本书原著是在日本多年对普及的甲烷发酵法的基础上编著而成的。全书共10章，分别介绍了甲烷发酵的研究和开发历史、甲烷发酵过程理论、各种甲烷发酵过程、甲烷发酵工艺影响因素、甲烷发酵槽的运行管理、有机废弃物的甲烷发酵、沼气的有效利用、甲烷发酵的主要问题和对策、氢气发酵工艺的可行性、甲烷发酵的课题和展望。

    本书可供从事甲烷发酵研究和设计、实际操作的人员参考，也可作为高等院校相关专业学生的参考用书。

第1章 甲烷发酵的研究和开发历史 / 1

1.1 甲烷发酵在地球环境保护和循环型社

会形成方面的意义 / 2

1.2 甲烷的发现 / 2

1.3 基于微生物反应的甲烷生成 / 3

1.3.1  初期的认识 / 3

1.3.2  二阶段学说和化学解析的发展 / 3

1.3.3   产氢乙酸共生细菌的发现和三菌群

学说 / 4

1.3.4  二相四阶段学说的确定 / 4

1.4 反应过程的开发 / 6

1.4.1  厌氧消化反应过程的诞生 / 6

1.4.2  分离型消化槽和加热技术的实施 / 7

1.4.3  基于连续搅拌的高效消化 / 7

1.4.4  甲烷发酵槽的设计 / 8

1.4.5  餐厨垃圾的甲烷发酵 / 9

1.5 日本的甲烷发酵历史 / 10

1.5.1  普及阶段 / 10

1.5.2  污水污泥处理 / 10

1.5.3  粪便处理 / 12

1.5.4  工厂排水处理 / 13

1.5.5   利用污泥再生处理中心对粪便和餐

厨垃圾的混合处理 / 13

1.5.6  家畜粪便的处理 / 14

参考文献 / 15

第2章 甲烷发酵过程理论 / 17

2.1 根据投入有机物的组成分析简单推算

甲烷转化率 / 18

2.1.1  元素组成的利用 / 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 的换算 / 21

2.1.5  活性污泥模型的利用 / 21

2.2 甲烷发酵过程中三菌群参与说和二相

四段学说的地位 / 23

2.3 物质变化概要 / 24

2.3.1  分解反应 / 25

2.3.2  水解反应 / 28

2.3.3  产酸反应 / 31

2.3.4  异相氢转移反应 / 44

2.3.5  甲烷生成反应 / 58

2.3.6  其他厌氧微生物反应 / 63

2.3.7  微生物的死亡和再增殖 / 65

2.4 温度的影响 / 65

2.5 相关的物理化学常数 / 66

2.5.1  平衡常数 / 66

2.5.2  亨利系数 / 71

2.5.3  总传质系数 / 72

参考文献 / 76

第3章 各种甲烷发酵过程 / 81

3.1 甲烷发酵过程分类 / 82

3.2 完全混合法 / 83

3.2.1  工艺流程 / 83

3.2.2  特征和注意事项 / 87

3.3 厌氧接触法 / 88

3.3.1  工艺流程 / 88

3.3.2  特征和注意事项 / 88

3.3.3  应用实例 / 89

3.4 厌氧滤床法 / 90

3.4.1  工艺流程 / 90

3.4.2  特征和注意事项 / 91

3.5? 厌氧流动床法 / 93

3.5.1  工艺流程 / 93

3.5.2  特征和注意事项 / 93

3.6 UASB 法和 EGSB 法 / 95

3.6.1  工艺流程 / 95

3.6.2  特征和注意事项 / 97

3.7? 干式甲烷发酵 / 99

3.7.1  工艺流程 / 101

3.7.2  特征和注意事项 / 102

3.8 二相工艺 / 103

3.8.1  反应工艺 / 103

3.8.2  特征和注意事项 / 104

3.9 其他甲烷发酵工艺 / 106

参考文献 / 107

第4章 甲烷发酵的影响因素 / 111

4.1 温度 / 112

4.2 停留时间（HRT 和 SRT）  / 114

4.3 有机物负荷 / 115

4.4 搅拌及混合 / 116

4.5 pH 值、碱度和挥发性有机酸浓度 / 116

4.6 基质组成（C/N 比）和氨氮抑制 / 117

4.7 重金属的阻害和反应的促进 / 118

参考文献 / 120

第5章 甲烷发酵槽的运行管理 / 122

5.1 甲烷发酵工艺的启动运行 / 123

5.1.1  接种污泥的导入 / 123

5.1.2  运行管理指标 / 125

5.1.3  常态下的驯化 / 126

5.1.4  不稳定状态的原因 / 128

5.2 槽负荷和沼气产生量 / 128

5.3 有机酸的积蓄和酸败对策 / 129

5.4 稳定运行管理 / 130

参考文献 / 131

第6章 有机废弃物的甲烷发酵 / 132

6.1 生活污水污泥 / 133

【实例 1：横滨市北部污泥资源化中心】  / 134

6.2 餐厨垃圾 / 135

【实例 2：中空知卫生设施组合】  / 136

6.3 家畜粪便 / 138

【实例 3：酪农学园大学】  / 139

6.4 草木植物 / 140

6.5 混合物 / 141

【实例 4：KAMPO 循环工业园】  / 142

【实例5：株洲市京华中心—株洲生物能

源促进计划】  / 144

6.6 其他有机物 / 145

参考文献 / 145

第7章 沼气的有效利用 / 149

7.1 消化气体的成分和热量值 / 150

7.2 消化气体的利用 / 151

7.2.1  消化槽的加热 / 151

7.2.2  管理室的空调 / 151

7.2.3  都市燃气 / 151

7.2.4  汽车燃料 / 152

7.2.5  消化气体发电 / 152

7.2.6  燃料电池发电 / 155

7.3 沼气的精制 / 156

7.3.1  硫化氢的去除 / 156

7.3.2  二氧化碳的去除 / 157

7.3.3  硅氧烷的去除 / 159

7.4 热电联产 / 161

7.4.1   气体发电系统热量平衡计算模型概要 / 162

7.4.2  热平衡计算结果示例 / 164

7.4.3  热电联产的设立条件 / 165

参考文献 / 166

第8章 甲烷发酵的主要问题和对策 / 167

8.1 甲烷发酵系统的基本构成和主要问题 / 168

8.2 高浓度高温甲烷发酵的高效率化 / 168

8.3 氨氮积累和阻害的对策 / 169

8.4 消化液的处理 / 171

8.4.1  液肥利用 / 171

8.4.2  水处理 / 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  分别消化工艺 / 177

参考文献 / 180

第9章 氢气发酵工艺的可行性 / 182

9.1 厌氧细菌的氢气发酵 / 183

9.1.1  氢气生成的原理 / 183

9.1.2  厌氧产氢菌 / 185

9.1.3  工艺运行条件 / 188

9.2 氢气发酵工艺的效率 / 189

9.2.1  原料 / 189

9.2.2  反应槽 / 190

9.2.3  能量回收计算 / 190

9.3 氢气和甲烷二段工艺 / 190

9.4 氢气发酵的安全管理 / 191

参考文献 / 193

第10章 甲烷发酵的课题和展望 / 195

10.1 对日本生物能利用综合战略的期待 / 196

10.2 沼气作为运输用燃料对二氧化碳减排的优势 / 197

10.3 LOTUS 项目 / 198

10.4 日本普及中的课题 / 199

10.5 甲烷发酵新功能的开发展望 / 200

10.5.1   通过污水管道对餐厨垃圾进行资源

回收 / 200

10.5.2   加入甲烷发酵的生物乙醇生产

系统  / 201

10.5.3  通过生物甲烷生产氢气 / 201

10.5.4  有机氯化合物的分解 / 202

10.5.5  农业有效利用 / 203

10.5.6  环境保护中甲烷发酵的地位 / 204

参考文献 / 205

附录A 甲烷发酵的微生物学基础 / 206

A.1 通过碳源和能源的种类对细菌进行

分类 / 207

A.2 通过电子受体的种类对细菌进行

分类 / 208

A.3 通过电子供体氧化反应类型进行细菌分类 / 209

A.3.1  发酵 / 209

A.3.2  呼吸 / 210

A.3.3  发酵和呼吸的氢气（电子）处理 / 211

A.4 厌氧环境下生存微生物的群体构造 / 213

A.4.1  甲烷发酵槽的细菌群 / 213

A.4.2  真细菌种类 / 214

A.4.3  产甲烷菌的种类 / 216

A.5 分子生物学解析的意义 / 218

参考文献 / 222

附录B 甲烷发酵的数学模型 / 224

B.1 数学模型的种类 / 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 建立数学模型的注意事项 / 226

B.2.1  收支平衡参数的应用 / 226

B.2.2  模型的建立顺序和思路 / 228

B.2.3   基于物质收支平衡和速度论的相关

表格的制作 / 229

B.2.4  参数的把握 / 231

参考文献 / 237

附录C 甲烷发酵的化学过程 / 238

C.1 基质分解和细菌增殖的关系 / 239

C.2 菌体的元素 / 243

C.3 氧化还原反应 / 245

C.4 菌体的生成 / 247

C.4.1  最大收率理论 / 247

C.4.2  维持代谢反应的机理 / 251

C.4.3  最大比增殖速率和亲和常数理论 / 253

参考文献 / 256

附录D 气体发电系统的热收支平衡的

计算模型    / 258

D.1 污泥产生量、VS量的季节变化的

设定 / 259

D.2 模型消化槽的数据的确定 / 259

D.3 回流负荷与模型的结合 / 260

D.4 加热示范消化槽所需热量的计算 / 260

D.5 消化气产生量 / 262

D.6 发电量、废热回收量的计算 / 263

参考文献 / 263

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