厌氧发酵原理
厌氧发酵过程三阶段理论
厌氧发酵过程三阶段理论：一、有机物水解和发酵细菌作用下,使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等二、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH三、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为CH4，对CH3脱羧产生CH4。
厌氧消化原理:有机物厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段。
而对于不溶性有机物(有机垃圾），一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解阶段"，水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌；在水解酶作用下，转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。
产酸阶段起作用细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳；产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H2、CO2和乙酸是主要基质。
名词：VFA: Volatile acid 挥发酸COD: Chemical oxygen demand 化学需氧量BOD: Biochemical oxygen demand 生物需氧量TOD： Total oxygen demand 总需氧量TOC: Table of content 总有机碳TS: Total solid 总固体SS： Suspend solid 悬浮固体VS: Volatile solid 挥发固体HRT：水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量SRT：污泥停留时间：单位生物量在处理系统中的平均停留时间SVT: 污泥体积系数：单位体积水样在静置30min后,污泥体积数MRT: 微生物滞留时间PFR：塞流式反应器（Plug flow reactor）高浓度悬浮固体发酵原料一段进入，从另一段排除.USR：生流式固体反应器（Upflow solid reactor）原料从底部进入消化器, 上清从消化器上部溢出UASB:生流式厌氧污泥床（Upflow anaerobic sludge bed）自下而上流动污水通过膨胀的颗粒状污泥床消化分解，消化器分为污泥床、污泥层和三相分离器。
厌氧发酵原理
厌氧发酵是一种在缺氧环境下进行的生化反应，通过微生物在缺氧条件下代 谢有机物质产生能量和废物。
厌氧发酵的定义
厌氧发酵是指在缺氧的条件下，微生物在有机物质分解过程中产生能量和废物。
厌氧发酵反应过程
1
底物分解
有机物质通过分解产生底物。
2
能量产生
底物在缺氧条件下被微生物代谢产生能量，并生成废物。
废物处理
厌氧发酵可以降解废物，减 少对环境的污染。
灵活性
厌氧发酵适用于不同类型的 有机废料，具有很高的灵活 性。
厌氧发酵的限制因素
1 缺氧环境
厌氧发酵需要在没有氧气的环境中进行。
2 特定温度要求
不同的厌氧发酵过程需要适当的温度条件。
3 微生物种类限制
不同类型的厌氧发酵需要不同种类的微生物参与。
厌氧发酵的关键要素
厌氧发酵在生物科技领域具有 广阔的应用前景。
Hale Waihona Puke 底物有机物质作为底物供给厌氧 发酵反应。
微生物
特定种类的微生物扮演着厌 氧发酵过程中的关键角色。
环境条件
提供适宜的温度、pH和氧气 等条件来维持厌氧发酵反应。
厌氧发酵的意义和前景
绿色能源
厌氧发酵可以作为替代化石燃 料的绿色能源选择。
废物管理
厌氧发酵可以帮助实现废物的 高效处理和资源回收利用。
生物科技
3
废物生成
废物可能是气体、酸、醇或其他有机化合物。
厌氧发酵的应用领域
1 生物燃气产生
厌氧发酵被用于生物燃气产生来替代化石燃料。
2 污水处理
厌氧发酵在污水处理中用于去除有机物质和产生沼气。
3 食品加工
厌氧发酵被用于食品加工来产生酸乳酸和醋酸等物质。
厌氧发酵原理及其工艺
1.4 实验研究目的，技术路线我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。
由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。
对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。
根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。
为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面:（1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。
（2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。
（3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。
1.5 论文章节安排本论文共包括六章内容。
第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。
第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。
第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。
第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。
第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
厌氧发酵的工艺及原理
厌氧发酵的工艺及原理
厌氧发酵是一种在缺氧条件下进行的生物化学反应过程，其主要目的是产生能量和产物。
这种发酵过程中，微生物通过无氧呼吸来分解有机废料、废水或有机物质，产生有机酸、气体和其他有用的产品。
厌氧发酵的工艺可以概括为以下几个步骤：
1. 原料准备：将有机废料、废水或有机物质进行预处理，包括切碎、分解和调节酸碱度等。
2. 厌氧反应器：将处理后的原料转移到厌氧反应器中，通常为密封的容器。
反应器内部缺氧，提供了微生物进行无氧呼吸的环境。
3. 微生物代谢：在厌氧条件下，微生物开始进行代谢作用。
微生物通过分解有机物质产生能量，并将其转化为有机酸、气体和其他产物。
4. 产品收集与处理：根据需要，收集和处理产生的有机酸、气体和其他有用的产品。
这些产品可以进一步被用于能源生产、肥料制备等。
厌氧发酵的原理主要涉及到微生物的代谢过程。
在缺氧环境中，微生物无法通过氧气进行有氧呼吸，因此它们采用一系列的无氧代谢途径来产生能量。
最常见的无氧代谢方式是乳酸发酵、酒精发酵和甲烷发酵。
乳酸发酵是一种产生乳酸的过程，微生物将有机物质转化为乳酸以产生能量。
酒精发酵则是将有机物质转化为酒精和二氧化碳。
甲烷发酵是将有机物质转化为甲烷和二氧化碳。
在厌氧发酵过程中，微生物通过与有机物质发生代谢反应来获取所需的能量源。
这些代谢反应产生的有机酸和气体也可以被收集和利用。
总的来说，厌氧发酵工艺和原理的关键在于提供无氧环境，利用微生物的无氧代谢途径将有机物质转化为有用产品，并最大限度地利用能量资源。
厌氧发酵的原理
厌氧发酵的原理
厌氧发酵是一种在缺氧条件下进行的生物过程，其原理是微生物在缺氧环境下，利用有机物质进行能量代谢和产生有用化合物的过程。
厌氧发酵可以在无氧或低氧条件下进行，其中微生物利用有机物质作为底物，通过代谢途径将其转化为所需的产物。
厌氧发酵的原理涉及以下主要过程：
1. 无氧条件：厌氧发酵是在缺氧环境下进行的，即没有游离氧气存在。
这是与其他类型的发酵过程（如乳酸发酵和酒精发酵）的主要区别之一。
2. 底物降解：在厌氧发酵中，微生物利用有机物质作为底物进行降解。
底物可以是多种有机物质，如葡萄糖、乳酸、酒精等。
微生物通过代谢途径将底物转化为能量和产物。
3. 能量产生：微生物通过底物降解产生能量。
在没有氧气的情况下，微生物采用其他能量产生途径，如乳酸发酵产生酸和少量ATP，或者通过产生氢气、甲烷等气体来释放能量。
4. 产物生成：厌氧发酵产生的产物取决于微生物的种类和底物的类型。
常见的产物包括乳酸、酒精、氮气、二氧化碳、甲烷等。
这些产物在农业、食品工业、能源等领域具有重要的应用价值。
总的来说，厌氧发酵是一种在无氧或低氧条件下微生物利用有
机底物进行代谢和能量转化的过程。
通过这种发酵过程，可以产生有用的产物，并且在一些特殊的环境条件下具有重要的应用价值。
厌氧发酵原理 ppt课件
厌氧发酵原理
（3）pH值及酸碱度 由于发酵系统中的CO2分压很高 （20.3~40.5kPa），发酵液的实际pH值比在大气 条件下的实测值为低。一般认为，实测值应在 7.2~7.4之间为好。
（4）毒物 凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质， 都可称为毒物。
厌氧发酵原理
（二）控制条件 （1）生物量
厌氧发酵原理
生化阶段 物态变化
生化过程
菌群
有机物厌氧消化过程
Ⅰ 液化（水解）
大分子不溶态 有机物转化为 小分子溶解态
有机物
Ⅱ
酸化（1）
酸化（2）
小分子溶解态 有机物转化为 （H2+CO2）及 A、B两类产物
B类产物转化为 （H2+CO2）及
乙酸等
Ⅲ 气化
CH4、CO2等
发酵细菌
产氢产乙酸细菌 甲烷细菌
厌氧发酵原理
概述 原理 主要构筑物及工艺
厌氧发酵原理
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌 氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程， 称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、 城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。
厌氧发酵原理
厌氧生物处理的方法和基本功能有二： （1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物
厌氧发酵原理
当有机负荷率适中时，产酸细菌代谢产物中的有 机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸收利用，并转化为 沼气，溶液中残存的有机酸量一般为每升数百毫克。 此时消化液中pH值维持在7~7.5之间，溶液呈弱碱性。 这种在弱碱性条件下进行的厌氧消化过程称之为弱碱 性发酵状态，它是一种高效而又稳定的发酵状态，最 佳负荷率应达此状态。
厌氧发酵的原理
厌氧发酵的原理
首先，厌氧发酵需要有机物作为底物。
在缺氧条件下，生物体无法利用氧气来氧化有机物，因此需要利用其他氧化剂来进行有机物的氧化反应。
常见的有机物包括葡萄糖、乳酸、乙醇等。
这些有机物可以在厌氧条件下被微生物或其他生物体利用，产生能量。
其次，厌氧发酵需要存在适当的微生物或生物体。
厌氧发酵通常是由厌氧微生物完成的，这些微生物可以在缺氧条件下生存并进行代谢活动。
常见的厌氧微生物包括厌氧菌、厌氧古菌等。
它们可以利用有机物进行代谢，产生ATP等能量物质。
另外，厌氧发酵需要适当的环境条件。
缺氧条件是厌氧发酵的基本要求，因此需要在没有氧气的环境中进行。
此外，厌氧发酵的环境pH值、温度等因素也会影响其进行。
最后，厌氧发酵产生的产物通常包括乳酸、乙醇、甲烷等。
这些产物可以在工业生产、食品加工、能源生产等方面得到应用。
因此，厌氧发酵具有重要的应用价值。
总的来说，厌氧发酵是一种在缺氧条件下进行的发酵过程，它
需要有机物作为底物，适当的微生物和环境条件，产生的产物具有重要的应用价值。
厌氧发酵的原理对于理解生物体内能量代谢过程具有重要意义，也为工业生产和生物能源开发提供了重要的理论基础。
厌氧发酵原理PPT课件
其他影响因素
有毒物质
有毒物质如重金属、硫化物、氨氮等 对厌氧微生物的生长和代谢具有抑制 作用，需要控制有毒物质的浓度在适 宜范围内。
氧化还原电位
氧化还原电位是影响厌氧发酵的重要 因素之一，它关系到厌氧微生物的电 子传递和能量代谢。适宜的氧化还原 电位范围一般在-100~-300mV之间。
有机负荷 = （进入反应器的有机物质量 / 反应器中污泥质 量）×（反应器体积 / 反应器内污泥体积）
低有机负荷
低有机负荷条件下，厌氧微生物的生长和代谢速率较低，发酵 产气效率较低。此时需要延长发酵时间或增加反应器体积来提
高产气效率。
高有机负荷
高有机负荷条件下，厌氧微生物的生长和代谢速率较快，发酵 产气效率较高。但是高有机负荷条件下容易产生泡沫和浮渣等
06
厌氧发酵的未来发展与挑战
厌氧发酵技术的发展趋势
高效厌氧反应器
随着技术的进步，高效厌氧反应器的设计和应用将更加广泛，以提高厌氧发酵的效率和 稳定性。
新型厌氧微生物的发现与应用
随着微生物学研究的深入，更多新型厌氧微生物将被发现并应用于厌氧发酵领域，以拓 展厌氧发酵的应用范围。
生物信息学技术的应用
厌氧发酵的应用领域
能源生产
厌氧发酵是生物能源生产的重要 方式，如生物燃气、生物燃料等。
废物处理
厌氧发酵可用于处理城市固体废物、 农业废弃物等，实现废物资源化利 用。
有机废水处理
厌氧发酵也可用于有机废水处理， 降低污染负荷，同时产生能源。
厌氧发酵的优缺点
优点
厌氧发酵能够将有机废弃物转化 为有价值的能源和资源，减少环 境污染，同时为可再生能源生产 提供途径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
a
10
厌氧生物处理——原理
（2）温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之 一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有 机物的分解速率有关。
工程上： 中温消化温度为30~38℃（以33~35℃为多）； 高温消化温度为50~55℃。
厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于±2℃。 温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。
a
11
厌氧生物处理——原理
（3）pH值及酸碱度 由于发酵系统中的CO2分压很高 （20.3~40.5kPa），发酵液的实际pH值比在大气 条件下的实测值为低。一般认为，实测值应在 7.2~7.4之间为好。
（4）毒物 凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质， 都可称为毒物。
a
12
厌氧生物处理——原理
（1）氧化还原电位（ORP或Eh）
厌氧环境厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的 条件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反 映。
一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧 化还原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除 氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某 些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42以及酸性废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还 原电位升高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害 厌氧消化过程的进行。
（二）控制条件 （1）生物量
各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介于 10~30gVSS/L之间。
为了保持反应器生物量不致因流失而减少，可采 用多种措施，如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低 水流速度和回流污泥量等。
a
13
厌氧生物处理——原理
（2）负荷率 负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数。 负荷率有三种表示方法：容积负荷率、污泥负荷率、 投配率。
发 蛋白质 酵
菌 多糖
脂类
发 氨基酸 酵
菌 C 6H 12O 6
甘油
脂肪酸
I 甲酸 类 甲醇 产 甲胺 物 乙酸等
II 丙 酸
产氢 产乙
类 丁酸 酸菌
产 乳酸
物 乙醇等
C O 2 、［ H ］ 和乙酸
甲 烷
通过不同
菌 途径转化
为 CH4、 CO2 等
水解阶段
酸化阶段
气化阶段
酸化 I
酸 化 II
不 完 全 厌 氧 消 化 (酸 发 酵 )
a
16
厌氧生物处理——原理
当有机负荷率适中时，产酸细菌代谢产物中的有 机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸收利用，并转化为 沼气，溶液中残存的有机酸量一般为每升数百毫克。 此时消化液中pH值维持在7~7.5之间，溶液呈弱碱性。 这种在弱碱性条件下进行的厌氧消化过程称之为弱碱 性发酵状态，它是一种高效而又稳定的发酵状态，最 佳负荷率应达此状态。
a
5
厌氧生物处理——原理
一、厌氧消化的生化阶段 复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的
细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物 性变化，可分三个阶段（如表所示）。
a
6
厌氧生物处理——原理
生化阶段 物态变化
生化过程
菌群
有机物厌氧消化过程
Ⅰ 液化（水解）
大分子不溶态 有机物转化为 小分子溶解态
反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量， 称为容积负荷率，单位为kg/m3·d或g/L·d。有机物 量可用COD、BOD、SS和VSS表示。
反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物 量，称为污泥负荷率，单位为kg/kg·d或g/g·d。
每天向单位有效容积投加的新料的体积，称为投配率， 单位为m3/m3·d。投配率的倒数为平均停留时间或消 化时间，单位为d。投配率有时也用百分数表示，例如， 0.07m3/m3·d的投配率也可表示为7%。
a
14
厌氧生物处理——原理
厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢？
一个重要的原则是：在两个转化（酸化和气化）速 率保持稳定平衡的条件下，求得最大的处理目标 （最大处理量或最大产气量）。
一般而言，厌氧消化微生物进行酸化转化的能力强， 速率快，对环境条件的适应能力也强；而进行气化 转化的能力相对较弱，速率也较慢，对环境的适应 能力也较脆弱。这种前强后弱的特征使两个转化速 率保持稳定平衡颇为困难，因而形成了三种发酵状 态。
a
15
厌氧生物处理——原理
当有机物负荷率很高时，由于供给产酸菌的食物 相当充分，致使作为其代谢产物的有机物酸产量很大， 超过了甲烷细菌的吸收利用能力，导致有机酸在消化液 中的积累和pH值（以下均指大气压条件下的实测值） 下降，其结果是使消化液显酸性（pH<7）。这种在酸 性条件下进行的厌氧消化过程称为酸性发酵状态，它是 一种低效而又不稳定的发酵状态，应尽量避免。
有机物
Ⅱ
酸化（1）
酸化（2）
小分子溶解态 有机物转化为 （A、H2B+两CO类2产）物及
B类产物转化为 （H2+CO2）及
乙酸等
Ⅲ 气化
CH4、CO2等
发酵细菌
产氢产乙酸细菌 甲烷细菌
发酵工艺
甲烷发酵 酸发酵
——
a
7
厌氧生物处理——原理
二、发酵的控制条件 （以下重点讨论甲烷发酵的控制条件。） （一）营养与环境条件
a
9
厌氧生物处理——原理
高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~-600mV； 中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原
电位应低于-300~-380mV。 产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在
+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖； 甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。
厌氧生物处理——概述
厌氧生物处理的方法和基本功能有二： （1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物
降解的基质； （2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃
料。
a
4
厌氧生物处理——概述
完全的厌氧生物处理工艺因兼有降解有机物和 生产气体燃料的双重功能，因而得到了广泛的 发展和应用。
厌氧生物处理
概述 原理 主要构筑物及工艺
a
1
厌氧生物处理——概述
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌 氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程， 称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、 城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。
a
2
废水或污泥 中不溶态大 分子有机物
废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑 制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解 性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗 热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥 易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于 1000mg/L。 COD∶N∶P=200∶5∶1
a
8
厌氧生物处理——原理