厌氧发酵过程三阶段理论
是列举餐厨垃圾厌氧发酵处理的工艺流程
The anaerobic fermentation treatment process of kitchen wasteprises of three main stages: pretreatment, fermentation, and post-treatment. During the pretreatment phase, the kitchen waste undergoes initial sorting to eliminate non-biodegradable materials such as plastics, glass, and metals. Subsequently, the waste is subjected to shredding in order to reduce its size and increase the surface area available for microbial action. Following the pretreatment stage, the waste is then advanced to the fermentation stage for further processing.厨房废品的厌氧发酵处理过程主要分为三个阶段：预处理、发酵和后处理。
在预处理阶段，厨房废物经过初步分类，以消除塑料、玻璃和金属等不可生物降解的材料。
随后，废物被切碎，以减少其体积，增加可用于微生物作用的表面面积。
在预处理阶段之后，废物将推进到发酵阶段进行进一步处理。
So, when we're fermenting kitchen waste, we basically put it in a sealed container or digester where there's no oxygen. This creates the perfect environment for tiny microorganisms that don't need oxygen to survive. They do their thing and break down the waste, making biogas as a byproduct. This whole process takes a few weeks, and we gotta keep an eye on the temperature, moisture, and pH levels to make sure themicroorganisms are happy and making plenty of biogas.当我们发酵厨房的废物，我们基本上把它放在一个密封的容器或消化器在那里没有氧气。
简述沼气发酵三阶段及相互关系。
简述沼气发酵三阶段及相互关系。
一阶段是含碳有机聚合物的水解。
纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，，以及氢气和二氧化碳；第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氢气和二氧化碳；第三阶段是产甲烷菌转化甲烷底物生成CH4和CO2。
另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程；从有机物质厌氧发酵到形成甲烷，是非常复杂的过程，不是一种细菌所能完成的，是由很多细菌参与联合作用的结果。
（1）联合作用从有机物到甲烷形成，是由很多细菌联合作用的结果。
甲烷细菌在合成的最后阶段起作用。
它利用伴生菌所提供的代谢产物H2、CO2等合成甲烷。
整个过程可分以下几个阶段：以上几个阶段不是截然分开的，没有明显的界限，也不是孤立进行的，而是密切联系在一起互相交叉进行的。
（2）种间H2的转移作用在沼气发酵过程中，产酸菌、伴生菌发酵有机物产H2，H2又被甲烷细菌用于还原CO2合成CH4。
伴生菌和甲烷细菌在发酵过程中形成了共生关系，S-菌系分解乙醇产H2，H2对它继续分解乙醇有阻抑作用，而MOH-菌系可利用H2，这样又为S-菌系清除了阻抑，两者在一起生活互惠互利，单独存在都生活不了。
（3）由乙酸产生甲烷乙酸是有机物在厌氧发酵过程中主要中间代谢产物，也是形成甲烷的重要中间产物。
McCarty实验证明，有机物发酵分解产生乙酸形成甲烷，约占甲烷总生成量的72%，由其他产物形成甲烷约占28%。
由乙酸形成甲烷过程也是很复杂的，用14C示踪原子试验表明，由乙酸形成甲烷有两种途径：①由乙酸的甲基形成甲烷。
②由乙酸转化为CO2和H2形成甲烷。
沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程，包括各种不同类型微生物所完成的各种代谢途径。
这些微生物及其所进行的代谢都不是在孤立的环境中单独进行，而是在一个混杂的环境中相互影响。
它们之间的互相作用包括有不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的作用；不产甲烷细菌之间的作用和甲烷细菌之间的作用。
厌氧发酵过程三阶段理论
厌氧发酵过程三阶段理论
厌氧发酵是一种生物过程，通过此过程，有机物质在缺氧条件下被微
生物分解产生能量。
厌氧发酵过程可以分为三个阶段：产酸阶段、产气阶
段和产醇阶段。
1.产酸阶段：
在厌氧条件下，有机物质被厌氧微生物分解为有机酸。
这个阶段是厌
氧发酵的初始阶段，通过此阶段微生物会消耗一部分有机物质以产生能量
和细胞増殖所需的物质。
产酸阶段的典型反应是葡萄糖的发酵。
葡萄糖经过糖酵解成为丙酮酸
和乳酸。
利用丙酮酸、乳酸还可生产丙酮、乙醛等有机物。
产酸阶段微生物主要是厌氧菌和梭菌。
2.产气阶段：
产气阶段是厌氧发酵的主要阶段，此阶段产生了大量的气体，如氢气、二氧化碳、甲烷等。
这些气体是由微生物通过分解有机物质产生的。
产气阶段有多种类型，比如醋酸型、丙酸型、丙酮酸型等。
每种类型
的厌氧氨菌所生成的气体种类和数量各不相同。
3.产醇阶段：
产醇阶段是厌氧发酵的最终阶段，此阶段中微生物通过产生醇类物质
来释放能量。
这个阶段的产物可以是一种或多种醇类，如乙醇、丁醇、异
丁醇等。
在产醇阶段，微生物进行了更深层次的有机物质分解，产生了更多的能量和有机物质。
产醇是厌氧发酵的最后一个中间产物。
总之，厌氧发酵过程的三个阶段是紧密相连的，每个阶段都是通过微生物的代谢活动将有机物质分解，并产生能量的过程。
厌氧发酵对很多领域都有应用，比如生物能源的生产、污水处理、环境修复等，因此对厌氧发酵过程的研究有助于进一步理解微生物在生物学和工业应用中的作用。
厌氧过程的三个阶段
厌氧过程的三个阶段
厌氧过程是指在缺氧或氧气供应不足的条件下进行的代谢过程。
这种
过程通常发生在一些微生物或一些细胞器中。
厌氧过程可以分为三个阶段：酵解、酸化和发酵。
下面将对这三个阶段进行详细介绍。
酵解是厌氧过程的第一个阶段。
在酵解过程中，有机物质（如葡萄糖）被部分降解生成乳酸或乙醇，同时释放出少量的能量。
这个过程通常发生
在一些细胞器或无线细菌中。
酵解一般分为两种类型：乳酸酵解和乙醇酵解。
乳酸酵解是指有机物质在缺氧条件下被转化为乳酸的过程。
这个过程
通常发生在一些乳酸菌或肌肉细胞中。
在乳酸酵解过程中，葡萄糖被分解
成乳酸，并且生成的乳酸会积累在细胞中，导致肌肉疲劳。
乳酸酵解的产
物乳酸可以进一步被氧化为乳酸酸化，产生更多的能量。
酸化是厌氧过程的第二个阶段。
在酸化过程中，乳酸或乙醇被进一步
分解，产生更多的能量和其他代谢产物。
酸化过程通常发生在一些厌氧菌
或其他微生物中。
在酸化过程中，乳酸或乙醇会被氧化成醋酸、丙酮酸或
其他有机酸。
这些有机酸可以进一步被微生物利用，产生更多的能量。
同时，酸化过程还会产生一些废物，如二氧化碳和甲烷。
厌氧生物处理
（2）升流式厌氧污泥床(UASB) • 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
ABR反应器示意图
⑥厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR）
• AMBR工艺类似ABR工艺,在每个隔室里增加了机 械搅拌,通过周期性改变进出水的方向来保持大 量的污泥,使每个上流式污泥床保持一致。有实 验证明，AMBR处理工艺在15℃和20℃时处理脱 脂牛奶,水力停留时间4~12h,有机负荷为 1·0~3·0kgCOD/m3·d,在更高COD负荷,在15℃时 COD的去除率为59%;在20℃时,COD负荷为1·0~2·0 kg COD/m3·d COD的去除率为80~95%。
注：(a)EGSB; (b)IC; ©UFB 第三代反应器结构示意图
④ASBR反应器
• ASBR法的主要特征是以序批式间歇的方 式运行,通常由一个或几个ASBR反应器组 成.运行时,废水分批进入反应器,与其中的 厌氧颗粒污泥发生生化反应,直到净化后 的上清液排出,完成一个运行期。ASBR法 一个完整的运行操作周期按次序应分为四 个阶段:进水期、反应期、沉降期和排水 期,如下图所示：
五、现代厌氧反应器技术的发展方向
5.1 两相或多级厌氧处理技术
第三代厌氧反应器特点比较
• 厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的 微生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应 速率起着重要的作用。针对这些因素，新一代的反应 器具有一些共同的特性: • 1)微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中, 单位容积达微生物持有量更高; • 2)能承受更高的水力负荷,具有较高的有机污染物净化 效能; • 3)具有较大的高径比,占地面积小,动力消耗小; • 4)颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质,使反应器的 处理能力大大提高. • 他们也具有各自的特点，也有各自的不足，具体见下 表：
废水厌氧处理原理介绍
废水厌氧处理原理介绍废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵；是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4 和CO2的过程。
一、厌氧生物处理中的基本生物过程1、三阶段理论厌氧微生物学的研究表明，产甲烷菌是一类十分特别的古细菌（Archea），除了在分类学和其特殊的学报结构外，其最主要的特点是：产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2 等，两碳物质中只有乙酸，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。
（1）水解、发酵阶段；（2）产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；（3) 产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2 产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4 产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。
2、四阶段理论：实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类细菌——同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2 合成为乙酸。
但研究表明，实际上这一部分由H2/CO2 合成而来的乙酸的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的5%左右。
总体来说，“三阶段理论”、“四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。
二、厌氧消化过程中的主要微生物主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。
1、发酵细菌（产酸细菌）：发酵产酸细菌的主要功能有两种：①水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；②酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
有机固体废物厌氧发酵技术
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 氨与二氧化碳反应生成的碳酸氢氨使得发酵液具有
一定的缓冲能力，在一定的范围内可以避免发生这 种情况 应保持碱度在2000mg/L以上，使其有足够的缓冲能 力，可有效防止系统pH值的下降
6）生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 发酵罐的容积负荷和发酵时间之间一般呈反比例
城市污泥
活性物质（90％）
35
2.08
＋原始物质（10％）
0.21
65
城市原始污泥 城市固体垃圾 奶牛场废物 猪场废物 菜牛粪 百慕大草 禽粪
35
1.6
35
－
35
4.9
24
0.92
55
16.2
35
1.3
35
1.6
0.52
69
0.17
59
0.75
80
0.48
75
0.29
56
0.14
61
0.19
54
厌氧发酵设备与工艺
为氮的1/5
3）混合均匀程度 搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加微生物
与发酵基质的接触，也使发酵的产物及时分离， 从而提高产气量，加速反应 液态发酵用泵喷水搅拌法；对于固态或半固态用 发酵气循环搅拌法和机械混合搅拌法等
4）添加剂和有毒物质 在发酵液中添加少量的化学物质，有助于促进厌氧发
酵，提高产气量和原料利用率 添加过磷酸钙，能促进纤维素的分解，提高产气量 添加少量钾、钠、钙、镁、锌、磷等元素能促进厌氧
水压式沼气池工作原理示意图
水压式沼气池工作原理示意图 （a）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内液面0-0；4—出料间液面 （b）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B （c）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B；
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。
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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。
UBF：污泥床过滤器。
将UASB和厌氧过滤器结合为一体的厌氧消化器，下部为污泥床，上部设置纤维填料。
EGSB:膨胀颗粒污泥床（Expanded granular sludge bed）与UASB反应器有相似之处，可分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统，EGSB没有专门的出水回流系统。
ABR:厌氧折板反应器（Anaerobic baffled reactor）
SBR:间歇曝气方式运行活性污泥水处理技术，又称序批式活性污泥发（Sequencing batch reactor actirated sludge process）
USSB:(Upflow staged sludge bed)
ASBR(Anaerobic sequencing batchreat):厌氧序批式活性污泥法，一种以序批间歇运行操作为主要特征的废水厌氧生物处理工艺，一个完整运行周期分为进水、反应、沉降、排水期。
反应器内部静态沉淀，无需另设澄清设备，不需要污泥和出水回流及配水系统，需搅拌设备和滗水器。
厌氧发酵影响因素：
1、预处理：水热、冰冻/解冻
2、添加剂投加：Fe、Co、Ni、Na+
3、消化液回流：调节VFA浓度
4、工艺优化
5、物粉组成
6、PH值：VFA作为回续产甲烷，过程中产氢产乙酸菌和产甲烷菌可直接利用的基质，而乳酸使PH值急剧下降，不利于产氢产乙酸工程的正常进行。
7、颗粒粒度
8、抑制物控制：NH4+、H2S、金属离子、有机物浓度。
厌氧消化器启动：从向沼气池内投入发酵原料和接种物起，到沼气能正常稳定产生沼气为止，这一过程成为沼气池的发酵启动。
1、优质、充足的原料并做堆沤处理，切忌用鸡粪和人粪（含N量过高）
2、添加质优量足的接种物（10%~30%）
3、加入温度较高的水
4、低浓度启动（TS6%~8%,避免启动时有机负荷过高）
5、调节好酸碱度（PH值6.5~7.5）
6、密封活动盖
7、防气试火（测量CH4含量）
启动过程：
1、固态污泥应融化，去除杂质
2、接种污泥量充足
3、以批量发启为宜
4、逐步升温
5、开始阶段有机负荷不宜太高，0.5~1.5kgcod/m3.d为宜
6、当料液COD去除达80%，可提高负荷
7、对UASB类上流式反应器，生流速度以0.25~1.0m/h,以促进污泥颗粒化
8、启动时应将系统中空气置换出去。