厌氧发酵
1、沼气的综合利用
(1)生活燃料;(2)运输工具的动力燃料;(3) 发电;(4)化工原料;(5)孵化禽类;(6) 蔬菜种植,增产效果显著;(7)贮粮防虫;(8) 贮藏水果
2、沼气发酵余物的利用
(1)沼液:速效肥料、抗病防虫、饲料添加剂、 喂鱼、浸种。
(2)沼渣:优质肥料、饲料、培养土、提取维生 素等原料。
厌氧发酵
厌氧发酵过程 厌氧发酵微生物 厌氧发酵的影响因素 厌氧发酵工艺 厌氧发酵设备
厌氧发酵:在没有游离氧存在的条件下,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。
堆肥原料都可以作沼气发酵原料,目前,厌氧发酵所 处理的有机固体废物主要为城市生活垃圾。
大量的报道和实验表明厌氧发酵的碳 氮比以20~30为宜。
(3)添加剂和有毒物质
在发酵液中添加少量有益的化学物质,有助 于促进厌氧发酵,提高产气量和原料利用率。 分别在发酵液中添加少量的硫酸锌、磷矿粉、 炼钢渣、碳酸钙、炉灰等均可不同程度地提 高产气量、甲烷含量以及有机物质的分解率, 其中以添加磷矿粉的效果为最佳。
纤维素的分解
(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 + 3CO2 糖类的分解
先由多糖分解为单糖,然后是葡萄氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段, 每一阶段各有其独特的微生物类群起作用。
厌氧发酵的有机物分解代谢过程 (a)碳水化合物的分解代谢
一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、 木质素、糖类、淀粉等和果胶质等。厌氧 发酵的原料如农业废物等主要含碳水化合 物,其中纤维素的含量最大。所以,厌氧 发酵的速度与消化池中纤维素分解的快慢 密切相关。
(b)类脂化合物的分解代谢
这类化合物的主要水解产物是脂肪酸和甘油。 然后,甘油转变为磷酸甘油脂,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。
(c)蛋白质类的分解代谢
主要是含氮的蛋白质化合物,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;一部 分分解成有机酸、醇等其它化合物,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。
四、厌氧发酵工艺
根据消化温度划分工艺类型
最佳温度范围是47~55 ℃,此时有机物分解旺 盛,消化快,物料在厌 氧池内停留时间短,非 常适用于城市垃圾、粪 便和有机污泥的处理
培养高温消化菌、维持 高温、搅拌消化物料
30~35 ℃ 较理想
目前我国农村都采用 这种消化类型。这种 工艺的消化池结构简 单、成本低廉、施工 容易、便于推广,但 受季节影响明显
对于流体或半流体的基质,可采取泵循环、机械 搅拌、气体搅拌等三种搅拌方式。
(6)厌氧条件 产酸阶段的不产甲烷细菌,大多数是厌氧菌,
需要在厌氧的条件。
产甲烷细菌是专性厌氧菌,不需要氧,氧对 产甲烷细菌有毒害作用,生长在有氧的环境 中,甲烷菌受到抑制,但并不死亡,因此, 需要严格的厌氧环境,必需创造厌氧的环境 条件。
二、 厌氧发酵微生物
(a)不产甲烷细菌
在沼气发酵过程中,不直接参与甲烷形成的 微生物统称为不产甲烷菌,包括的种类繁多, 有细菌、真菌和原生动物三大群。其中细菌 的种类最多,作用也最大。
(b)产甲烷细菌
产甲烷菌在原核生物中由于它们能厌氧代谢 产生甲烷而成为一个独特类群,在70年代后 期被分类学家确认。
甲烷与空气的混合物在甲烷浓度达4.6%时 通明火即可发生爆炸;而浓度超过30%以 后就超过了可燃极限,很难发生燃烧,这 在设计燃烧装置时应当注意。
甲烷具有毒性.当空气中甲烷含量达到了 25%~30%以上时,对人体会有麻醉作用。
因此,在使用沼气时既要防止爆炸又要防 止中毒。
沼气及其发酵余物的利用
有害物质的允许浓度
(4)酸碱度 甲烷菌对pH值的适应范围为6.8~7.5之间 碱度过低时,可通过投加石灰或含氮物料
的办法进行调节。
(5)搅拌
搅拌是促进厌氧发酵所不可缺少的,有效的搅拌 可以增加物料与微生物接触的机会;使系统内的 物料和温度均匀分布;防止局部出现酸积累;使 生物反应生成的硫化氢、甲烷等对厌氧菌活动有 阻害的气体迅速排出;使产生的浮渣被充分破碎。
消化周期须视季节和 地区的不同加以控制
高温消化工艺 中温消化工艺 自然温度消化工艺
在发酵液中添加纤维素酶,能促进纤维 素分解,提高稻草的利用率,使产气量 提高34-59%。添加少量活性碳粉末则可 以提高产气2-4倍。添加浓度为0.01%的 表面活性剂“叶温20”,则可降低表面张 力,增强原料和菌的接触,产气量最高 可增加40%。
有许多化学物质能抑制发酵微生物的生 命活力,统称为有毒物质。有毒物质的 种类很多。沼气发酵菌对它们有一定的 忍耐程度,超过允许浓度,常使沼气发 酵受阻。
沼气的成分: 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。
沼气是一种很好的燃料,1m3的沼气燃烧发 热量相当于1kg煤或0.7kg汽油,能发电 1.25kw·h。
三、 厌氧发酵的影响因素 (1) 温度 温度是影响产气量的重要因素,在一
定温度范围内,温度越高产气量就越高, 高温可加速细菌的代谢使分解速度加快。
高温发酵对杀灭病原微生物效果较佳。
(2) 营养 厌氧微生物除要求一定比例的C、N、
P基质外,还对铁、镍、钴等微量元素具有 要求。垃圾中一般都具有厌氧降解反应所 需要的营养元素。