固体废物处理与处置(厌氧发酵).

10―1～10+6 10―5～10―3 10―6～10―4 10―5～100 10―6～100
（5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用
水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适 应范围大致为5~6.5 ，而甲烷菌对pH值的适应 范围为6.6~7.5之间。发酵液中的碳酸及氨的存 在，使其具有一定的缓冲性。碱度指沼气发酵 液结合H+的能力，是衡量发酵体系缓冲能力的 尺度，由碳酸盐(CO32-)、重碳酸盐(HCO3-)、部 分氢氧化物(HO-)组成，应在2000mg/L以上。 （6）不同发酵基质上生长的发酵菌群种群不同
众多的代谢产物中，仅无机 的CO2和H2及有机的“三甲 一乙”（甲酸、甲醇、甲胺 和乙酸）可直接被产甲烷细 菌吸收利用，转化为甲烷和 二氧化碳。其它众多的代谢 产物（主要是丙酸、丁酸、 戊酸、乳酸等有机酸，以及 乙醇、丙酮等有机物质）不 能为产甲烷细菌直接利用。 它们必须经过产氢产乙酸细 菌进一步转化为氢和乙酸后， 才能被甲烷细菌吸收利用， 并转化为甲烷和二氧化碳。
(2)发酵细菌的营养及C/N
C/N在(10~20):1为宜，太高，细胞氮量不足，系统的
缓冲能力低，pH 值易降低；太低，氮量过多， pH 值 可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。 (3)混合均匀程度 厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触
反应。因此必须使两者充分混合。对于液态发酵用充
液搅拌法；对于固态或半固态用充气搅拌法和机械搅 拌法等。
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2、类脂化合物的分解代谢
类脂化合物（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂）， 含量很低。主要水解产物是脂肪酸和甘油。甘油转变为磷 酸甘油脂，进而生成丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸 被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳。 3、蛋白质类的分解代谢
这类化合物主要是含氮的蛋白质化合物，在厌氧发酵 原料中占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白 质的含量最高可达20%。它们的分解过程是在细菌的作用 下水解成多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸继续水解成 硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；另一部分分解成有机酸、醇 等其他化合物，最后生成甲烷和二氧化碳；还有一些氨基 酸作为产沼细菌的养分形成菌体。
（三）厌氧发酵的过程
首先，不溶性大分子有机物（如 蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等） 经水解酶的作用，在溶液中分解 为水溶性的小分子有机物（如氨 基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油 等）。随之，这些水解产物被发 酵细菌摄入细胞内，经过一系列 生化反应，将代谢产物排出体外， 由于发酵细菌种群不一，代谢途 径各异，故代谢产物也各不相同。
（四）、影响发酵的环境条件
(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。 温度变化范围为(±1.5～2.0)℃。 ①低温发酵：低于20 ℃，产气量低，受气候影响大，不加料情 况下35d。 ②中温发酵：37℃，产气量约1~1.3m3/(m3· d)；发酵时间20d， 卫生化低。 ③高温发酵：53 ℃，产气量约3.0~4.0m3/(m3.d)；发酵时间10d， 卫生化高。[对寄生虫卵的杀灭率较可达99%，大肠菌指数可 达10～100，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在95%以上， 大肠菌指数10～100）]。 当有±3℃的变化时，就会抑制发酵速率，有±5℃的急剧变 化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发 酵。
（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程
1、碳水化合物的分解代谢 一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀 粉和果胶质等。 ①纤维素的分解 纤维素酶可以把纤维素水解成葡萄糖，反应式为： (C6H10O5)n(纤维素) + n H2O = nC6H12O6(葡萄糖) 葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和 二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达： C6H12O6 = 3CH4+3CO2 ②糖类的分解 先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。
（4）有毒物质 ①重金属离子对甲烷发酵的抑制－使酶发生变性或者 沉淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶沉淀。 ②阴离子的毒害：主要是S2-，来源：无机硫酸盐还 原；蛋白质分解释放出S2-。 ③氨的毒害：[NH4+]>150mg/L，发酵受抑制。
物质浓度 毒域浓度界限/(mol/L)
碱金属和碱土金属Ca2+， Mg2+，Na+，K+ 重金属Cu2+，Ni2+，Zn2+， Hg2+，Fe2+ H+和OH― 胺类 有机物质
1、两阶段理论
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。
2、三阶段理论 1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为液化、产酸 、产甲烷三个阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、 醋酸分解菌、甲烷细菌。
3、四阶段理论
①水解阶段：复杂有机物(纤维 素、淀粉、蛋白质、脂肪)被 发酵细菌分泌的水解酶（胞 外酶） (纤维素酶、纤维二 糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂 肪酶) 分解为水溶性简单化 合物。限制整个过程速度。 ②发酵酸化阶段： 发酵细菌对 水解产物进行胞内代谢，主 要产生有机酸和醇类（丙酸、 丁酸、琥珀酸、乙酸和乳 酸），还有CO2、NH3、H2S、 H2 。 ③产氢产乙酸阶段(厌氧氧 化阶段):专性厌氧的产 氢产乙酸细菌将上阶段 产生的有机酸和醇类生 成乙酸、H2、CO2；同型 乙酸细菌将H2 和 CO2合成 乙酸。 ④甲烷化阶段：乙酸和H2 被甲烷细菌(乙酸分解甲 烷细菌和H2氧化甲烷细 菌)利用生成甲烷。
第五章 固体废物的生物处理
固体废物的厌氧发酵
（一）基本概念
厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废 物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源 产品——沼气的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。 微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分 解的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作 为氧化剂被还原的生物学过程。 沼气的成分：主要为CH4,55～70％和CO2,25～40％。此 外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、NH2、 PH3、碳氢化合物(CmHn)等。