《微生物与发酵工程》第11章-发酵工程在新型能源课件.ppt

1、乙醇发酵、沼气发酵和污水生物处理原料、发酵与蒸馏工艺一、乙醇发酵的原料和菌种1.乙醇的工业用途2.乙醇发酵原料淀粉原料、糖质原料、纤维素原料3.乙醇发酵微生物糖化菌曲霉、根霉和毛霉酒化菌酵母及某些细菌二、乙醇发酵生化机制 1.淀粉质原料的水解淀粉粒吸水膨胀淀粉粒破裂溶解(糊化)淀粉水解(液化及糖化)2.纤维素原料的水解秸秆原料的主要成分纤维素的水解过程和特点3.酵母菌乙醇发酵途径三、乙醇发酵工艺1.淀粉原料乙醇发酵工艺乙醇发酵分为前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段，总发酵时间一般6072h。图11-1 淀粉原料乙醇发酵工艺流程三、乙醇发酵工艺2.糖质原料的乙醇发酵工艺工艺较简单，原料如糖蜜经

2、预处理后，添加一定营养物，即可接入酵母发酵。3.纤维素原料的乙醇发酵工艺水解发酵两步法同时糖化发酵法固定化细胞发酵工艺直接发酵法四、乙醇蒸馏工艺1.发酵成熟醪的组分及其分离酒糟、头级杂质、中间级杂质、尾级杂质2.乙醇蒸馏与精馏工艺图11-2 气相进料两塔蒸馏工艺流程沼气发酵的机理、工艺和厌氧消化器一、沼气发酵理论机理 1.沼气和沼气发酵沼气是以甲烷和CO2为主的可燃气体沼气发酵工艺是指在厌氧条件下，通过沼气发酵微生物的活动，处理有机废物并制取沼气的技术与装备，也称为厌氧消化工艺2.沼气发酵理论机理(三阶段)1.水解阶段2.酸化阶段3.产甲烷阶段农用沼气池示意图大型沼气工程农用沼气池出口农户用自

3、产沼气点燃沼气灯照明二、沼气发酵的基本工艺流程 1.沼气发酵的工艺类型参见表11-1.2.沼气发酵的基本工艺流程参见图11-1.图11-1 沼气发酵的基本工艺流程表11-1 沼气发酵的工艺类型三、厌氧消化器的类别 1.主要相关概念水力滞留期(HRT)，固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)2.常规型消化器1.常规型消化器如农村使用的水压式沼气池见图11-2.图11-2 水压式沼气池见三、厌氧消化器的类别2.完全混合式消化器曾是一种使用最多，适用范围最广的消化器，但由于能耗高，效率低，目前应用已经较少，例如污水处理厂好氧活性污泥的厌氧消化装置，参见图11-3.图11-3 完全混合式消化器三

4、、厌氧消化器的类别3.塞流式消化器在我国已有多种应用，适用于高SS废物的处理外，尤其适用于牛粪的消化，用于农场效果好，参见图11-4.图11-4 塞流式消化器三、厌氧消化器的类别3.污泥滞留型消化器1.厌氧接触工艺也被称为带有污泥回流的连续搅拌罐反应器，比较稳定，是目前比较成熟的工艺，参见图11-5.图11-5 厌氧接触工艺示意图三、厌氧消化器的类别2.升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，UASB)是目前世界上发展最快的消化器，负荷高但结构较复杂，进水要求高，参见图11-6.图11-6 升流式厌氧污泥床示意图三、厌氧消化器的类别3.膨胀颗粒

5、污泥床膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed，EGSB)是20世纪90年代荷兰人Lettinga在UASB基础上改进研发的高效厌氧消化反应器，参见图11-7.图11-7 膨胀颗粒污泥床三、厌氧消化器的类别4.内循环(IC)厌氧反应器内循环(Internal Circulation)厌氧反应器是当代水处理技术中使用的新型高效厌氧消化反应器，参见图11-8.图11-8 内循环(IC)厌氧反应器三、厌氧消化器的类别5.升流式和折流式反应器不完善的二类厌氧消化器4.附着膜型消化器1.厌氧滤器(AF)厌氧滤器(Anerobic Filter,AF)是一种内部安装了惰性介

6、质的厌氧消化器，参见图11-9.图11-9 厌氧滤器(AF)示意图三、厌氧消化器的类别2.流化床和膨胀床流化床(Fluidized Bed,FB)和膨胀床(Expanded Bed,EB)内部亦有惰性填充物增加比表面积，参见图11-10.图11-10 流化床和膨胀床三、厌氧消化器的类别5.其它沼气发酵工艺如两段式沼气发酵工艺等参见教材P308.此部分内容另参见教材P314厌氧处理法(anaerobic treatment).污水处理的原理和工艺一、污水处理的基本原理和概念1.污水处理的概念水体的污染物因稀释、水解、氧化、光分解和微生物作用具有自净能力,但水体自净有一定限度。当污染负荷超过自净容

7、量时，必须施以人工净化措施，即污水处理。2.污水处理的基本原理通过微生物体内的氧化、还原、分解、合成等生化作用，把一部分被吸收的有机物转化为微生物体所需的营养物质、组成新细胞等，另一部分有机物氧化分解为CO2、水等简单无机物，同时释放出能量并使污水净化。小型污水处理池大型污水处理池一、污水处理的基本原理和概念3.污水处理相关概念全需氧量(TOD)也称理论需氧量，指水中全部有机物被氧化成CO2、水、NO3等无机物过程所消耗氧的计算值。化学需氧量(COD)是用强氧化剂(K2Cr2O7或KMnO4)使污染物氧化所需要的氧量，能被氧化的有机物无机物均包括在内。测定结果分别标记CODCr或CODMn。一

8、、污水处理的基本原理和概念生化需氧量(BOD)是指微生物在有足够溶解氧存在条件下分解有机质过程所消耗的氧量。常用为BOD5，即5日生化需氧量，表示在20下培养5日，1升水中溶解氧之减少量。4.污水处理的级别根据处理对象和深度不同，分为以下三种处理：1.一级处理 主要通过过滤、沉淀等物理方法，去除污水中粗大固形物和部分悬浮物。一、污水处理的基本原理和概念2.二级处理在一级处理的基础上，主要去除水中的有机物。主要采用生物法处理。3.三级处理也称深度处理，采用各种物理化学生物等各种方法使二级处理后的水进一步净化，各种有机和无机污染物去除率在98以上。二、污水的生物处理方法1.活性污泥法(activa

9、ted sludge procese)1.活性污泥(activated sludge)的概念活性污泥是一种绒絮状小泥粒，它是由需氧菌为主体的微型生物群体，以及有机性或无机性胶体、悬浮物等组成的一种肉眼可见的细粒。它具有很强的吸附和分解有机质的能力。活性污泥法即利用含大量需氧性微生物的活性污泥，在强力通气条件下使污水净化的生物方法。2.活性污泥的生物组成细菌类 主力军，主要是革兰氏阴性好氧化能异养杆菌。二、污水的生物处理方法原生动物 次生生物，以纤毛虫类为主，是污水净化指示生物。其他生物 包括霉菌、放线菌、酵母、病毒、后生动物等。二、污水的生物处理方法3.活性污泥的功能吸附、分解代谢、凝聚与沉淀

10、。4.活性污泥的主要类型1.标准活性污泥法(conventional activated sludge procese)图11-11 标准活性污泥法示意图二、污水的生物处理方法2.完全混合式活性污泥法(completely Mixed activated sludge procese)图11-12 完全混合式活性污泥法示意图二、污水的生物处理方法3.渐减曝气法(step serration procese)图11-13 渐减曝气法示意图二、污水的生物处理方法4.吸附再生法接触氧化稳定法(contact stabilization procese)图11-14 吸附再生法示意图二、污水的生物处理

11、方法5.纯氧活性污泥法(pure oxygen activated sludge procese)图11-15 纯氧活性污泥法示意图二、污水的生物处理方法6.其他方法 如延时曝气法(extended aeration procese)、高速活性污泥法(high rate activated sludge procese)等。2.生物膜法(biofilm process)1.生物膜的概念和功能生物膜污水处理法是利用微生物群落附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积较大。同活性污泥相比，生物膜中的微生物种类和数量更加丰富。生物膜内层为厌氧生

12、物。生物膜会不断脱落更新。二、污水的生物处理方法2.生物膜法的主要类型1.生物滤池(biological filter)图11-16 塔式生物滤池示意图二、污水的生物处理方法2.生物转盘(biological disc)图11-17 生物转盘示意图二、污水的生物处理方法3.生物接触氧化法(biological contact oxidation process)图11-18 生物接触氧化法示意图二、污水的生物处理方法4.生物流化床反应器(fludized bed reacter)图11-18 生物流化床反应器示意图二、污水的生物处理方法3.厌氧处理法(anaerobic treatment)参见本章第一节相关内容。三、有机固体废弃物微生物处理参见第十章第一节相关内容。