有机垃圾厌氧处理的微生物作用原理

／华南理工大学⋯⋯⋯弟27卷第9期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyV。l27No9Septembet1999有机垃圾厌氧处理的微生物作用原理⋯⋯机⋯、／(华南理工大学造纸写：三；院广州5l0640)／二—=／摘要以微生物生化反应电子流平衡为基础，推导了有机垃圾厌氧消化过程液化、酸性发酵二一处理工艺进行了讨论关键词查垫生墼；堡墨些璺．；墨兰垫墨中图资料分类号X705；X172’计⋯黼耀随着社会的发展和人民生活水平的提高，我国城市生活垃圾的产量有了较大幅度的增加，据估计，自1979年以来，我国城市生活垃圾产量以每年近9％的速度增长，少数城市增长率更高达l5％～20％；由于燃气率的提高，城市生活垃圾中的有机物含量也有较大幅度的增长，近年来，经济比较发达的珠江三角洲地区，有机垃圾的含量已达到城市生活垃圾的一半以上，如广州市1996年生活垃圾中有机物与无机物之比为3．7：1E．但由于我国南方地区雨量充沛，城市生活垃圾中含水率很高，致使有机垃圾的热值偏低．这给城市生活垃圾的资源化、减量化、无害化处理既提供了条件，也提出了挑战和新的要求．在垃圾的三大处理方法(卫生填埋、焚烧、堆肥)中，卫生填埋和堆肥都是在微生物作用下，对有机成份实现转化的过程．前文_2j已对有机垃圾好氧堆肥法的生化反应机理进行了研究，鉴于有机垃圾厌氧处理过程的重要性以及目前对其微生物作用机理缺乏深入认识的现状，本文采用生化反应电子流守恒原理，对有机垃圾厌氧生物处理过程的生化反应计量学进行探讨．1有机物厌氧消化过程的理论背景有机物的厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段_3j．而对于不溶性有机物(有机垃圾)，一般可认为在上述两阶段之前多一个“液化阶段”H·液化阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌和产氢菌；产甲烷阶段是甲烷菌利用H2／C02、乙酸、甲醇等C类化合物为基质，将其转化成甲烷，其中，／C02和乙酸是主要基质．有机垃圾厌氧发酵的三个阶段互相衔接、互相保持动态平衡．长期以来，对有关微生物作用的机理一直缺乏深入的认识．而微生物的作用在固体废物的堆肥化和卫生填埋处理中起着主导作用．笔者认为：有机垃圾厌氧发酵的三个阶段都是在微生物作用下的生物氧化还原反应，园来稿日期：1998—12—10*广东省重点科技攻关、广卅l市重点科技攻关项目资助周少奇男，1965年生副教授，博士；主要研究方向：环境生物技术，固体废弃物处理与资源化维普资讯http://www.cqvip.com华南理工大学学报第27卷此，可以在电子流平衡的基础上，用生化反应的计量学理论，对微生物反应的机理进行深入的研究．2有机垃圾厌氧消化反应的计量方程式2．1液化阶段固体物质主要包括：含氨有机物(CoHON，如蛋白质、死蘸体及其它动植物残渣等)和碳氢类化台物(CoHO，如淀粉、纤维索木质素等糖类物质、脂类物质、醇类等)．以这些物质为电子供体，设电子供体用于微生物细胞(}ON)合成的分量为，以1mol电子当量为基础，按文献[8]的方法可推得有机垃圾液化成醇类或糖类(C4H61O1)、各种有机酸(2H62O五)的生化反应计量方程式为：1C+HbO~N+孚删+H=孚cH~O+N++罟N+(一一)+(1)[[+±一]Holc~~o+孚N瞄+_，dH+c+誓Hcq)=~C．HgO,N+1-：f'c~：_2+唧+(一一)cO2+[坠+±一呈]H’oq2sr。云cHz-+a-f+mH7+(孚+Iqzf+)HCQ~=L,cH+czO州一一)cO2+=!二!q2—e)]H20(2)(3)由(1)～(3)式可见，液化反应的微生物都需要消耗一定的NH和碱度，当电子供体是含氮有机物时，还需要消耗一定的H，且含氮有机物中的氮索会以NH释放出来．以上诸式中：r=4a+b一2c一3d；q1=4al+bl～2cl；qz=4a2+b2—2c2+1；s=4a十一2e一35．2．2酸性发酵阶段此阶段主要是以上阶段产生的可溶性物质(Co-HO)和(H2O72)作电子供体，在微生物的作用下产乙酸或产氢气的过程．产乙酸的反应式为：．HbLO+芋N瞄+(孥+)HCO~=季c。EN+18f,CH3COO一+(qt一!)CCh+(4)一)(2a+—e)8。52a1口l维普资讯http://www.cqvip.com第9期周少奇：有机垃圾厌氧处理的微生物作用原理：：。+芋眦+(芋+一q!)HCO；=手oE+coo一+c一一+c+产H2的反应式为：(2口+一￡)击tn+芋N啊+竽Hc+(一)f]=李Ol+L+(～)CO2麦c。z。+誓N+(芋一)HCOic，+1q2坠)Ho5：手c++(al。-：1一)cch由(4)～(7)式可见，酸性发酵阶段都需要消耗一定NH和碱度