好氧发酵产物特性及利用
好氧发酵产物积累机制
有机酸和醇类
如乳酸、乙酸和乙醇等， 可作为化工原料或生物燃 料。
胞外多糖
如黄原胶、透明质酸等， 具有生物活性，可用于药 物、化妆品等领域。
产物的积累过程与影响因素
微生物种类与代谢途径
不同微生物具有不同的代谢途径和产物，选 择合适的微生物是关键。
培养条件
如温度、pH值、氧气和营养物质等，对微 生物的生长和代谢有重要影响。
底物种类与浓度
底物的种类和浓度决定了产物的种类和产量。
产物的应用与价值
能源利用
生物气体可用于生产电力、热 能和燃料，减少对化石燃料的
依赖。
化工原料
有机酸和醇类可用于生产塑料 、橡胶、涂料等材料。
生物医药
胞外多糖具有抗炎、抗肿瘤等 生物活性，可用于药物研发和 生产。
环境保护
好氧发酵产物可用于废水处理 和土壤改良，改善环境质量。
好氧发酵产物积累机制
• 引言 • 好氧发酵的基本原理 • 好氧发酵产物的积累机制 • 好氧发酵产物的积累调控 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
01
介绍好氧发酵在工业生产中的应 用，如废水处理、生物燃料生产 等。
02
阐述好氧发酵过程中产物积累的 问题及其对生产效率的影响。
研究意义
强调研究好氧发酵产物积累机制对于 提高生产效率、降低成本、优化工艺 等方面的意义。
好氧发酵的主要微生物包括细菌、真菌和放线菌等，它们通过分解有机物获得能 量，同时合成新的细胞物质。
在好氧发酵过程中，微生物通过细胞膜上的酶将有机物氧化分解为小分子，如氨 基酸、脂肪酸等，这些小分子再被进一步氧化分解为水和二氧化碳。
好氧发酵的过程与产物
好氧发酵的过程可以分为 三个阶段：水解阶段、酸 化阶段和甲烷化阶段。
好氧发酵产物积累机制
好氧发酵产物积累机制好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程。
在好氧发酵中，微生物利用有机物质通过氧化代谢产生能量和产物。
这种发酵常见于食品加工、生物能源产生、废物处理等领域。
本文将探讨好氧发酵产物积累的机制。
首先，好氧发酵中产物积累的机制可以通过微生物代谢途径来解释。
在好氧发酵过程中，微生物利用底物进行氧化代谢，主要通过三个代谢途径进行：糖酵解、细胞色素氧化酶系统和线粒体三羧酸循环。
这些代谢途径在氧气存在下可以进一步完成氧化反应，产生二氧化碳、水和能量。
但是，当底物浓度高、溶液中氧气供应不足时，微生物代谢途径会被抑制，堆积的代谢中间产物和底物将被转化为最终产物积累。
其次，好氧发酵产物积累的机制还可以通过代谢调节机制来解释。
微生物在好氧条件下可以通过调节代谢途径来适应环境变化。
例如，当氧气供应不足时，微生物可以通过转录调控和翻译调控来调整代谢途径，使得底物和中间产物积累，从而减少能量消耗。
此外，一些特定的代谢途径酶的活性也会受到调节，以增加产物生成速率或减少竞争反应的速率。
因此，微生物可以通过代谢调节机制来适应氧气供应不足的环境，并产生更多的产物。
再次，好氧发酵产物积累的机制还与微生物本身的生理特性有关。
不同种类的微生物在好氧条件下有不同的生存策略和代谢特征。
一些微生物具有耐氧能力，可以在低氧条件下进行代谢反应，产生产物。
这些微生物具有更高的代谢途径活性和底物利用能力，能够快速适应环境变化并产生大量产物。
而其他微生物可能具有更低的产物生成速率和底物利用能力，需要更多的时间和氧气来进行代谢反应。
因此，微生物本身的生理特性对于好氧发酵产物积累机制起着至关重要的作用。
最后，好氧发酵产物积累机制还受到操作条件的影响。
操作条件包括底物浓度、溶液pH值、温度和氧气供应等。
这些条件可以通过调节微生物代谢途径和代谢调节机制来影响产物积累。
例如，调节底物浓度可以增加或减少代谢反应的速率，从而影响产物生成速率。
发酵饲料原料的特点及发酵优势
发酵饲料原料的特点及发酵优势导读发酵饲料的原料很多，按来源可分为：饼粕类，粮食加工厂的副产品类，微生物发酵加工厂的下脚料类，菌菇生产的基料，果蔬加工厂的下脚料类，植物的根、茎、叶类，畜禽屠宰场的下脚料类，水产品加工厂的下脚料类，薯渣类等。
随着发酵饲料技术的日渐成熟及工艺设备的不断完善，更多的自然界产生的有机物及更多的加工副产物将成为发酵饲料的原料，利用率得到进一步的提高。
下面结合发酵饲料的特点来介绍各种发酵原料。
1饼粕类我国饼粕类资源十分丰富，主要有：大豆饼粕、菜籽饼粕、棉籽饼粕、花生粕、玉米胚粕、芝麻饼粕、油茶饼粕、茶籽饼粕、葵花籽饼粕、亚麻籽饼粕、红花籽粕等。
这些原料都富含植物蛋白，其蛋白质质量分数一般都在30%以上。
1.1 大豆粕“大豆粕”又称“豆粕”，是大豆经过提取豆油后得到的副产品。
外观呈浅黄色至浅褐色的不规则碎片状，具有烤大豆香味。
豆粕中蛋白质质量分数为45%～52%，低聚糖质量分数为10%～15%，多糖和纤维素质量分数为20%～25%。
豆粕营养虽丰富，但含有抗营养因子。
人们很早就发现，直接摄入豆科籽实会导致人和动物的胰腺肿大、过敏反应、生长缓慢、日粮养分利用率下降以及一些不良生理反应的现象，这些都是由大豆中含有的多种抗营养因子造成的。
发酵豆粕是豆粕经过生物发酵的产物，目前已成为鱼粉最好的替代品。
该产品是利用现代生物工程发酵菌种技术与中国传统的固体发酵技术相结合，以优质豆粕为主要原料，接种微生物，通过微生物的发酵最大限度地消除豆粕中的抗营养因子，有效地降解大豆蛋白为优质小肽蛋白源，并可产生益生菌、寡肽、谷氨酸、乳酸、维生素、UGF(未知生长因子)等活性物质。
作为动物饲料发酵豆粕比豆粕有以下优点：(1)无抗原和抗营养因子，经微生物发酵处理后，原有的脲酶、胰蛋白酶抑制因子、凝血素、大豆球蛋白、β-伴球蛋白、植酸等抗营养因子被消除，有利于维持动物肠道组织结构，促进免疫功能，提高生产性能。
(2)营养成分更加丰富，马文强等通过枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、乳酸菌对豆粕进行发酵，结果表明：发酵后豆粕中粗蛋白质含量比发酵前提高了13.48%，氨基酸含量比发酵前提高了11.49%，粗纤维素这些难消化吸收物质被酶分解降低，矿物质也相对增加。
第一节发酵工程的特征
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谷物淀粉
曲水解 糖液
酵 母 各类风味特殊的曲酿酒
酿酒制醋是人类最早掌握的发酵技术之一
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第二阶段
纯种培养技术的成熟－初级代谢产物生 产阶段(production stage of primary
metabolites)
1680年，荷兰人Leeuwenkoek首次在雨水和醋中观察到大 量活着的微动体，宣告微生物的存在。
第一节 发酵工程的特征
发酵工程是生物技术的重要组成部 分，是生物技术产业化的重要环节。它 将微生物学、生物化学和化学工程学的 基本原理有机地结合起来，是一门利用 微生物的生长和代谢活动来生产各种有 用物质的工程技术。又称为微生物工程。
目前，人们把利用生物细胞的生命 活动来制备目的产物的过程统称为发酵。
扩大培养和接种
如何得到发酵生产所需要的大量菌体来 缩短生产周期呢？
经过多次的扩大培养。
如何对菌种进行扩大培养呢？
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分 头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能 在短时间里得到大量的菌体。
扩大扩培养大与培发酵养生和产接过程种中的培养有何不同呢？
扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵 过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的 培养条件就有可能不同。
（2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应
尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
灭菌
发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种， 整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为 什么呢？
在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种 形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
在菌体生长静止期，某些菌体能合成 一些具有特定功能的产物，如抗生素、生 物碱、植物生长因子等，这些产物与菌体 的生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产 物。
《城镇污水处理厂污泥好氧发酵工艺设计与运行管理指南》
城镇污水处理厂污泥好氧发酵工艺设计与运行管理指南（征求意见稿）中国计划出版社二〇年前言根据中国工程建设标准化协会〔2018〕建标协字第15号文《关于印发2018年第一批协会标准制订、修订计划的通知》，制订本指南。
污泥好氧发酵作为城镇污水处理厂污泥处理的主流技术之一，可实现污泥的稳定化、无害化和资源化利用，其工艺相对简单，运行维护要求较低，也是目前国际上最常用的污泥处理方法之一。
《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》（试行）（HJ-BAT-002）将污泥好氧发酵作为污泥处理处置污染防治最佳可行技术之一。
《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》（试行）（建城〔2009〕23号）提出，污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时，鼓励采用高温好氧发酵的污泥处理方式。
近年来，我国很多城市都进行了污水处理厂污泥好氧发酵的工程实践，工程规模也由小型向大中型发展，同时在臭气控制、自动控制、设备集成等方面进行了诸多技术研发和储备，实现了污泥好氧发酵成套设备国产化工程应用。
国内已发布的标准包括中国工程建设协会标准《城镇污水处理厂污泥好氧发酵技术规程》（T/CECS 536-2018）、行业标准《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》（CJJ 131-2009）、《污泥堆肥翻堆曝气发酵仓》（JB/T 11245-2012）等，规定了污泥好氧发酵在设计、施工、运行和管理方面的核心技术要求。
本指南旨在进一步深化对污泥好氧发酵技术原理和工艺过程的理解，协同已发布的技术规程，指导和规范我国污泥好氧发酵的工艺设计和运行管理。
本指南编制过程中，梳理、借鉴了国内外相关技术文件，调查、研究了国内典型工程案例，总结、吸纳了国内外理论和实践认知。
本指南的主要内容包括：总则、术语和定义、污泥好氧发酵工艺、污泥好氧发酵设计、污泥好氧发酵运行维护、好氧发酵产物特性及利用。
本指南由中国工程建设标准化协会城市给水排水专业委员会归口管理，由上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司负责技术解释。
51.沿海餐厨垃圾好氧发酵资源化利用技术
51.沿海餐厨垃圾好氧发酵资源化利用技术技术依托单位：北京中源创能工程技术有限公司技术发展阶段：推广应用适用范围：适用于沿海城市、县镇、农村以及岛屿内不同行业餐厨垃圾、厨余垃圾、果蔬垃圾等好氧发酵肥料化处理和资源化利用，技术可应用于日处理量0.5-10t/d的不同规模。
主要技术指标和参数：一、工艺路线及参数餐厨垃圾首先经过卸料/分拣平台，输送至预处理系统。
在预处理系统中，含海产品硬质外壳的餐厨垃圾经双轴式破碎装置的连续超细破碎，破碎后物料粒径90%以上达1-3cm，实现餐厨垃圾物料粒径降低并均匀化；破碎后物料进入双级深度脱水装置，由螺旋变径挤压深度脱水，将含高水分的餐厨垃圾破碎物料进行固液分离，分离后液体进入隔油池、化粪池等现有污水处理设施，或外运处理，或通过配套集成化污水处理设施处理达标排放；分离后固体物料含水率下降到70%以下，物料体积减少40%，被输送至好氧发酵仓。
在好氧发酵仓中，餐厨垃圾物料在“迷宫式”多仓强化推流作用下连续进出料，在自主开发的具有针对性的高效复合型微生物等菌剂的作用下进行发酵肥料化反应。
同时发酵仓智能控制仓内反应温度、湿度、供氧以及餐厨垃圾盐分、油分浓度，确保新鲜进料与高效成熟菌体充分接触，反应充分利用不同区域内的优势微生物种群，并消除高盐分、油脂对发酵反应的不利影响，使餐厨垃圾发酵充分形成有机肥料。
餐厨垃圾好氧发酵仓连接生物除臭装置，去除发酵过程产生的臭气。
二、主要技术指标预处理设备粉碎物料90%以上粒径达1-3cm；预处理设备固液分离后物料含水率低于70%;发酵仓内发酵温度55-65℃；单套设备总体减量化率不低于90%。
三、技术特点集成连续超细破碎、螺旋变径挤压深度脱水、机械强化高温好氧发酵等关键技术，实现沿海餐厨垃圾的资源化利用。
四、技术推广应用情况2017年，湄洲岛餐厨垃圾好氧发酵资源化利用项目验收运行，处理规模5t/d。
2017年，桃花岛餐厨垃圾好氧发酵资源化利用项目验收运行，处理规模4t/d。
污泥处理技术三好氧发酵
污泥处理技术三：好氧发酵1.原理与作用好氧发酵通常是指高温好氧发酵，是通过好氧微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。
代谢过程中产生热量，可使堆料层温度升高至55℃以上，可有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽，并使水分蒸发，实现污泥稳定化、无害化、减量化。
2.应用原则污泥好氧发酵处理工艺既可作为土地利用的前处理手段，又可作为降低污泥含水率，提高污泥热值的预处理手段。
污泥好氧发酵厂的选址应符合当地城镇建设总体规划和环境保护规划的规定；与周边人群聚居区的卫生防护距离应符合环评要求。
污泥好氧发酵工艺使用的填充料可因地制宜，利用当地的废料（如秸杆、木屑、锯末、枯枝等）或发酵后的熟料，达到综合利用和处理的目的。
3.好氧发酵工艺与设备3.1.一般工艺流程好氧发酵工艺过程主要由预处理、进料、一次发酵、二次发酵、发酵产物加工及存贮等工序组成，如图1所示。
污泥发酵反应系统是整个工艺的核心。
3.2. 好氧发酵的工艺类型发酵反应系统是污泥好氧发酵工艺的核心。
工艺流程选择时，可根据工艺类 型、物料运行方式、供氧方式的适用条件，进行合理的选择使用，灵活搭配构成 各种不同的工艺流程。
1）工艺类型工艺类型分一步发酵工艺和二步发酵工艺。
一步发酵优点是工艺设备及操作 简单，省去部分进出料设备，动力消耗较少；缺点是发酵仓造价略高，水分散发、 发酵均匀性稍差。
二步发酵工艺优点是一次发酵仓数少，二次发酵加强翻堆效应， 使堆料发酵更加均匀，水分散发较好；缺点是额外增加出料和进料设备。
混合设 外运处置熟料揽层AAAAAA jjaasa 外加填充料 ,熟料与填完后面流 发醉熟 料储仓好氧发酵反应系筑输送谈 备/机输送设备/机 发醒参数监测臭气处理系统 铺料设备 臭气监测 储料仓/箱 熟料加工 脱水机房 鼓风机出料设备图1污泥好氧发酵工艺流程2）物料运行方式按物料在发酵过程中运行方式分为静态发酵，动态发酵，间歇动态发酵。
静态发酵设备简单、动力消耗省。
污泥高温好氧发酵基本技术要求
• 高温好氧发酵可以确保发酵产品不会抑制植物生长：发酵充分 的发酵产品其耗氧速率应小于0.1（O2%）/min。用于土地不会 烧苗。由于发酵产品含水率小于40%，也降低了霉变的风险。
砷
≤0.2 mg/l ≤0.5 mg/l
铅
≤0.2 mg/l ≤1 mg/l
镉
≤0.05 mg/l ≤0.1 mg/l 六价铬 ≤0.05 mg/l ≤0.1 mg/l
汞
≤0.005 mg/l
≤0.02 mg/l
铵氮
≤4 mg/l ≤200 mg/l
二、选择高温好氧发酵处理工艺的理由
• 高温好氧发酵过程是稳定化过程：通过好氧微生物的生物代谢 作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质。
• 其也俗称为：好氧堆肥。 • 由于好氧发酵后的污泥也仅完成了污泥稳定的要求，其还达不
到污泥施用土地的产品要求，故这种稳定化方式称为“固态好 氧发酵”比称“好氧堆肥”更加合理，以避免产生按此种方式 稳定后既成肥料的误解。
一、高温好氧发酵的定义和基本原理
有机物+氧气+ 微生物
合成
细胞物质 （微生物繁殖）
• （1）在好氧发酵中添加常规添加物，包括膨胀材料和天然吸附物质，其 可使离子态态重金属含量降低，部分削弱了重金属的危害作用。
• 高温好氧发酵产品能够满足填埋要求：发酵产品含水率小于 40%，无机化程度高，无臭气，吸附性好。
二、选择高温好氧发酵处理工艺的理由
• 高温好氧发酵可降低有毒有害物质的危害。重金属在土壤中是不可降解的， 重金属大部分积存于耕作层中，重金属水溶性部分将随水进入植物的器官 和细胞，并危害植物。重金属毒性作用的轻重程度与重金属的种类和浓度、 土壤性质、pH值、污泥及土壤的有机物质、铁、锰的含量及植物种类有关， 各种重金属的毒性作用也是相当复杂的。重金属在污泥中主要以离子态存 在，但是如果能够将离子态的重金属变成非离子态的，则可大大降低重金 属的危害，即“钝化”重金属。如：
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好氧发酵产物特性及利用
1 产物特性
污泥好氧发酵通过微生物的生物代谢作用，使污泥中的有机物转化成稳定的腐殖质，实现污泥稳定化、无害化和资源化。
从表观上看，好氧发酵产物的温度与环境温度趋于一致，一般不再明显变化；应具有土壤气味，而没有令人不悦的气味；颜色应为棕褐色；含水率在35%~45%之间，含水率过高会增加运输费用并引起臭味，含水率过低则会引起粉尘。
腐熟度和稳定性是衡量好氧发酵产物质量的尺度，两者既存在关联，又各有侧重。
腐熟度指好氧发酵中的有机物经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度，侧重于产物施用对植物生长的影响，未完全腐熟的好氧发酵产物会产生有机酸抑制种子发芽，当在土壤中分解时，会消耗氮从而争夺氮源，抑制植物生长。
稳定性是反映有机物降解的一种状态，侧重于产物施用对周围环境的影响，根据微生物的活动（如微生物呼吸和能量释放）来判断稳定性，主要可从产物表观、O2消耗速率、CO2释放速率、NO3-N含量变化以及病原菌数量变化等方面进行评价。
我国对于污泥好氧发酵产物的稳定指标及其限值可参考现行行业标准《城镇污水处理厂污泥处理稳定标准》CJ/T 510的有关规定。
耗氧速率反映了好氧发酵过程中微生物活性变化，是好氧发酵产物稳定程度的重要指标，一次发酵结束时，产物耗氧速率应小于0.2~0.3（O2%）/min；二次发酵结束时，耗氧速率应为0.1（O2%）/min以下。
国外相关标准规范采用不同的计量单位，如美国Design of Municipal Wastewater Treatment Plants提出3mgCO2/g.d 的有机碳呼吸速率表明发酵产物不会散发腐臭味，也不会造成植物毒性；加拿大Guidelines for Compost Quality则规定发酵产物稳定或腐熟的必要条件是呼吸速率≤400mgO2/kgVS·h，或二氧化碳释放率≤4mgCO2/gVS·d。
种子发芽指数是评价好氧发酵产物腐熟度最具说服力的方法，通过发芽率和根系长度的测定值与在水培中的背景参照物的测量值进行对比，并以百分比表示。
我国污泥处置泥质标准对于种子发芽指数要求达到60%~70%以上，也有研究表明种子发芽指数达到80%~85%以上才达到完全腐熟。
需要注意的是，不同植物
对植物毒性的承受能力和适应性差异较大。
在病原菌方面，好氧发酵过程中产生的热量能灭杀粪大肠菌、蛔虫卵等有害生物，好氧发酵产物的粪大肠菌一般低于1000MPN/g。
由于好氧发酵产物一般以土地利用作为首要出路，因此产物利用时，还需要考虑重金属的环境污染风险。
研究表明，随着城市工业废水排放的控制及清洁技术的应用，我国污水处理厂污泥重金属含量呈现出显著的降低趋势。
同时重金属的环境风险不仅与总量有关，更大程度上由其形态分布所决定。
重金属形态可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态。
可交换态易于被作物吸收，其含量虽低但生物有效性较大；碳酸盐结合态对pH 值的变化敏感，在酸性条件下易溶解释放；铁锰氧化物结合态在还原条件下较易释放；硫化物及有机结合态包括重金属硫化物沉淀及与各种有机质结合的重金属，是相对稳定的形态；残渣态为非有效态，在自然条件下不易释放。
污泥好氧发酵处理后重金属总量并不会发生显著变化，但其生物有效性会在一定程度上降低，也可通过添加重金属钝化剂，促使重金属由活性较高的结合形态向活性较低的结合形态转化，从而减少后续土地利用时污泥所含重金属由土壤向植物的迁移量，降低污泥土地利用的环境污染风险。
好氧发酵产物中的可溶性盐是对作物产生毒害作用的重要因素之一，主要由有机酸盐类和无机盐等组成，采用电导率表征。
污泥中盐分含量较高，一般可达到普通土壤盐分的30~40倍；在好氧发酵高温阶段迅速降低；在降温过程中由于硝化细菌重新活化，电导率再次增加。
由于过多的盐度会阻碍种子发芽，好氧发酵产物利用时应注意电导率满足相关标准要求。
2 产物利用
污泥好氧发酵产物一般进行土地利用，作为维持和构建土壤腐殖质的来源，可以保持土壤的正常结构，增加砂土的保水性能，以及粘土的充氧及排水性能；同时提高土壤的营养保持能力，减少氮磷钾的流失，提供必要的植物微生物营养。
产物利用的主要途径包括农用、园林与公路绿化、林地、草坪、育苗基质和生态修复与植被恢复等。
具体选择哪种利用方式应与当地的产业结构、规划背景相结合，同时在工程建设前应明确。
污泥好氧发酵产物进行土地利用时，其泥质指标、施用范围、施用量和跟踪监测应符合现行国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB 4284、《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》GB/T 23486、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》GB/T 24600和住建部标准《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》CJ/T 362的有关规定，同时根据当地的土壤环境质量状况和作物特点，提出细化的施用和监测方案，避免产生环境或者人体健康风险。