厌氧消化原理
固体废物的厌氧消化处理
环境学院：固体废物处理与处置
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4.2 高固体厌氧消化技术
高固体厌氧消化（High solid anaerobic digestion）： 固体含量大约在22%以上。 该技术相对较新，未大规模应用。 优点：反应器单位体种的需水量低，产气量高，消 化污泥的处理费用相对较低。
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3.1 厌氧条件
详见“三段理论”
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3.2 有机物组分与产气量
产气量的大小主要取决于物料的组分物性。
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3.3 有机物含量与去除率
在合适的温度和 有机物负荷的条 件下，有机物去 除率与废物的有 机物含量成正比。
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6、厌氧消化反应器
目前研究较多的厌氧消化反应器有三类：
一阶段系统消化反应器 两阶段系统消化反应器 序批式处理系统消化反应器
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6.1 一阶段系统消化反应器
反有的反应集中在一个消化反应器中完成。 可分为：
一阶段湿式（中固体）处理系统 一阶段干式（高固体）处理系统
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（2）一阶段干式系统
反应器中的固体废物含固率控制在20~40%内。
物料流动性差，要用特殊传送带、螺旋浆叶的强力 泵输送。这些传送设备对物料要求低，故原料的预 处理简单。 技术关键在于让进料和接种物充分混合。
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厌氧的基本原理及影响其效果的因素
厌氧生化法的基本原理及影响其效果的因素一、厌氧生化法的基本原理废水厌氧生物处理是在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。
厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
因而粗略地将厌氧消化过程分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，如下图所示：（1）水解酸化（2）产氢产乙酸（3）产甲烷第一阶段为水解酸化阶段。
复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。
这个阶段主要产生较高级脂肪酸。
含氮有机物分解产生的NH除了提供合成细胞物质的氮源外，在水中部分电离，形成NHHCO，具有缓冲消化液PH值的作用。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。
在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2 ，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2 。
第三阶段为产甲烷阶段。
产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2 和H2 等转化成甲烷。
虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡。
这种动态平衡一旦被PH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，贝y首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。
二、影响厌氧处理效果的因素水解产酸细菌和产氢产乙酸细菌，可统称为不产甲烷菌，它包括厌氧细菌和兼性细菌，尤以兼性细菌居多。
与产甲烷菌相比，不产甲烷菌对PH值、温度、厌氧条件等外界环境因素的变化具有较强的适应性，且其增殖速度快。
而产甲烷菌是一群非常特殊的、严格厌氧的细菌，它们对环境条件的要求比不产甲烷菌更严格，而且其繁殖的世代期更长。
因此，产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。
厌氧消化,厌氧酵解,厌氧发酵,有氧分解的关系
厌氧消化,厌氧酵解,厌氧发酵,有氧分解的关系1. 引言1.1 概述在今天的环境保护和可持续发展的背景下，对于有机废弃物的处理变得越来越重要。
厌氧消化、厌氧酵解、厌氧发酵和有氧分解是目前常用的有机废弃物处理方法。
这些方法在去除或转化有机废弃物方面都起到了关键作用。
本文将深入探讨这些方法之间的关系，特别是厌氧消化与厌氧酵解、厌氧发酵以及有氧分解之间的相互联系。
1.2 文章结构本文将按照以下章节结构对厌氧消化、厌氧酵解、厌氧发酵和有机分解进行详细分析：引言，厌氧消化与厌氧酵解的关系，厌氧发酵与厌氧消化的关系以及有氧分解与厌氧消化的关系。
最后，通过总结论点来回顾文章主要内容。
1.3 目的本文旨在阐明不同废弃物处理方法之间的联系，帮助读者更好地理解和选择适合自己需求的废弃物处理方式。
同时，本文也将介绍各种方法的原理和应用场景，以更好地指导实际操作并促进环境可持续发展。
*请注意，由于普通文本格式无法呈现标题层级结构，以上内容只是对"1. 引言"部分的描述，并非完整文章。
2. 厌氧消化与厌氧酵解的关系2.1 厌氧消化的定义与原理厌氧消化是一种微生物降解有机废弃物的过程，它在缺乏氧气的条件下进行。
在这个过程中，不同类型的细菌和古菌通过一系列复杂的反应将有机废弃物分解为小分子有机物、沼气和其他代谢产物。
厌氧消化的原理基于微生物共生作用。
在一个无氧环境中，存在着各种类型的微生物。
这些微生物以协同方式合作，相互促进并参与有机废弃物分解过程中所需的反应。
基本上，厌氧消化包括两个主要步骤：厌氧酵解和产甲烷菌的产甲烷发酵。
2.2 厌氧酵解的过程与作用厌氧酵解是厌氧消化过程中的第一步，也是最重要的步骤之一。
在这个过程中，带来废水或污泥中存在多种有机废弃物，在无氧条件下被微生物降解为低分子量有机物。
这些微生物主要是厌氧酵母菌和产有机酸的细菌，它们通过发酵作用将有机废弃物分解为短链脂肪酸、醇类和其他有机化合物。
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。
污泥厌氧消化概述
污泥厌氧消化概述一、基本原理污泥厌氧消化是指在无氧条件下依靠厌氧微生物将污泥中的有机物分解并稳定的一种生物处理方法，通过水解、产酸、产甲烷三个阶段达到有机物分解的目的，同时大部分致病菌和蛔虫卵被杀灭或作为有机物被分解。
一般厌氧消化分为中温和高温两种：中温厌氧消化，温度维持在35℃±2℃，固体停留时间应大于20d，有机容积负荷一般为 2.0～4.0kg/（m3·d），有机物分解率可达到35%～45%，产气率一般为0.75～1.10Nm3/kg VSS；高温厌氧消化，温度控制在55℃±2℃，适合嗜热产甲烷菌生长。
高温厌氧消化有机物分解速度快，可以有效杀灭各种致病菌和寄生虫卵。
二、消化过程污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，厌氧消化三阶段理论是当前较为公认的理论模式。
第一阶段，在水解与发酵细菌作用下，碳水化合物、蛋白质和脂肪等高分子物质水解与发酵成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢气等。
第二阶段，在产氢产乙酸细菌作用下，将第一阶段产物转化成氢气、二氧化碳和乙酸。
第三阶段，通过氢气营养性和乙酸营养性的甲烷菌的作用，将氢气和二氧化碳转化成甲烷，将乙酸脱酸产生甲烷。
在厌氧消化过程中、由乙酸形成的甲烷约占总量的 2/3，由二氧化碳还原形成的甲烷约占总量的 1/3。
三、影响因素（一）温度温度是影响厌氧消化的主要因素，温度适宜时，细菌发育正常，有机物分解完全，产气量高。
实际上，甲烷菌并没有特定的温度限制，然而在一定温度范围内被驯化以后，温度变化速率即使为每天1℃都可能严重影响甲烷消化作用，尤其是高温消化，对温度变化更为敏感。
因此，在厌氧消化操作运行过程中，应采取适当的保温措施。
大多数厌氧消化系统设计为中温消化系统，因为在此温度范围，有机物的产气速率比较快、产气量较大，而生成的浮渣较少，并且也比较容易实现污泥和浮渣的分离。
但也有少数系统设计在高温范围内操作，高温消化的优点包括：改善污泥脱水性能，增加病原微生物的杀灭率，增加浮渣的消化等。
固体废物的生物处理
有机物的厌氧发酵分解
细胞物质 CO2、CH4 等、能量
一、厌氧消化原理
两段理论（重点）
将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发 酵）两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和 产甲烷细菌。如下图所示
一、厌氧消化原理
二、好氧堆肥的工艺（重点）
1、前处理 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛分 等工序 ；以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主要任 务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂，以促 进发酵过程正常或快速进行。 降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添 加有机调理剂和膨胀剂。 2、主发酵（一次发酵） 将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段，称为主 发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高温 阶段，时间约4～12天。
评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数
化学方法 ⑤腐殖质：用NaOH提取的腐殖质(HS)可分为胡敏 酸/腐殖酸(HA)、富里酸(FA)及未腐殖化的组分 (NHF)。堆肥开始时一般含有较高的非腐殖质成分 及FA，较低的HA，随着堆肥过程的进行， FA保持 不变或稍有减少，而HA大量产生，成为腐殖质的主 要部分。 一些腐殖质参数相继被提出，如腐殖化指数(HI)： HI=HA/FA；腐殖化率(HR)：HR=HA/(FA+NHF) 。 当HI值达到3，HR达到1.35时堆肥已腐熟。
堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个 重要指标。碳氮比、通风量、温度和水分等是否处 于最佳条件均能使发酵周期受到直接影响。传统的 静态堆肥法，依靠自然通风和翻堆来实现好氧堆肥 的全过程，因此，发酵周期需时2~3个月，有时甚至 长达半年。而目前一些高效快速动态堆肥技术，可 使堆肥发酵周期控制在7d以内，有的一次发酵时间 仅需2~3d。
厌氧消化原理微生物浸出机理
4
1954年
3
1947年
➢ 高效
2
1922年
➢浸出ZnS
➢ 发现
Thiolacillus Ferrooniclans
➢ 发现
S
3 2
【概念】堆肥化 厌氧消化 浸出率 增容比
【方法原理】 堆肥原理； 厌氧消化原理； 微生物浸出机理。
本章重点
第五章：固体废物生物处理
蚯蚓床技术 废物生产单细胞蛋白等
1 好氧堆 肥处理
堆肥化（composting）: 在人 工控制的环境下,依靠自然界中 广泛分布的细菌、放线菌、真 菌等微生物人为地促进可生物 降解的有机物向稳定的腐殖质 转化的微生物学过程
消化快，物料在厌氧池内 的消化池结构简单、成
停留时间短，非常适用于 本低廉、施工容易、便
城市垃圾、粪便和有机污 于推广，但受季节影响
泥的处理
明显
➢培养高温消化菌、维持高 ➢消化周期须视季节和地 温、投料和排料、搅拌消 区的不同加以控制 化物料
高温消化工艺
自然温度消化工艺
第二节：厌氧消化处理
厌 氧 消 化 工 艺
能保持稳定的有机物 消化速率和产气率，
以维持比较稳定的产气 率。
但该工艺要求较低的 ➢ 农村较适用
原料固形物浓度
第二节：厌氧消化处理
连续消化工艺
贮气柜
用户
有机固 体废物
备料池
厌氧消化反应池
回流搅拌
回流备料
厌氧消 化工艺
半连续消化工艺
沉淀池
肥料
定期或不定期出料
备料
拌料接种
入池堆沤
加水封池
消化产气
大换料
污水处理工艺流程细说调节池好氧处理和厌氧消化
污水处理工艺流程细说调节池好氧处理和厌氧消化污水处理是保护环境和人类健康的重要工作，而污水处理工艺流程中的调节池好氧处理和厌氧消化是关键环节。
本文将详细介绍这两个工艺的流程和原理。
一、调节池好氧处理调节池好氧处理是污水处理过程中的一个重要阶段。
它能够有效去除污水中的有机物和氮、磷等营养物质，提高水质净化效果。
好氧处理过程中，污水首先进入调节池，经过预处理后，进入好氧区域。
在好氧区域中，通过增氧设备或自然曝气方式，向污水中注入足够的氧气，促进细菌的生长和繁殖。
细菌会利用有机物和营养物质作为能源，进行代谢和生化反应，将有机物降解为二氧化碳和水，同时将氮、磷等转化为无机形态。
好氧处理过程中，pH值的调控也是至关重要的，一般维持在6.5-8.5的范围内，以利于细菌的生长和反应。
经过好氧处理后的污水质量得到了明显的提升，有机物和营养物质的含量显著降低，有利于后续工艺的进行。
二、厌氧消化在好氧处理后，污水经过初步的净化，但仍然含有可生化的有机物质，需要进一步处理。
厌氧消化是将这些有机物质通过厌氧条件下的微生物转化为沼气的过程。
厌氧消化过程中，污水进入消化池，通过控制温度、搅拌等条件，营造适宜的环境。
在消化池中，厌氧菌会利用有机物质进行发酵作用，产生沼气和消化渣。
沼气主要由甲烷和二氧化碳组成，可以用作能源；消化渣则是经过厌氧消化后剩余的固体废物，可以用于土壤改良。
厌氧消化不仅能够有效处理污水中的有机物质，减少其对环境的影响，还能够利用沼气作为可再生能源，实现资源的循环利用。
综上所述，调节池好氧处理和厌氧消化是污水处理工艺中的重要环节。
通过好氧处理可以去除有机物和营养物质，提高水质净化效果；而厌氧消化则能够进一步处理有机物质，并将其转化为沼气，实现资源的回收利用。
这两个工艺的应用能够有效改善水质，减少环境污染，对于可持续发展具有重要意义。
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有机固体废弃物厌氧处置过程 中产生的沼气可作为绿色燃料， 故对该处理过程中产生沼气的 合理高效利用在实现新能源开 发利用的同时，在很大程度上 将减少温室气体的排放。 生物沼气在欧盟国家便实现了 产业化和商品化，如2009年 德国沼气发电产能达 15,97MW，超过水电仅次于 风电 。
The invention of the septic tank is attributed to a French man named Jean-Louis Mouras who is believed to have built the first septic tank in Vesoul in 1860 everyday use of the septic tank in France dates back to 1881.
一、厌氧消化原理
厌氧消化 是有机物在无氧条件下被微生物分解、转化成甲烷和二氧化碳等，
并合成自身细胞物质的生物学过程。
厌氧消化中生物反应具有多步骤性，而且有许多种微生物参与。厌氧消化实际上是一 个具有不同功能的不同种微生物,在厌氧消化这样一个生态环境中共同生存、相互依赖、 相互制约的生态平衡系统。 产生挥发性脂肪酸的微生物
• Production and use of biogas in Europe: a survey of current status and perspectives (June 2014) Copyright Wuhan University 2015
What is a Septic Tank?
厌氧微生物的生长速度慢，常规方 法的处理效率低，设备体积大；
厌氧过程会产生H2S 等恶臭气体。
Copyright Wuhan University 2015
6.
本章内容 学习内容：主要介绍厌氧发酵的作用机理、基本反应过程和有 机废物生物降解的处理方法。
厌氧消化技术原理 技术关键－影响因素 工艺与反应器
Copyright Wuhan University 2015
三阶段理论
有机物 碳水化合物、蛋白质、脂肪等
氨基酸、糖类
Step1:水解发酵
有机酸
乙酸
Step2:产氢产乙酸
Step3:甲烷化 甲烷、二氧化碳等
氢气
Copyright Wuhan University 2015
M. P. Bryant. Microbial Methane Production--Theoretical Aspects. J ANIM SCI. January 1979 vol. 48 no. 1: 193-201.
厌氧消化技术特点
1.
可以将潜在于废弃有机物中的低品 位生物能转化为可以直接利用的高 品位沼气； 与好氧处理相比，厌氧消化不需要 通风动力，设施简单，运行成本低， 属于节能型处理方法；
适于处理高浓度有机废水和废物； 经厌氧消化后的废物基本得到稳定， 可以用作农肥、饲料或堆肥化原料；
2.
3. 4.
5.
•
• •
A Septic Tank is a living thing. The bacteria present in the tank feed on the waste, transforming it into gas, carbon dioxide and water. This is called the pre-treatment. The second stage is to treat the waste coming out of the septic tank which contains a large number of germs and pathogens. This is achieved by using a filtration system. This system will be chosen after a soil test has been done. This is called 'the treatment'. Copyright Wuhan University 2015
消耗挥发性脂肪酸产生甲烷的微生物
Acidogens: (1) Short and long rod-shaped bacteria, Methanogens: (1) Methanosarcina sp.; (2) (2) diplococcus in chains (probably Streptococcus- filamentous microorganisms morphologically similar like bacteria) and (3) filamentous bacilli. to Methanospirillum sp.; (3) comma-shaped microorganisms resembling Desulphovibrio sp.
学习要求：掌握有机废物厌消化的三阶段理论，了解沼气发
酵产气量的计算方法，理解外部因素对厌氧消化过程的作用机理， 熟悉一般厌氧消化器工艺与设备。
Copyright Wuhan University 2015
第二节 厌氧消化原理及其影响因素
Copyright Wuhan University 2015
固体废物处理与资源化
Treatment and Disposal of Solid Waste
环境工程专业必修课程
第8章
有机废物厌氧消化处理技术
Copyright Wuhan University 2015
第一节 概述
Copyright Wuhan University 2015
8.1 概述
厌氧消化（anaerobic digestion）：
Copyright Wuhan University 2015