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pH和温度是怎样影响沼气产气率的?

发布日期:2017-09-08    字体显示:[大] [中] [小]

  适宜的PH环境
 
  pH是沼气发酵重要的影响因素。微生物对pH的波动十分敏感,即使在其生长pH范围内,pH的突然改变也会引起微生物活力明显下降,微生物对pH改变的适应比对温度改变的适应过程要慢得多。
 
pH和温度是怎样影响沼气产气率的?_湖北锐意自控
 
  超过pH范围时,会引起更严重的后果。低于pH下限并持续过久时,会导致产甲烷菌活力丧失殆尽,而产乙酸菌大量繁殖,引起反应系统的“酸化”。严重酸化发生后,反应系统难以恢复至原有状态。
 
  沼气发酵过程中,发酵性细菌与产酸菌对pH有较大范围的适应性,大多数可以在pH5.0~8.5范围内良好生长,一些产酸菌在pH小于5.0时仍可生长。产甲烷菌对pH变化更敏感,适宜的生长pH为6.5~7.8。
 
  沼气发酵的适宜pH范围是指反应器内料液的pH,而不是进料的pH。因为原料进入反应器内,生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进料的pH。对pH改变最大的影响因素是酸的形成,特别是乙酸的形成。因此含有大量易降解碳水化合物(如糖,淀粉等)的原料进入反应器后,pH会迅速降低。但是,已经酸化的原料进入反应器后,pH将上升。对于含大量蛋白质或氨基酸的原料,由于氨的形成,pH会略有上升。因此,对不同特性的原料,可选择不同的进料pH,进料pH可能高于或低于反应器内所要求的pH。
 
  pH对产甲烷菌的影响与挥发性脂肪酸的浓度有关,这是因为乙酸以及其他挥发性脂肪酸在非离解状态下是有毒的。pH越低,游离酸所占比重越大,因而在同一种挥发性脂肪酸浓度下,它们的毒性越大。
 
  pH的波动对厌氧污泥的产甲烷活性也会产生影响,其影响程度取决于:①波动持续的时间;②波动的幅度,一般pH越低,影响越大;③挥发性脂肪酸的浓度;④挥发性脂肪酸的组成。一般应将挥发性脂肪酸(以乙酸计)控制在30~300mg/L内,最高不宜超过1000mg/L。
 
  合适的温度
 
  温度是影响微生物生命活动的重要因素,对厌氧微生物及沼气发酵过程的影响尤为明显。各种微生物都在一定的温度范围生长,根据微生物生长的温度范围,习惯上将微生物分为三类:
 
  ①嗜冷微生物,生长温度5~20℃。
 
  ②嗜温微生物,生长温度20~42℃。
 
  ③嗜热微生物,生长温度42~75℃。
 
  相应地,沼气发酵也分为常温、中温(35℃)和高温(55℃)三类。随自然温度变化而变化的发酵方式称为常温发酵。发酵温度范围与上述微生物生长温度范国相对应。也就是说,在这三个温度区间运行的沼气发酵反应器内生长着不同类型的微生物,例如,只有嗜热微生物才能在高温沼气发酵反应器内生长。
 
  在每一个温度区间,随温度上升,微生物生长速率逐渐上升并达到最大值,相应的温度称为微生物的最适生长温度,超过此温度后,微生物生长速率迅速下降。在每个区间的上限,微生物的死亡速率已开始超过微生物的增殖速率。
 
  温度高出微生物生长温度的上限,将导致微生物死亡,如果温度过高或持续时间足够长,当温度恢复到正常温度后,细胞(或污泥)的活性也不能恢复。当温度下降并低于温度范围的下限,从整体上讲,微生物不会死亡,只是逐渐停止或减弱其代谢活动。菌体处于休眠状态,其生命力可维持相当长时间,当温度升至其原来生长温度时,细胞(或污泥)的活性能很快恢复。因此温度超过上限会引起严重问题,温度下降一般引起细胞活力下降,如果相应地降低反应器负荷或停止进料,则不会发生严重问题,一旦温度恢复正常,反应器运行即可很快恢复正常。
 
  迄今为止,大多数沼气发酵系统在中温范围运行,在此范围内,温度每升高10℃,沼气发酵反应速度约增加一倍。当温度低于最优温度,每下降1℃,沼气发酵速率下降11%。
 
  目前,中温发酵最常见温度为30~40℃,其最佳发酵温度为35~40℃。高温发酵工艺多在50~60℃运行。高温发酵的反应速率比中温发酵高25%~50%,沼气产率也高,但沼气中所占百分比却较中温低,并且易受操作条件和环境变化的影响,容易引起挥发酸积累。
 
  当处理含病原菌和寄生虫卵的料液时,采用高温发酵可取得理想的卫生效果。但是,采用高温消化需要消耗较多的能量,当处理量很大时,往往不宜采用。
 
  常温沼气发酵工艺由于污泥活性明显低于中温和高温,其反应器负荷也相应较低。对于某些温度较低的废水,提高废水发酵温度需要消耗太多的能源,在没有经济的加热能源时,常温发酵工艺也是可供选择的方案。
 
  具体采用什么发酵温度,需要根据原料温度、当地气温、加热热源,净能产出等因素综合比较确定。
 
  在最适范围内,温度的微小波动(如1~3℃)对沼气发酵过程不会有明显影响,如果温度下降幅度过大,污泥的活性显著降低,相应地,反应器的负荷也应当降低,以防止由于负荷过高引起的反应器酸积累等问题。
 
(来源:沼气圈)
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