现代固体废物处理处置技术-6制取沼气

6.1概述：厌氧生物处理过程，也称为厌氧消化，是指在厌氧条件下，通过活性污泥中各种微生物的共同作用，分解有机物并产生CH4和CO2的过程。人们对有机物厌氧消化的认识正在加深：两段说三段说四组说，一、厌氧消化的机理，一、两段说，1930年Buswell和Neave肯定了Thumm和Reichie(1914)和Imhoff(1916)，并将有机物厌氧消化过程分为两个阶段：酸发酵和碱发酵。两阶段厌氧消化过程，有机物厌氧消化过程中的酸碱度变化，两阶段和三阶段理论。1979年，Boulian等人提出了厌氧消化的三阶段理论。根据三阶段理论，厌氧消化过程按以下步骤进行：三阶段厌氧消化过程，第一阶段，水解发酵阶段，复杂有机物在微生物作用下水解发酵。例如，多糖被水解成单糖，然后进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等。通过糖酵解。蛋白质首先被水解成氨基酸，然后通过脱氨，产生脂肪酸和氨。在第二阶段，产氢和产乙酸阶段，一种特殊类型的细菌，称为产氢和产乙酸细菌，将脂肪酸如丙酸、丁酸和乙醇转化为乙酸、H2和CO2。在第三阶段，即产甲烷阶段，产甲烷细菌使用乙酸、H2和CO2来生产CH4。研究表明，厌氧生物处理中约70%的CH4是由乙酸分解产生的，其余的是由H2和CO2合成产生的。三阶段理论是对厌氧生物处理过程更全面、更准确的描述。几乎与布莱恩特在第一次国际厌氧消化会议上提出三阶段理论的同时，泽库斯(1979)提出了四种群理论。根据四种群理论，复杂有机物的厌氧消化过程涉及四个厌氧微生物种群，即水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌(也称耗氢产乙酸菌)和产甲烷菌。四种群表示有机物厌氧降解图，总结，6.2甲烷发酵工艺条件，因为产甲烷菌比非产甲烷菌(包括发酵菌和产氢醋酸菌)对环境因素更敏感，产甲烷反应往往是厌氧消化的控制阶段。厌氧环境(溶解氧和氧化还原电位)绝对厌氧环境是产甲烷菌正常活动的基本条件。氧化还原电位可以用来表示厌氧反应器中的氧浓度。非产甲烷菌能在氧化还原电位为100-100毫伏的环境下进行正常的生理活动。产甲烷菌的最佳氧化还原电位为-150-400毫伏。在培养的初始阶段，氧化还原电位不能高于-320毫伏。2.沼气发酵原料，有机固体物质(微生物的食物)总固体TS=灰分(无机)挥发性成分VS(有机)。3.温度是影响微生物特别是厌氧微生物生命活动的最重要因素之一。可以看出，厌氧消化速率随温度的变化较为复杂，厌氧消化过程存在两个不同的最佳稳定范围：一个在55左右，另一个在35左右。厌氧微生物分为嗜热菌(嗜热菌)和嗜冷菌(嗜温菌)。相应的厌氧消化称为嗜热消化(约55)和中温消化(约35)。高温消化的反应速率是中温消化的1.5 1.9倍，产气率也很高。然而，甲烷在气体中的百分比低于中温消化。在处理含有致病菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可以达到理想的卫生效果，脱水污泥具有更好的脱水性能。当然，在工程实践中，也应该考虑经济因素，利用水解细菌和产酸细菌不能耐受低酸碱度的环境。厌氧发酵系统中的酸碱度不仅受进水酸碱度的影响，还取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡。影响酸碱平衡的主要参数：挥发性脂肪酸、碱度和CO2含量。然而，产甲烷菌会产生HCO 3-，这将提高系统的酸碱度。系统中没有足够的HCO 3-，这将积累挥发性酸并导致系统缓冲效应的破坏，即所谓的“酸化”。食物/微生物比类似于好氧生物处理，厌氧生物处理中的食物/微生物比对其过程有很大影响。实际上，它通常表示为有机负荷，单位为千克/(千克天)。有机负荷、处理程度和产气之间有着密切的关系和平衡。通常，较高的有机负荷可以获得较大的气体产量，但是处理的程度将会降低。此外，由于在厌氧消化过程中，产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段的反应速率，因此必须仔细选择有机负荷，以平衡挥发性酸的产生和消耗，从而不形成挥发性酸的积累。有机负荷的绝对值不应太高，以维持系统的平衡。随着反应器中生物质(厌氧污泥)浓度的增加，可以获得更高的体积负荷，同时保持相对较低的污泥负荷。这样，在满足一定程度的处理的同时，可以缩短消化时间并减少反应体积。总的来说，(厌氧)处理可以采用比(好氧)处理高得多的有机负荷。一般来说，化学需氧量浓度可达5 10公斤/(立方米日)，有些甚至可达50公斤/(立方米日)。6.营养厌氧微生物对碳、氮等营养物质的需求略低于好氧微生物。然而，大多数厌氧菌不具备合成某些必需维生素或氨基酸的功能。为了保证细菌的增殖和活性，还需要补充一些特殊的营养，如钾、钠、钙和其他金属盐是形成细胞或非细胞金属络合物所必需的，而镍、铝、钴、钼和其他微量金属，可以提高几种酶系统的活性，增加产气。(工业废物和废水)，7。有毒物质有毒物质会不同程度地抑制厌氧微生物，影响甚至破坏厌氧消化过程。最常见的抑制物质是硫化物、氨氮、重金属、氰化物和一些合成有机物质。例如，铜。硫酸盐和其他硫氧化物在厌氧消化过程中很容易被还原成硫化物。可溶性硫化物和H2S气体在达到一定浓度时会抑制甲烷的生成过程。如何降低硫化物的抑制作用？氨是厌氧消化的缓冲剂，但高浓度的氨对厌氧消化有害。有人认为50 200 mg/L的氨氮浓度是可以控制的，但通过驯化产甲烷菌，可以增强厌氧过程对氨氮的适应性。重金属常常使厌氧消化过程无效，这表现为气体产生的减少和挥发性酸的积累。原因是细菌的代谢酶被破坏和失活，这是非竞争性抑制。不同的重金属离子及其不同的存在形式具有不同的抑制作用。据报道，277毫克/升硫酸镍不会引起消化过程的变化，而30毫克/升硝酸镍可减少80%的气体产量。重金属的浓度也会显著影响其抑制效果。当氯化镍浓度为500毫克/升时，其对沼气生产的影响可以忽略不计，而当浓度为1000毫克/升时，产气将大大减少。氰化物对厌氧消化的抑制作用取决于其浓度和接触时