理工艺。 1881年法国Mouras净化器是污水(污泥)厌氧生物处理的雏形;1905年,德国的Imhoff 池的出现,第一次将泥水分离进行厌氧处理;1927年,首次在厌氧消化池中加上了加热装置,使产气速率显著提高;随后,又增加了机械搅拌器,反应速率进一步提高;20世纪50年代初又出现了利用沼气循环的搅拌装置。多种形式的厌氧消化池形成了现代污泥厌氧消化技术的核心工艺体系。 1.2技术原理 厌氧消化的作用机理有两段论、三段论、四段论之分,就两段论可以分为产酸阶段和产

甲烷阶段,其中产酸阶段又可细分为水解阶段、酸化阶段、酸性衰退阶段。 水解酸化阶段(酸性发酵):污水中不溶性大分子有机物,如多糖、淀粉、纤维素、烃类(烷、烯、炔等)水解,主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸;紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺、多肽等。 产甲烷阶段(碱性发酵):产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷,其中最主要的基质为乙酸。 全部反应可以概括为: 淀 脂 1.3厌氧消化池分类 厌氧消化池从构造上一般分为池顶、池体和池底三部分:池顶主要起到收集沼气的作用;池体主要起到容纳作用;池底一般主要起到排泥的作用。 按照消化池形状可以分为:圆柱形、椭圆形(卵形)和龟甲形等。 按照池顶结构形式可以分为:固定盖式和移动盖式。 按照搅拌形式可以分为:机械搅拌和沼气搅拌两种形式;机械搅拌又分为泵搅拌、桨叶搅拌、水射器搅拌等;沼气搅拌又可分为气提式搅拌、竖管式搅拌和气体扩散式搅拌等。 1.4国内应用情况 2000年,建设部、国家环保局、科技部联合发布《城市污水处理及污染防治技术政策》规定:“处理能力达于10万m3/d的污水处理二级设施产生的污泥,宜采取厌氧消化工艺进行处理”。截至2011年,国内已建成市政污水处理厂3078座,其中配套建设厌氧消化系统的50余座,这其中稳定正常运行不超过10座。2010、2011年污泥处理处置十大推荐案例中共列入6个厌氧消化项目,其中还包括当时“尚未进行24小时连续运行和冬季运行”的

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