[化學(xué)]第三章 固體廢物處理與微生物

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1、第三章第三章 固體廢物處理與微生物固體廢物處理與微生物 第一節(jié) 概述 危險(xiǎn)廢物危險(xiǎn)廢物：有毒、易燃易爆、腐蝕性、化：有毒、易燃易爆、腐蝕性、化學(xué)反學(xué)反 應(yīng)、傳染性廢物；應(yīng)、傳染性廢物；2009年年 1429.8萬噸萬噸 醫(yī)療廢物醫(yī)療廢物：68萬萬/年年 電子廢物：含有重金屬、鹵族化學(xué)物質(zhì)等有毒有害物； 從2003年起，我國(guó)每年至少有500萬臺(tái)電視機(jī)、400萬臺(tái)冰箱、500萬臺(tái)洗衣機(jī)面臨報(bào)廢。有500萬臺(tái)電腦和上千萬部手機(jī)已進(jìn)入淘汰期 對(duì)廢舊家電產(chǎn)品較為通用的處理方法是局部拆解，然后對(duì)拆解的零部件進(jìn)行分類利用工業(yè)廢物：工業(yè)廢物：工業(yè)固體廢棄物的組成大工業(yè)固體廢棄物的組成大致如下：尾礦致如下：尾礦

2、29%、粉煤灰、粉煤灰19%、煤矸石煤矸石17%、爐渣、爐渣12%、冶金廢渣、冶金廢渣11%、危險(xiǎn)廢棄物、危險(xiǎn)廢棄物1.5%、放射性、放射性廢渣廢渣0.3%、其它廢棄物、其它廢棄物10%。 2009年年2.0409萬噸萬噸綜合利用率達(dá)綜合利用率達(dá)53.5%全國(guó)工業(yè)固體廢物產(chǎn)生及處理情況全國(guó)工業(yè)固體廢物產(chǎn)生及處理情況(單位：萬噸單位：萬噸) 城市生活垃圾城市生活垃圾： 20072007年年3 3億噸，每年以億噸，每年以10%10%的速度的速度增加增加 歷年的存量垃圾歷年的存量垃圾6060億噸億噸 城市無害化處理城市無害化處理70%70% 縣城縣城30%30%農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物： 第二節(jié) 堆肥化

3、 1 1、好氧堆肥化、好氧堆肥化 概念：使有機(jī)廢棄物在好氧條件概念：使有機(jī)廢棄物在好氧條件下通過微生物的作用，達(dá)到穩(wěn)定化、下通過微生物的作用，達(dá)到穩(wěn)定化、轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谕寥佬誀罡牧疾?duì)作轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谕寥佬誀罡牧疾?duì)作物生長(zhǎng)有益和容易吸收利用的有機(jī)物生長(zhǎng)有益和容易吸收利用的有機(jī)物的方法物的方法有機(jī)廢物中可能存在的問題 可能混入重金屬、有機(jī)氯化物等可能混入重金屬、有機(jī)氯化物等 有害物質(zhì)有害物質(zhì)可能混雜有病原性生物及雜草種可能混雜有病原性生物及雜草種 子子 可能存在過多易分解的有機(jī)物，可能存在過多易分解的有機(jī)物， 而對(duì)作物生長(zhǎng)有害而對(duì)作物生長(zhǎng)有害 容易發(fā)生腐敗和惡臭容易發(fā)生腐敗和惡臭 含水量太高含水量

4、太高 pH較高較高 作物難以吸收利用作物難以吸收利用 堆肥材料的配合比例植物殘?bào)w植物殘?bào)w 100份份人畜糞尿人畜糞尿 1020份份石灰（或草木灰）石灰（或草木灰） 25份份水水 100200 堆肥條件水分水分：堆肥水分以：堆肥水分以6075最好最好 通氣通氣：通氣是使堆肥產(chǎn)生高溫，達(dá)到：通氣是使堆肥產(chǎn)生高溫，達(dá)到無害化的重要保證。堆積時(shí)不宜太緊無害化的重要保證。堆積時(shí)不宜太緊也不宜太松。也不宜太松。 溫度溫度：應(yīng)保持堆肥溫度：應(yīng)保持堆肥溫度5565一一個(gè)星期個(gè)星期 ，促使高溫性微生物強(qiáng)烈分解，促使高溫性微生物強(qiáng)烈分解有機(jī)物后，再維持中溫有機(jī)物后，再維持中溫4050，以利于纖維素分解，促進(jìn)氨化作

5、用和以利于纖維素分解，促進(jìn)氨化作用和養(yǎng)分的釋放。養(yǎng)分的釋放。 酸堿度酸堿度( (pHpH值值) )： pH68 堆肥的生物學(xué)過程 發(fā)熱階段發(fā)熱階段中溫好氧的細(xì)菌和真菌中溫好氧的細(xì)菌和真菌利用易分解的可溶性物質(zhì)，如淀粉、糖類利用易分解的可溶性物質(zhì)，如淀粉、糖類高溫階段高溫階段堆溫堆溫50 ，好熱性的纖維素分解菌逐漸代替，好熱性的纖維素分解菌逐漸代替中溫性微生物的活動(dòng)，中溫性微生物的活動(dòng)，可溶性物質(zhì)，如淀粉、糖類繼續(xù)被分解外，纖可溶性物質(zhì)，如淀粉、糖類繼續(xù)被分解外，纖維素、半纖維素等也開始受到分解維素、半纖維素等也開始受到分解50 左右，嗜熱性真菌和放線菌左右，嗜熱性真菌和放線菌60 左右，真菌幾

6、乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱左右，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱性放線菌與細(xì)菌繼續(xù)活動(dòng)性放線菌與細(xì)菌繼續(xù)活動(dòng)70 左右，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜活動(dòng)，左右，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜活動(dòng)，或相繼大量死亡，或進(jìn)入休眠狀態(tài)或相繼大量死亡，或進(jìn)入休眠狀態(tài)高溫對(duì)堆肥的快速腐熟起著重要作用高溫對(duì)堆肥的快速腐熟起著重要作用高溫對(duì)殺死病原微生物是極其重要的高溫對(duì)殺死病原微生物是極其重要的降溫和腐熟保肥階段大部分有機(jī)物（包括纖維素）已分解，大部分有機(jī)物（包括纖維素）已分解，僅剩下木質(zhì)素以及新形成的腐殖質(zhì)僅剩下木質(zhì)素以及新形成的腐殖質(zhì)中溫性的微生物占優(yōu)勢(shì)，殘余物質(zhì)進(jìn)一中溫性的微生物占優(yōu)勢(shì)，殘余物質(zhì)進(jìn)一步分解，腐殖

7、質(zhì)不斷積累，堆肥進(jìn)入腐步分解，腐殖質(zhì)不斷積累，堆肥進(jìn)入腐熟階段熟階段保存腐殖質(zhì)和保存腐殖質(zhì)和N素等植物養(yǎng)料素等植物養(yǎng)料堆肥中的微生物相變化 以一年生植物殘?bào)w為主要原料以一年生植物殘?bào)w為主要原料 細(xì)菌、真菌細(xì)菌、真菌纖維分解菌纖維分解菌放線菌放線菌能能分解木質(zhì)素的菌類分解木質(zhì)素的菌類 剩余污泥為材料的堆肥剩余污泥為材料的堆肥 堆制前：優(yōu)勢(shì)菌（細(xì)菌）堆制前：優(yōu)勢(shì)菌（細(xì)菌） 30天堆制后：氨化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌明顯天堆制后：氨化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌明顯增加增加 60天后，各類微生物的菌數(shù)都下降了天后，各類微生物的菌數(shù)都下降了 城市垃圾的堆肥城市垃圾的堆肥：細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，放線：細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，放線菌更少菌更少堆肥中的

8、有機(jī)物濃度的變化 易分解的有機(jī)物（碳水化合物、蛋白易分解的有機(jī)物（碳水化合物、蛋白 質(zhì)、質(zhì)、脂肪）：脂肪）：3 3天天1414天天 難分解的有機(jī)物（纖維素）：難分解的有機(jī)物（纖維素）：20402040天天2、厭氧堆肥法 概念概念：是在不通氣條件下，將有機(jī)：是在不通氣條件下，將有機(jī)廢棄物（包括城市垃圾、人畜糞便、廢棄物（包括城市垃圾、人畜糞便、植物秸桿、污水處理廠的剩余污泥植物秸桿、污水處理廠的剩余污泥等）進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制成有機(jī)肥料，等）進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制成有機(jī)肥料，使固體廢棄物無害化的過程。使固體廢棄物無害化的過程。 特點(diǎn)特點(diǎn)：堆溫低，周期長(zhǎng)：堆溫低，周期長(zhǎng)第三節(jié) 衛(wèi)生填埋 1、概述概述 上世紀(jì)

9、上世紀(jì)6060年代發(fā)展起來的一種固體廢棄年代發(fā)展起來的一種固體廢棄物處理方法物處理方法 優(yōu)點(diǎn)投資少、容量大、見效快優(yōu)點(diǎn)投資少、容量大、見效快 將垃圾在填埋場(chǎng)內(nèi)分區(qū)分層進(jìn)行填埋將垃圾在填埋場(chǎng)內(nèi)分區(qū)分層進(jìn)行填埋 垃圾層垃圾層2.5-3m,2.5-3m,每層必須壓實(shí)覆土每層必須壓實(shí)覆土202030cm30cm2、填埋坑中微生物的活動(dòng)過程 好氧分解階段好氧分解階段 厭氧分解不產(chǎn)甲烷階段厭氧分解不產(chǎn)甲烷階段:硝酸根河硫酸根硝酸根河硫酸根 厭氧分解產(chǎn)甲烷階段厭氧分解產(chǎn)甲烷階段 穩(wěn)定產(chǎn)氣階段穩(wěn)定產(chǎn)氣階段 3 3、填埋場(chǎng)滲瀝水、填埋場(chǎng)滲瀝水 4 4、填埋場(chǎng)氣體收集、填埋場(chǎng)氣體收集 最旺盛時(shí)期最旺盛時(shí)期5年內(nèi)年

10、內(nèi) 40%-50%的二氧化碳和的二氧化碳和30%-40%的甲烷的甲烷第四節(jié) 沼氣發(fā)酵 1 1、概述、概述 （一）沼氣發(fā)酵的意義一）沼氣發(fā)酵的意義：充分發(fā)揮了生物物質(zhì)所具有的充分發(fā)揮了生物物質(zhì)所具有的飼料、燃料和肥料三個(gè)功能，不但促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)飼料、燃料和肥料三個(gè)功能，不但促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還能達(dá)到改良土壤、提高肥力和降低病蟲害等效果。展，還能達(dá)到改良土壤、提高肥力和降低病蟲害等效果。 “三合一三合一”生產(chǎn)模式生產(chǎn)模式：在日光溫室這一人為的生態(tài)系統(tǒng)在日光溫室這一人為的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，把種植、養(yǎng)殖、糞便處理和利用三者組合在一起，內(nèi)，把種植、養(yǎng)殖、糞便處理和利用三者組合在一起，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、飼料消

11、費(fèi)和廢物再生，利用各環(huán)節(jié)之間發(fā)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、飼料消費(fèi)和廢物再生，利用各環(huán)節(jié)之間發(fā)生循環(huán)，產(chǎn)生最高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益；其具體結(jié)構(gòu)生循環(huán)，產(chǎn)生最高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益；其具體結(jié)構(gòu)由由 薄膜蓋的大溫室、太陽(yáng)能暖圈和建于暖圈下的沼氣發(fā)薄膜蓋的大溫室、太陽(yáng)能暖圈和建于暖圈下的沼氣發(fā)酵池酵池3 3部分組成。部分組成。 三個(gè)階段（三段說或三菌群說）三個(gè)階段（三段說或三菌群說）甲烷發(fā)甲烷發(fā)酵理論先后提出了二階段、三階段和四酵理論先后提出了二階段、三階段和四階段發(fā)酵理論。階段發(fā)酵理論。 目前應(yīng)用較多的是三階段、四階段的發(fā)目前應(yīng)用較多的是三階段、四階段的發(fā)酵理論：酵理論： 2.甲烷發(fā)酵理論第一階段：有機(jī)酸的產(chǎn)生第

12、一階段：有機(jī)酸的產(chǎn)生 水解和發(fā)酵性細(xì)菌群水解和發(fā)酵性細(xì)菌群將將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸：成有機(jī)酸： 纖維素、淀粉等水解為單糖，再酵解為纖維素、淀粉等水解為單糖，再酵解為丙丙酮酸酮酸； 將蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成將蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成有機(jī)酸有機(jī)酸和氨；和氨； 脂類水解為各種低級(jí)脂類水解為各種低級(jí)脂肪酸脂肪酸和醇，例如乙和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、乙醇、二酸、丙酸、丁酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氫、氨和硫化氫等。氧化碳、氫、氨和硫化氫等。 微生物群落是水解、發(fā)酵性細(xì)菌群，u有專性厭氧的:梭菌屬(Clostridium)擬桿菌屬(Bacteriodes)丁酸弧

13、菌屬(Butyrivibrio)真細(xì)菌(Eubacterium)雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)革蘭氏陰性桿菌u兼性厭氧的有:鏈球菌腸道菌 據(jù)研究，每mL下水污泥中含有水解、發(fā)酵性細(xì)菌108109個(gè)，每克揮發(fā)性固體含10101011個(gè)，其中蛋白質(zhì)水解菌有107個(gè)，纖維素水解菌有105個(gè)。 第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生u微生物群落：微生物群落： 微生物群落為產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌；微生物群落為產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌； 只有少數(shù)被分離出來。只有少數(shù)被分離出來。 硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的細(xì)菌；細(xì)菌；第二階段：乙酸和氫氣的產(chǎn)生第二階段：乙酸和

14、氫氣的產(chǎn)生 產(chǎn)生過程產(chǎn)生過程 產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細(xì)菌群進(jìn)一步把第一階產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細(xì)菌群進(jìn)一步把第一階段的產(chǎn)物分解為乙酸和氫氣；段的產(chǎn)物分解為乙酸和氫氣； 硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的細(xì)硫酸還原菌和其他產(chǎn)乙酸和氫氣的細(xì)菌將第一階段發(fā)酵的三碳以上的有機(jī)菌將第一階段發(fā)酵的三碳以上的有機(jī)酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、芳香族酸及醇等分酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、芳香族酸及醇等分解為乙酸和氫氣。解為乙酸和氫氣。 微生物：兩組生理不同的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群 一組將H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4； 另一組將乙酸脫羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解為CH4。第三階段：甲烷的產(chǎn)生第三階段：甲烷的產(chǎn)生研究表明：研

15、究表明： 有有28的甲烷來自的甲烷來自H2的氧化和的氧化和CO2的還原。的還原。72的甲烷來自乙酸鹽的裂解。的甲烷來自乙酸鹽的裂解。由于大部分甲烷和二氧化碳逸出，由于大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨氨(NH3)以亞硝酸銨以亞硝酸銨(NH4NO2)、碳酸氫銨碳酸氫銨(NH4HCO3)形式留在污泥中，形式留在污泥中，它們可中和第一階段產(chǎn)生的酸，它們可中和第一階段產(chǎn)生的酸，為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造了生存所需的弱堿性環(huán)境。為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造了生存所需的弱堿性環(huán)境。氨可被產(chǎn)甲烷菌用作氮源。氨可被產(chǎn)甲烷菌用作氮源。 第四階段：同型產(chǎn)乙酸階段第四階段：同型產(chǎn)乙酸階段 概念：同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將H2和CO2轉(zhuǎn)化為乙酸的過程，稱為同

16、型產(chǎn)乙酸階段（只占5%）； 產(chǎn)甲烷菌只能利用H2、 CO2、 CO、甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等簡(jiǎn)單物質(zhì)產(chǎn)生甲烷和組成自身細(xì)胞物質(zhì)。3.甲烷產(chǎn)生的機(jī)制：甲烷產(chǎn)生的機(jī)制：由酸和醇的甲基形成甲烷。由酸和醇的甲基形成甲烷。14CH3COOH414CH3OH14CH3OH+CO2314CH4+CO2+2H2Ol施大特曼施大特曼(stadtman)和巴克爾和巴克爾(Barker)及庇及庇涅涅(Pine)和維施尼和維施尼(vishhnise)l1951和和1957年用年用14C示蹤原子標(biāo)記乙酸的甲示蹤原子標(biāo)記乙酸的甲基碳原子基碳原子l證明甲烷是由甲基直接形成證明甲烷是由甲基直接形成 1949年，施大特曼和巴

17、克爾于用同位素年，施大特曼和巴克爾于用同位素14CO2使乙醇和丁醇氧化，產(chǎn)生帶同位素使乙醇和丁醇氧化，產(chǎn)生帶同位素14C的甲烷，證的甲烷，證明甲烷可由明甲烷可由CO2還原形成。還原形成。由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機(jī)酸由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機(jī)酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH 2C3H7CH2OH+14CO214CH4+2C3H7COOH脂肪酸有時(shí)用水作還原劑或供氫體產(chǎn)生甲烷脂肪酸有時(shí)用水作還原劑或供氫體產(chǎn)生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2OCH4+4CH3COOH 1906 年索根(Soehnge，)及費(fèi)舍爾(Fisher)觀察到：利用利

18、用H2使使CO2還原形成甲烷還原形成甲烷4H2+CO2CH4+2H2O在H2和H2O存在時(shí)，巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkerii)與甲酸甲烷桿菌(Methanobacterium formicicum)能將CO還原形成甲烷。3H2+CO巴氏甲烷八疊球菌巴氏甲烷八疊球菌CH4+H2O2H2O+4CO甲酸甲烷桿菌甲酸甲烷桿菌CH4+3CO2 發(fā)酵細(xì)菌群 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群 同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群4.沼氣發(fā)酵微生物產(chǎn)酸發(fā)酵代謝產(chǎn)物NADH/NAD+調(diào)節(jié) 非產(chǎn)甲烷細(xì)菌缺乏電子傳遞系統(tǒng)非產(chǎn)甲烷細(xì)菌缺乏電子傳遞系統(tǒng) 碳水化合物經(jīng)碳水化合物經(jīng)EMPEMP途徑產(chǎn)生的途徑產(chǎn)生的NADH+HN

19、ADH+H+ +一般均可通過與一定比例的丙酸、丁酸、乙一般均可通過與一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等發(fā)酵相偶聯(lián)而得以氧化為醇及乳酸等發(fā)酵相偶聯(lián)而得以氧化為NADNAD+ + NADH+HNADH+H+ +的反饋抑制或阻遏作用能減緩糖的反饋抑制或阻遏作用能減緩糖酵解速率酵解速率 乙酸的產(chǎn)生并不能使發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乙酸的產(chǎn)生并不能使發(fā)酵過程中產(chǎn)生的“多多余余” NADH+HNADH+H+ +氧化氧化 丙酸發(fā)酵對(duì)丙酸發(fā)酵對(duì)NADH+HNADH+H+ +的氧化最為有利的氧化最為有利 同時(shí)，乙酸的大量產(chǎn)生將導(dǎo)致氫分壓較高同時(shí)，乙酸的大量產(chǎn)生將導(dǎo)致氫分壓較高 氫分壓高于氫分壓高于0.01kPa0.01k

20、Pa時(shí)，丙酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙時(shí)，丙酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程受阻酸過程受阻 因此導(dǎo)致丙酸積累，抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌的活性，因此導(dǎo)致丙酸積累，抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌的活性，甚至導(dǎo)致死亡甚至導(dǎo)致死亡 即即“酸化酸化” 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生理特征產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生理特征 嚴(yán)格專性厭氧嚴(yán)格專性厭氧 生長(zhǎng)特別緩慢生長(zhǎng)特別緩慢 對(duì)環(huán)境影響非常敏感對(duì)環(huán)境影響非常敏感 屬于古細(xì)菌屬于古細(xì)菌 分離培養(yǎng)比較困難分離培養(yǎng)比較困難 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌的分離 A 、分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌應(yīng)具備的條件：分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌應(yīng)具備的條件：氧化還原電位很低；向容器充入氧化還原電位很低；向容器充入H2和和CO2。 B 、分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌的基本要點(diǎn)：分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌的基本要點(diǎn)

21、： 在完全無氧的條件下制備培養(yǎng)基在完全無氧的條件下制備培養(yǎng)基 往培養(yǎng)基里加還原劑往培養(yǎng)基里加還原劑樹脂天青樹脂天青 在無氧條件下分裝試管在無氧條件下分裝試管 滾管滾管 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的形態(tài)特征產(chǎn)甲烷細(xì)菌的形態(tài)特征 桿狀、球狀、螺旋狀和八疊狀桿狀、球狀、螺旋狀和八疊狀 不形成芽孢不形成芽孢 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)特征產(chǎn)甲烷細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)特征 碳源：碳源：CO2、甲醇、甲胺乙酸、甲醇、甲胺乙酸 都能利用都能利用NH4+ 需要某些維生素，尤其是需要某些維生素，尤其是B族維生素族維生素 需要某些微量元素需要某些微量元素 一般將產(chǎn)甲烷細(xì)菌分為：一般將產(chǎn)甲烷細(xì)菌分為： 氧化氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌（氧化氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌（HOM） 氧化

22、氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌（HOAM） 非氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌非氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌（NHOAM)5.沼氣發(fā)酵的微生物生態(tài)學(xué) 非產(chǎn)甲烷細(xì)菌非產(chǎn)甲烷細(xì)菌與與產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的相之間的相互關(guān)系互關(guān)系 前者前者為為后者后者提供生長(zhǎng)繁殖的底物提供生長(zhǎng)繁殖的底物 前者前者為為后者后者創(chuàng)造了適宜的氧化還原電創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位位 前者前者為為后者后者清除了有毒物質(zhì)清除了有毒物質(zhì) 后者后者為為前者前者的生化反應(yīng)解除了反饋抑的生化反應(yīng)解除了反饋抑制制 二者共同維持環(huán)境中的適宜的二者共同維持環(huán)境中的適宜的pH值值 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生態(tài)產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生態(tài) 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的分布產(chǎn)甲烷細(xì)菌

23、的分布: 極為廣泛，與氧氣隔絕，而且無硫極為廣泛，與氧氣隔絕，而且無硫酸鹽的環(huán)境。如海底沉積物、河酸鹽的環(huán)境。如海底沉積物、河（湖）底淤泥、沼澤地水稻田以及（湖）底淤泥、沼澤地水稻田以及反芻動(dòng)物的瘤胃反芻動(dòng)物的瘤胃 產(chǎn)甲烷細(xì)菌在厭氧反應(yīng)器中的數(shù)產(chǎn)甲烷細(xì)菌在厭氧反應(yīng)器中的數(shù)量量 產(chǎn)甲烷細(xì)菌的數(shù)量與甲烷產(chǎn)量成正產(chǎn)甲烷細(xì)菌的數(shù)量與甲烷產(chǎn)量成正比關(guān)系比關(guān)系 105108個(gè)個(gè)/ml 沼氣發(fā)酵中的微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替發(fā)酵細(xì)菌、HPA、HOMA、HOM、HOAMHOM、HOAMNHOAM、HOM6.沼氣發(fā)酵工藝學(xué) 沼氣發(fā)酵的工藝條件及其控制沼氣發(fā)酵的工藝條件及其控制 嚴(yán)格厭氧條件嚴(yán)格厭氧條件 發(fā)酵原料發(fā)酵原

24、料 A 、原料種類：除礦物油和木質(zhì)素原料種類：除礦物油和木質(zhì)素外，牲畜糞、秸稈、污泥；酒廠、外，牲畜糞、秸稈、污泥；酒廠、抗生素廠、酵母廠的廢水、制醬油、抗生素廠、酵母廠的廢水、制醬油、制豆腐、洗毛、和紙漿的廢水制豆腐、洗毛、和紙漿的廢水 不溶性物質(zhì)需要粉碎不溶性物質(zhì)需要粉碎 B 、原料堆漚原料堆漚 纖維素原料進(jìn)行預(yù)先堆漚的優(yōu)點(diǎn)：纖維素原料進(jìn)行預(yù)先堆漚的優(yōu)點(diǎn)： 原料中大分子物質(zhì)經(jīng)過細(xì)菌分解變成小原料中大分子物質(zhì)經(jīng)過細(xì)菌分解變成小分子物質(zhì)分子物質(zhì) 纖維素變松散，擴(kuò)大細(xì)菌的接觸面纖維素變松散，擴(kuò)大細(xì)菌的接觸面 含水量加大，比重增加含水量加大，比重增加 堆漚后高溫殺死病原菌和寄生蟲卵堆漚后高溫殺死病

25、原菌和寄生蟲卵 體積縮小，便于裝池體積縮小，便于裝池 缺點(diǎn)：消耗部分有機(jī)物和熱量缺點(diǎn)：消耗部分有機(jī)物和熱量 C 、原料的碳氮比原料的碳氮比 20-30：1 碳氮比碳氮比35：1產(chǎn)氣量明顯下降產(chǎn)氣量明顯下降 碳氮比碳氮比16：1產(chǎn)氣量甚至更低產(chǎn)氣量甚至更低 D 、原料干物質(zhì)濃度及其基質(zhì)的消原料干物質(zhì)濃度及其基質(zhì)的消耗與補(bǔ)充：干物質(zhì)的濃度為耗與補(bǔ)充：干物質(zhì)的濃度為7-10% 夏天夏天7%，冬天，冬天10% 過高的氨態(tài)氮和揮發(fā)酸抑制產(chǎn)甲烷過高的氨態(tài)氮和揮發(fā)酸抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌；過低造成營(yíng)養(yǎng)不足細(xì)菌；過低造成營(yíng)養(yǎng)不足 加進(jìn)新鮮原料和排除廢料的速度一加進(jìn)新鮮原料和排除廢料的速度一致（按體積或重量計(jì)算）致（按

26、體積或重量計(jì)算） 發(fā)酵溫度發(fā)酵溫度 ：45-60為高溫；為高溫；30-45 30-45 中溫發(fā)酵；農(nóng)村自然溫度發(fā)酵中溫發(fā)酵；農(nóng)村自然溫度發(fā)酵 溫度的突然升降對(duì)產(chǎn)氣量有明顯的影響溫度的突然升降對(duì)產(chǎn)氣量有明顯的影響 保溫措施：保溫措施： 建于背風(fēng)向陽(yáng)處，建于背風(fēng)向陽(yáng)處，凍土凍土層以下，上面覆層以下，上面覆蓋，出料口不能過大，口要加蓋保溫蓋，出料口不能過大，口要加蓋保溫 修建在豬圈廁所下修建在豬圈廁所下 利用太陽(yáng)能保溫利用太陽(yáng)能保溫 pH ：6.5-7，發(fā)酵過程中自然平衡，發(fā)酵過程中自然平衡 pH調(diào)節(jié)：稀釋發(fā)酵液；加草木灰或調(diào)節(jié)：稀釋發(fā)酵液；加草木灰或氨水；石灰水調(diào)節(jié)氨水；石灰水調(diào)節(jié) 攪拌：攪拌：

27、攪拌的目的使原料分布均勻，增加攪拌的目的使原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵微生物與原料的接觸面，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量速度，提高產(chǎn)氣量 連續(xù)攪拌的情況下產(chǎn)氣增加連續(xù)攪拌的情況下產(chǎn)氣增加80%； 攪拌采用機(jī)械、氣體和液體攪拌攪拌采用機(jī)械、氣體和液體攪拌 壓力壓力 農(nóng)村多數(shù)為水壓式沼氣池農(nóng)村多數(shù)為水壓式沼氣池 沼氣發(fā)酵與池內(nèi)壓力有密切關(guān)系壓沼氣發(fā)酵與池內(nèi)壓力有密切關(guān)系壓力過高時(shí)產(chǎn)氣速度減慢力過高時(shí)產(chǎn)氣速度減慢 接種物：陰溝污泥、糞坑底污泥、接種物：陰溝污泥、糞坑底污泥、沼氣池的消化液沼氣池的消化液 添加劑和抑制劑添加劑和抑制劑 添加劑：纖維素酶；少量的鉀、鈉、添加劑：纖維素酶；少

28、量的鉀、鈉、鈣鎂；牛糞為原料的池中加尿素、鈣鎂；牛糞為原料的池中加尿素、碳酸鈣；通入氫氣或添加甲醇乙酸碳酸鈣；通入氫氣或添加甲醇乙酸鈉鈉 抑制劑：過高濃度的氨態(tài)氮；農(nóng)藥；抑制劑：過高濃度的氨態(tài)氮；農(nóng)藥；金屬離子金屬離子 沼氣發(fā)酵工藝過程沼氣發(fā)酵工藝過程 按發(fā)酵溫度劃分按發(fā)酵溫度劃分 高溫沼氣發(fā)酵工藝：高溫沼氣發(fā)酵工藝：47-5547-55 中溫沼氣發(fā)酵工藝：中溫沼氣發(fā)酵工藝：35-38 35-38 自然溫度沼氣發(fā)酵工藝自然溫度沼氣發(fā)酵工藝配料池發(fā)酵池大換料原料預(yù)處理陰溝或糞坑污泥定期出料作肥料定期添加料農(nóng)村沼氣發(fā)酵大體工藝流程 按發(fā)酵方法劃分 連續(xù)沼氣發(fā)酵菌種富集投料發(fā)酵產(chǎn)氣連續(xù)出料連續(xù)進(jìn)料 半連續(xù)沼氣發(fā)酵原料預(yù)處理投料大出料發(fā)酵產(chǎn)氣每天或定期進(jìn)料定期進(jìn)料 批量發(fā)酵原料預(yù)處理投料發(fā)酵產(chǎn)氣大出料第五節(jié) 大氣污染的微生物處理 利用微生物、營(yíng)養(yǎng)物和水組成的微生物吸收液處理廢氣 裝置：吸收器和廢水反應(yīng)器 堆肥濾池 土壤濾池 微生物過濾箱