本書原著是在日本多年對普及的甲烷發(fā)酵法的基礎(chǔ)上編著而成的。全書共10章，分別介紹了甲烷發(fā)酵的研究和開發(fā)歷史、甲烷發(fā)酵過程理論、各種甲烷發(fā)酵過程、甲烷發(fā)酵工藝影響因素、甲烷發(fā)酵槽的運行管理、有機(jī)廢棄物的甲烷發(fā)酵、沼氣的有效利用、甲烷發(fā)酵的主要問題和對策、氫氣發(fā)酵工藝的可行性、甲烷發(fā)酵的課題和展望。

    本書可供從事甲烷發(fā)酵研究和設(shè)計、實際操作的人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生的參考用書。

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(hù)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(yīng)的甲烷生成 / 3

1.3.1  初期的認(rèn)識 / 3

1.3.2  二階段學(xué)說和化學(xué)解析的發(fā)展 / 3

1.3.3   產(chǎn)氫乙酸共生細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)和三菌群

學(xué)說 / 4

1.3.4  二相四階段學(xué)說的確定 / 4

1.4 反應(yīng)過程的開發(fā) / 6

1.4.1  厭氧消化反應(yīng)過程的誕生 / 6

1.4.2  分離型消化槽和加熱技術(shù)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(shè)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(xiàn) / 15

第2章 甲烷發(fā)酵過程理論 / 17

2.1 根據(jù)投入有機(jī)物的組成分析簡單推算

甲烷轉(zhuǎn)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(xué)說的地位 / 23

2.3 物質(zhì)變化概要 / 24

2.3.1  分解反應(yīng) / 25

2.3.2  水解反應(yīng) / 28

2.3.3  產(chǎn)酸反應(yīng) / 31

2.3.4  異相氫轉(zhuǎn)移反應(yīng) / 44

2.3.5  甲烷生成反應(yīng) / 58

2.3.6  其他厭氧微生物反應(yīng) / 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(guān)的物理化學(xué)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(zhì)系數(shù) / 72

參考文獻(xiàn) / 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(yīng)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(yīng)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(xiàn) / 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(jī)物負(fù)荷 / 115

4.4 攪拌及混合 / 116

4.5 pH 值、堿度和揮發(fā)性有機(jī)酸濃度 / 116

4.6 基質(zhì)組成（C/N 比）和氨氮抑制 / 117

4.7 重金屬的阻害和反應(yīng)的促進(jìn) / 118

參考文獻(xiàn) / 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(dǎo)入 / 123

5.1.2  運行管理指標(biāo) / 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(fù)荷和沼氣產(chǎn)生量 / 128

5.3 有機(jī)酸的積蓄和酸敗對策 / 129

5.4 穩(wěn)定運行管理 / 130

參考文獻(xiàn) / 131

第6章 有機(jī)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(shè)施組合】  / 136

6.3 家畜糞便 / 138

【實例 3：酪農(nóng)學(xué)園大學(xué)】  / 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(jìn)計劃】  / 144

6.6 其他有機(jī)物 / 145

參考文獻(xiàn) / 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?xì)?/ 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(jié)果示例 / 164

7.4.3  熱電聯(lián)產(chǎn)的設(shè)立條件 / 165

參考文獻(xiàn) / 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(gòu)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(xiàn) / 180

第9章 氫氣發(fā)酵工藝的可行性 / 182

9.1 厭氧細(xì)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(yīng)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(xiàn) / 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(jìn)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(jī)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(hù)中甲烷發(fā)酵的地位 / 204

參考文獻(xiàn) / 205

附錄A 甲烷發(fā)酵的微生物學(xué)基礎(chǔ) / 206

A.1 通過碳源和能源的種類對細(xì)菌進(jìn)行

分類 / 207

A.2 通過電子受體的種類對細(xì)菌進(jìn)行

分類 / 208

A.3 通過電子供體氧化反應(yīng)類型進(jìn)行細(xì)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(gòu)造 / 213

A.4.1  甲烷發(fā)酵槽的細(xì)菌群 / 213

A.4.2  真細(xì)菌種類 / 214

A.4.3  產(chǎn)甲烷菌的種類 / 216

A.5 分子生物學(xué)解析的意義 / 218

參考文獻(xiàn) / 222

附錄B 甲烷發(fā)酵的數(shù)學(xué)模型 / 224

B.1 數(shù)學(xué)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(xué)模型的注意事項 / 226

B.2.1  收支平衡參數(shù)的應(yīng)用 / 226

B.2.2  模型的建立順序和思路 / 228

B.2.3   基于物質(zhì)收支平衡和速度論的相關(guān)

表格的制作 / 229

B.2.4  參數(shù)的把握 / 231

參考文獻(xiàn) / 237

附錄C 甲烷發(fā)酵的化學(xué)過程 / 238

C.1 基質(zhì)分解和細(xì)菌增殖的關(guān)系 / 239

C.2 菌體的元素 / 243

C.3 氧化還原反應(yīng) / 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(yīng)的機(jī)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(xiàn) / 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(shè)定 / 259

D.2 模型消化槽的數(shù)據(jù)的確定 / 259

D.3 回流負(fù)荷與模型的結(jié)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(xiàn) / 263

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