厌氧反应器的工作原理

厌氧反应器的工作原理

厌氧反应器

厌氧消化是微生物在没有氧气的情况下分解可降解材料的过程的集合。该过程用于工业或家庭目的，以管理废物或生产燃料。 工业上用于生产食品和饮料产品的许多发酵以及家庭发酵都使用厌氧反应器消化。

  厌氧消化自然发生在某些土壤以及湖泊和海洋盆地的 沉积物中 ，通常被称为“厌氧活性”。这是亚历山德罗·沃尔塔 （ Alessandro Volta）在1776年发现的沼气甲烷的来源。

  消化过程从输入材料的细菌 水解开始。 不溶性有机聚合物 （例如碳水化合物 ）被分解为可用于其他细菌的可溶性衍生物。 然后，产酸 细菌将糖和氨基酸转化为二氧化碳， 氢 ， 氨和有机酸 。 在产乙酸中，细菌将这些生成的有机酸与其他氨，氢和二氧化碳一起转化为乙酸 。 最后， 产甲烷菌将这些产物转化为甲烷和二氧化碳。产甲烷古细菌种群在厌氧废水处理中起着不可或缺的作用。

  厌氧消化被用作处理可生物降解废物和污水污泥的过程的一部分。 作为综合废物管理系统的一部分，厌氧消化可减少垃圾填埋气体向大气的排放。 厌氧消化池也可以饲喂专门种植的能源作物，例如玉米 。

厌氧消化被广泛用作可再生能源 。 该过程产生的沼气由甲烷 ， 二氧化碳和痕量其他“污染物”气体组成。 [1]这种沼气可直接用作燃料，在热电联产发动机中使用，或升级为天然气质量的沼气。 也产生的营养丰富的消化液可用作肥料 。

随着废物作为资源的再利用和降低资本成本的新技术方法，厌氧消化近年来在许多国家的**中得到了越来越多的关注，其中包括英国（2011年），德国， 丹麦（2011），和美国。

许多微生物会影响厌氧消化，包括形成乙酸的 细菌 （ 产 乙酸 菌 ）和形成甲烷的古细菌 （ 产甲烷菌 ）。 这些生物促进了将生物质转化为沼气的许多化学过程。

通过物理密闭将气态氧排除在反应之外。 厌氧菌利用来自氧气以外的来源的电子受体。 这些受体可以是有机材料本身，也可以由无机氧化物从输入材料中提供。 当厌氧系统中的氧气源来自有机材料本身时，“中间”最终产品主要是醇 ， 醛和有机酸，再加上二氧化碳。 在存在专门的产甲烷菌的情况下，中间体会转化为甲烷，二氧化碳和痕量硫化氢的“最终”最终产物。 [15]在厌氧系统中，原料中所含的大部分化学能由产甲烷细菌以甲烷的形式释放。 [16]

厌氧微生物群体通常需要大量时间才能使其完全有效。 因此，通常的做法是从具有现有种群的材料中引入厌氧微生物，该过程称为“播种”消化器，通常通过添加污水污泥或牛粪便来完成。

在大多数情况下，生物质由大型有机聚合物组成。 为了使厌氧消化池中的细菌获得材料的能量，必须首先将这些链分解成较小的组成部分。 这些组成部分或单体（例如糖）很容易为其他细菌所用。 断开这些链并将较小的分子溶解到溶液中的过程称为水解。 因此，这些高分子量聚合物组分的水解是厌氧消化中必不可少的第一步。 [19]通过水解 ，复杂的有机分子被分解为简单的糖 ，氨基酸和脂肪酸 。

产甲烷菌可以直接使用第一步产生的乙酸和氢。 其他分子，例如链长比乙酸盐长的挥发性脂肪酸（VFA），必须首先分解为可被产甲烷菌直接使用的化合物。 厌氧消化特别适用于有机材料，通常用于工业废水 ， 废水和污水污泥的处理 。 [67]厌氧消化是一个简单的过程，可以**减少有机物的数量，否则这些有机物原本注定要倾倒在海上， [68]倾倒在垃圾填埋场或在焚化炉中燃烧 。

与环境相关的立法对发达国家固体废物处理方法的压力加大了厌氧消化作为减少废物量和产生有用副产物的过程的应用。 它既可以用于处理按源头分类的市政废物，也可以与机械分类系统结合使用，以处理残留的混合市政废物。 这些设施称为机械生物处理厂。

如果将在厌氧消化池中处理过的可腐烂废料丢弃在垃圾填埋场中，它将自然分解，并且通常会厌氧分解。 在这种情况下，气体最终将逸出到大气中。 由于甲烷作为温室气体的效力是二氧化碳的约20倍，因此对环境产生了重大的负面影响。

在收集生活垃圾的国家中，使用当地厌氧消化设施可以帮助减少需要运输到集中式垃圾填埋场或焚化设施的垃圾量。 这种减轻的运输负担减少了收集车的碳排放。 如果将局部厌氧消化设施嵌入配电网络中，则它们可以帮助减少与通过国家电网传输电力相关的电损耗。

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