甲烷發(fā)酵

第1章?甲烷發(fā)酵的研究和開發(fā)歷史 / 1
1.1??甲烷發(fā)酵在地球環(huán)境保護和循環(huán)型社
會形成方面的意義 / 2
1.2?甲烷的發(fā)現(xiàn) / 2
1.3?基于微生物反應的甲烷生成 / 3
1.3.1 初期的認識 / 3
1.3.2 二階段學說和化學解析的發(fā)展 / 3
1.3.3 產(chǎn)氫乙酸共生細菌的發(fā)現(xiàn)和三菌群
學說 / 4
1.3.4 二相四階段學說的確定 / 4
1.4?反應過程的開發(fā) / 6
1.4.1 厭氧消化反應過程的誕生 / 6
1.4.2 分離型消化槽和加熱技術的實施 / 7
1.4.3 基于連續(xù)攪拌的高效消化 / 7
1.4.4 甲烷發(fā)酵槽的設計 / 8
1.4.5 餐廚垃圾的甲烷發(fā)酵 / 9
1.5?日本的甲烷發(fā)酵歷史 / 10
1.5.1 普及階段 / 10
1.5.2 污水污泥處理 / 10
1.5.3 糞便處理 / 12
1.5.4 工廠排水處理 / 13
1.5.5 利用污泥再生處理中心對糞便和餐
廚垃圾的混合處理 / 13
1.5.6 家畜糞便的處理 / 14
參考文獻 / 15
第2章?甲烷發(fā)酵過程理論 / 17
2.1??根據(jù)投入有機物的組成分析簡單推算
甲烷轉化率 / 18
2.1.1 元素組成的利用 / 18
2.1.2 COD平衡的利用 / 19
2.1.3 VS成分的利用 / 20
2.1.4 VS成分和COD的換算 / 21
2.1.5 活性污泥模型的利用 / 21
2.2??甲烷發(fā)酵過程中三菌群參與說和二相
四段學說的地位 / 23
2.3?物質變化概要 / 24
2.3.1 分解反應 / 25
2.3.2 水解反應 / 28
2.3.3 產(chǎn)酸反應 / 31
2.3.4 異相氫轉移反應 / 44
2.3.5 甲烷生成反應 / 58
2.3.6 其他厭氧微生物反應 / 63
2.3.7 微生物的死亡和再增殖 / 65
2.4?溫度的影響 / 65
2.5?相關的物理化學常數(shù) / 66
2.5.1 平衡常數(shù) / 66
2.5.2 亨利系數(shù) / 71
2.5.3 總傳質系數(shù) / 72
參考文獻 / 76
第3章?各種甲烷發(fā)酵過程 / 81
3.1?甲烷發(fā)酵過程分類 / 82
3.2?完全混合法 / 83
3.2.1 工藝流程 / 83
3.2.2 特征和注意事項 / 87
3.3?厭氧接觸法 / 88
3.3.1 工藝流程 / 88
3.3.2 特征和注意事項 / 88
3.3.3 應用實例 / 89
3.4?厭氧濾床法 / 90
3.4.1 工藝流程 / 90
3.4.2 特征和注意事項 / 91
3.5?厭氧流動床法 / 93
3.5.1 工藝流程 / 93
3.5.2 特征和注意事項 / 93
3.6?UASB法和EGSB法 / 95
3.6.1 工藝流程 / 95
3.6.2 特征和注意事項 / 97
3.7?干式甲烷發(fā)酵 / 99
3.7.1 工藝流程 / 101
3.7.2 特征和注意事項 / 102
3.8?二相工藝 / 103
3.8.1 反應工藝 / 103
3.8.2 特征和注意事項 / 104
3.9?其他甲烷發(fā)酵工藝 / 106
參考文獻 / 107
第4章?甲烷發(fā)酵的影響因素 / 111
4.1?溫度 / 112
4.2?停留時間（HRT和SRT） / 114
4.3?有機物負荷 / 115
4.4?攪拌及混合 / 116
4.5?pH值、堿度和揮發(fā)性有機酸濃度 / 116
4.6?基質組成（C/N比）和氨氮抑制 / 117
4.7?重金屬的阻害和反應的促進 / 118
參考文獻 / 120
第5章?甲烷發(fā)酵槽的運行管理 / 122
5.1?甲烷發(fā)酵工藝的啟動運行 / 123
5.1.1 接種污泥的導入 / 123
5.1.2 運行管理指標 / 125
5.1.3 常態(tài)下的馴化 / 126
5.1.4 不穩(wěn)定狀態(tài)的原因 / 128
5.2?槽負荷和沼氣產(chǎn)生量 / 128
5.3?有機酸的積蓄和酸敗對策 / 129
5.4?穩(wěn)定運行管理 / 130
參考文獻 / 131
第6章?有機廢棄物的甲烷發(fā)酵 / 132
6.1?生活污水污泥 / 133
【實例1：橫濱市北部污泥資源化中心】 / 134
6.2?餐廚垃圾 / 135
【實例2：中空知衛(wèi)生設施組合】 / 136
6.3?家畜糞便 / 138
【實例3：酪農(nóng)學園大學】 / 139
6.4?草木植物 / 140
6.5?混合物 / 141
【實例4：KAMPO循環(huán)工業(yè)園】 / 142
【實例5：株洲市京華中心—株洲生物能
源促進計劃】 / 144
6.6?其他有機物 / 145
參考文獻 / 145
第7章?沼氣的有效利用 / 149
7.1?消化氣體的成分和熱量值 / 150
7.2?消化氣體的利用 / 151
7.2.1 消化槽的加熱 / 151
7.2.2 管理室的空調(diào) / 151
7.2.3 都市燃氣 / 151
7.2.4 汽車燃料 / 152
7.2.5 消化氣體發(fā)電 / 152
7.2.6 燃料電池發(fā)電 / 155
7.3?沼氣的精制 / 156
7.3.1 硫化氫的去除 / 156
7.3.2 二氧化碳的去除 / 157
7.3.3 硅氧烷的去除 / 159
7.4?熱電聯(lián)產(chǎn) / 161
7.4.1 氣體發(fā)電系統(tǒng)熱量平衡計算模型概
要 / 162
7.4.2 熱平衡計算結果示例 / 164
7.4.3 熱電聯(lián)產(chǎn)的設立條件 / 165
參考文獻 / 166
第8章?甲烷發(fā)酵的主要問題和對策 / 167
8.1??甲烷發(fā)酵系統(tǒng)的基本構成和主要問題 / 168
8.2?高濃度高溫甲烷發(fā)酵的高效率化 / 168
8.3?氨氮積累和阻害的對策 / 169
8.4?消化液的處理 / 171
8.4.1 液肥利用 / 171
8.4.2 水處理 / 173
8.4.3 排入污水管道 / 173
8.4.4 消化液中氮和磷的去除 / 174
8.4.5 分別消化工藝 / 177
參考文獻 / 180
第9章?氫氣發(fā)酵工藝的可行性 / 182
9.1?厭氧細菌的氫氣發(fā)酵 / 183
9.1.1 氫氣生成的原理 / 183
9.1.2 厭氧產(chǎn)氫菌 / 185
9.1.3 工藝運行條件 / 188
9.2?氫氣發(fā)酵工藝的效率 / 189
9.2.1 原料 / 189
9.2.2 反應槽 / 190
9.2.3 能量回收計算 / 190
9.3?氫氣和甲烷二段工藝 / 190
9.4?氫氣發(fā)酵的安全管理 / 191
參考文獻 / 193
第10章?甲烷發(fā)酵的課題和展望 / 195
10.1??對日本生物能利用綜合戰(zhàn)略的期待 / 196
10.2??沼氣作為運輸用燃料對二氧化碳減排
的優(yōu)勢 / 197
10.3?LOTUS項目 / 198
10.4?日本普及中的課題 / 199
10.5?甲烷發(fā)酵新功能的開發(fā)展望 / 200
10.5.1 通過污水管道對餐廚垃圾進行資源
回收 / 200
10.5.2 加入甲烷發(fā)酵的生物乙醇生產(chǎn)
系統(tǒng) / 201
10.5.3 通過生物甲烷生產(chǎn)氫氣 / 201
10.5.4 有機氯化合物的分解 / 202
10.5.5 農(nóng)業(yè)有效利用 / 203
10.5.6 環(huán)境保護中甲烷發(fā)酵的地位 / 204
參考文獻 / 205
附錄A?甲烷發(fā)酵的微生物學基礎 / 206
A.1??通過碳源和能源的種類對細菌進行
分類 / 207
A.2??通過電子受體的種類對細菌進行
分類 / 208
A.3??通過電子供體氧化反應類型進行細菌
分類 / 209
A.3.1 發(fā)酵 / 209
A.3.2 呼吸 / 210
A.3.3 發(fā)酵和呼吸的氫氣（電子）處理 / 211
A.4??厭氧環(huán)境下生存微生物的群體構
造 / 213
A.4.1 甲烷發(fā)酵槽的細菌群 / 213
A.4.2 真細菌種類 / 214
A.4.3 產(chǎn)甲烷菌的種類 / 216
A.5?分子生物學解析的意義 / 218
參考文獻 / 222
附錄B?甲烷發(fā)酵的數(shù)學模型 / 224
B.1?數(shù)學模型的種類 / 225
B.1.1 黑匣子模型 / 225
B.1.2 白匣子模型 / 226
B.1.3 灰匣子模型 / 226
B.2?建立數(shù)學模型的注意事項 / 226
B.2.1 收支平衡參數(shù)的應用 / 226
B.2.2 模型的建立順序和思路 / 228
B.2.3 基于物質收支平衡和速度論的相關
表格的制作 / 229
B.2.4 參數(shù)的把握 / 231
參考文獻 / 237
附錄C?甲烷發(fā)酵的化學過程 / 238
C.1?基質分解和細菌增殖的關系 / 239
C.2?菌體的元素 / 243
C.3?氧化還原反應 / 245
C.4?菌體的生成 / 247
C.4.1 最大收率理論 / 247
C.4.2 維持代謝反應的機理 / 251
C.4.3 最大比增殖速率和親和常數(shù)理論 / 253
參考文獻 / 256
附錄D??氣體發(fā)電系統(tǒng)的熱收支平衡的
計算模型 / 258
D.1??污泥產(chǎn)生量、VS量的季節(jié)變化的
設定 / 259
D.2?模型消化槽的數(shù)據(jù)的確定 / 259
D.3?回流負荷與模型的結合 / 260
D.4?加熱示范消化槽所需熱量的計算 / 260
D.5?消化氣產(chǎn)生量 / 262
D.6?發(fā)電量、廢熱回收量的計算 / 263
參考文獻 / 263