【中華百科全書●工學●厭氧分解】

楊籍富 發表於 2012-12-24 09:05:50

【中華百科全書●工學●厭氧分解】 廢污之生物分解作用，係藉細菌或各種微生物之活動，將其所含之複雜有機物分解為簡單產物，最後並趨於穩定。
 
廢污生物分解大致分為兩大類，一為好氧分解；
 
另一為厭氧分解。
 
細菌及微生物在分解有機物過程中最重要之氧化還原酵素反應即為氫之移轉，必須要有氫接受物始克完成，凡細菌及微生物以水中自由氧為其最後氫之接受物者，稱為好氧菌；
 
以含氧之有機物、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽，或二氧化碳等為最後氫之接受物者，稱為厭氧菌；
 
兩者均可利用者，則稱為兼性菌。
 
細菌新陳代謝之結果，有機物則氧化，細胞則合成，如左圖所示：（見圖1）由於細菌之能量移轉方式不同，好氧與厭氧之反應機構及其最終產物也各不同。
 
厭氧分解作用即係在無氧之條件下，經厭氧菌活動而進行。
 
厭氧分解一般可分為兩大階段，每階段由一群特定細菌來完成反應，第一階段主要是酸細菌（AcidFormer）之酸性醱酵作用（AcidFermentation）；
 
第二階段為甲烷生成菌（MethaneFormer）之甲烷醱酵作用（MethaneFermentation）。
 
亦有人將厭氧分解分成三個階段，即酸性醱酵期、酸性減退期（AcidDepression）、鹼性醱酵期（AlkalineFermentation）。
 
馬卡提（McCarty）則從動力觀點而將厭氧作用分成水解、酸形成，及甲烷醱酵三階段。
 
總之，厭氧分解必經兩步驟，第一為液化（Liquefaction），利用外細胞酵素先將有機物大顆粒或複雜者，變為簡單或溶解之有機物，再進而由兼性或厭氧性之酸生成菌分解為有機酸等水解中間產物，並獲取能量，各種不同物質之中間產物如下：一、纖維素→醋酸、丁酸。
 
二、碳水化合物→醋酸、丙酮、乙醇、丁酸。
 
三、蛋白質→胺基酸、脂肪酸。
 
四、脂肪→脂肪酸、醇、甘油。
 
第二階段為氣化（Gasification），由甲烷生成菌將第一階段產生之中間物，進一步分解為甲烷、二氧化碳等最終產物，其反應式如下：一、有機酸生成甲烷CH3COOH→CH4 CO24CH3CH2COOH 2H2O→4CH3COOH 3CH4 CO22CH3CH2CH2COOH CO2 2H2O→4CH3COOH CH4二、乙醇生成甲烷2CH3CH2OH CO2→2CH3COOH CH4三、二氧化碳與氫氣作用生成甲烷CO2 4H2→CH4 2H2O此外，兼性細菌可利用硝酸鹽、亞硝酸鹽作為氫之接受者，而硫酸鹽還原菌（SulfateReducers）Desulfovibrio可利用硫酸鹽當作氫之接受者，其反應式分別如下：（見圖2）由上可知，在厭氧分解時，其最終產物均為氣體，而CH4含量甚高，能量可以回收利用。
 
厭氧分解雖由兩種連續反應構成，但酸生成菌與甲烷生成菌之作用是同時進行的，也因此才能達到良好之緩衝作用，其反應之通式可寫成：（見圖3）因被消耗之有機物最後需氧量（UltimateOxygenDemand）等於生成甲院之最後需氧量，因此由有機物穩定量可以估算出甲烷產生量，甲烷之需氧量如下式：CH4 2O2→CO2 2H2O即一摩爾之甲烷相當於二摩爾之氧量。
 
換言之，每產生甲烷十六克可去除生化需氧量或化學需氧量六十四克，亦即固定一公斤之BOD或COD可產生三百五十公升之甲烷（攝氏零度，latm下），而每公升甲烷能產生熱量八千五百四十四卡，因此可利用產生之氣體作為燃料。
 
西元一九五九年，英國倫敦更首先將厭氧產生之氣體用於氣渦輪機（GasTurbine)發電上，結果相當成功。
 
一九六三年，美國加州OrangeCounty之處理廠也開始利用氣渦輪機發電。
 
至此，厭氧氣體之利用價值更邁進一步。
 
目前則由於渦輪機材料之進步，熱回收系統之改良，以及完全燃燒理論及技術之精進，使發電效率提高不少，根據美國EPA之資料，大約三‧五立方呎之厭氧氣體就可產生一Kwh之電力。
 
（楊萬發）
 引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=9071

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