完整版固体废物处理与处置

酸 28 菌%
CH4, CO2
4%
H2, CO2
耗氢产 甲烷菌
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论
① 水解酸化过程
指纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质分解菌等微生物作用将非
溶解性的含氮有机物（CaHbOcNd，如蛋白质等）和碳氢类有机物 （CaHbOc，如淀粉、纤维素等糖类物质和醇类等）转化为溶解性 的醇类 （Ca1Hb1Oc1）和各种有机酸（Ca2Hb2Oc2-）的生化反应过 程，水解反应需在胞外酶的作用下完成。
Ca
Hb
OcNd
+NH
4++H
++HCO
3
→CαHβOεNδ+ Ca1Hb1Oc1+NH4++CO 2+H2O
Ca
Hb
Oc+NH
4++H++HCO
-
3
→CαHβOεNδ+ Ca2Hb2Oc2-+NH4++CO 2+H2O
Ca1
H b1 O c1 +NH 4++HCO
3
→Cα H βO εNδ+
C
a2 H b2 O c2 -+CO
2+H2O
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论 ① 水酸化过程
纤维素
纤维素酶， H2O
纤维二糖
纤维二糖酶， H 2O
葡萄糖
半纤维素
半纤维酶 H2O
多聚糖类
多聚糖酶
单糖 +糖醛酸
H 2O
发酵
H2, CO 2, 乙酸,丁酸,甲酸和醇类等
蛋白质
蛋白酶 ( 内肽 酶)，H 2O
蛋白胨
蛋白酶 ( 内肽酶 ) ，
消化
有机酸、 乙醇、乙 醛
细胞合成
酶
甲烷 二氧化碳
消化
新细胞
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论（ 70年代初）
1、水解阶段 2、产酸阶段 3、产甲烷阶段
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论
复杂有机物
水解 产酸 菌
20 %
乙酸
乙酸产
甲烷菌
产氢产
同
醇类、羧基酸 （乙酸除外）
乙酸菌
52 %
76 %
24 %
型 72 产% 乙
一、厌氧消化的概念
厌氧消化 是指在厌氧微生物的作用下，有控制地 使废物中可生物降解的有机物转化为 CH4、CO2和 稳定物质的生物化学过程，又称为甲烷发酵（或 称厌氧发酵、沼气发酵）。
? 自然界中，厌氧发酵广泛存在，但发酵速度缓慢。
CxH yOz ? H 2 , CO2 ? CH 4
二、厌氧消化的原理
+ 4
+HCO
3
→CαHβOεNδ+ CH 3COO -+CO 2+H2O
C
a2
Hb2
O
c2-+NH 4+
+HCO
3
→CαHβOεNδ+ CH 3COO -+CO 2+H2O
产氢气的反应式为：
Ca1Hb1 Oc1+NH 4++HCO 3-+H2O →C αHβOεNδ+ CO 2+H2 Ca2Hb2 Oc2-+NH4++HCO 3-+H2O →C αHβOεNδ+ CO 2+H2
1．农村发酵原料 ?富N原料：通常是指人、畜和家禽粪便，也包括青草等 ?富C原料：秸杆和秕壳等农作物的残余物
2．城镇有机废物废水
包括人粪尿、生活污水、有机垃圾、有机工业废水、废渣和污泥等
3．水生植物
主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其它水草和藻类等。
三、厌氧消化的原料的分类与特性
二、按原料的形态分： 1．固体原料： 秸杆类、城市有机垃圾等都是固形物，其干
（一）两段理论（ 20世纪30年代）
堆肥有机 物(C 、N、 O、H、P、 S等)
细胞物质(微生物繁殖)
有机酸、醇类、 CO 2 、 H2S 、 NH3 、 能量
细胞物质
CO 2 、 CH 4 等，能量
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
第一阶段 普通厌氧菌
碳水化合物、 脂肪、蛋白 质
细胞合成
第二阶段 绝对厌氧菌
第四步甲烷化过程：将醋酸及H2、CO2转化为甲烷。
无论是三阶段理论，还是四阶段理论，实质上都是对两阶段 理论的补充和完善，较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代谢 菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动态平衡关系， 阐明了复杂有机物厌氧消化的微生物过程。
三、厌氧消化的原料的分类与特性
一、按原料来源分：
物质含量比较高。它们主要可用于干发酵、坑填发酵。
2．浆液态原料： 指人、畜和家禽粪便，它们一般随清洗水排入粪坑
，呈浆液态。鲜粪干物质含量多在 20%左右，与水混合后的浆液多在 10%上 下。它们可与固态原料混合，进行干发酵，同时也作为我国农村水压式沼气 池的主要原料。另外，污水污泥也属于这一类。
3．有机废水： 如酒精蒸馏废液、酵母厂废水、抗菌素厂废水、豆制品
→C αH βO εNδ +
CH
+ 4
HCO
3-+CO 2
当以甲醇为电子供体时，反应式为：
CH
3OH+HCO
3
+NH 4 ++H 2O
→CαHβOεNδ+ CH 4+ CO 2
二、厌氧消化的原理
（三） 四个阶段（ 1979，Zeikuslao等人）
第一步水解过程：高分子物质，通常是非溶解性物质，在酶的 作用下水解为溶解性的物质。
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理 第二节 固体废物的厌氧消化处理 第三节 固体废物的微生物浸出 第四节 固体废物的其他生物处理技术
第二节 固体废物的厌氧消化处理
一、厌氧消化的概念与发展 二、厌氧消化的原理 三、厌氧消化的影响因素 四、厌氧消化的工艺 五、厌氧消化装置 六、沼气及发酵残渣的综合利用 七、厌氧消化的优势与不足
H2O
多肽
肽酶(外肽 酶) ，H2O 氨基酸
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论
② 产氢产乙酸过程
产氢产乙酸过程是指醋酸分解菌和产氢菌利用水解酸化反应过
程产生的可溶性物质（醇类Ca1Hb1Oc1和有机酸Ca2Hb2Oc2-）作电子 供体最终产生乙酸或氢气的过程。
产乙酸的反应式为：
C
a1
Hb1
O
c1+NH
二、厌氧消化的原理
（二）三段理论
③ 产甲烷过程
产甲烷过程是甲烷菌利用乙酸、H2和CO2生成甲烷气体的 过程，标志着固相有机垃圾的彻底降解和清消。
当以H2为电子供体时，反应式为： H2+NH4++HCO3-+H2O →CαHβOεNδ+ CH4+H2O
当以乙酸为电子供体时，反应式为：
HCO
3
+NH4++H2O
第二步酸化过程：水解后的物质在兼性菌和大气作用下转变成 为短链的有机酸（如：丁酸、丙酸、醋酸等）、乙醇、H2、 CO2。在这些中间产物中，甲烷菌仅能将醋酸和H2、CO2转变 成为甲烷。
二、厌氧消化的原理
（三） 四个阶段（ Zeikuslao等人）
第三步醋酸化过程：将第二步过程产生的有机酸、乙醇转变成 为醋酸，在这一过程的醋酸菌与甲烷菌是共生的。