厌氧消化运行影响因素分析

4厌氧消化运行影响因素分析

产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；主要影响因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、有机负荷率（F/M比）、有毒物质等等。

1).温度因素:

温度对厌氧微生物的影响尤为显著，厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感（一天内的变化范围在1.5～2℃以内为宜），温度的突然变化，对甲烷产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。

厌氧细菌可分为嗜温菌（中温菌）、嗜热菌（或高温菌）；相应地，厌氧消化分为：常温消化（10～30℃）、中温消化（33～35℃）和高温消化（50～55℃）；高温消化的反应速率约为中温消化的1.5～1.9倍，产气率也相对较高，但气体中甲烷含量较低；当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20～25℃）进行，以节省能量和运行费用。

2). pH值和碱度：

pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素，pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物；重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8～7.2，当pH<6.5或pH>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化。

厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗，使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生，使系统的pH值回升。一般通过控制碱度来控制pH值，通常碱度控制在2500～5000mgCaCO3/L比较合适，

3).氧化还原电位（ORP或Eh）：

产甲烷菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷菌有毒害作用，因此必须创造厌氧的条件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映，一般控制在Eh为-300mV左右。高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~-600mV；

中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300~-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv。

4).有机负荷率（F/M比）：

厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高，一般可达5～10kgCOD/m3.d，甚至可达50～80kgCOD/m3.d；无传氧的限制；可以积聚更高的生物量。产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，因此必须十分谨慎地选择有机负荷；高的有机容积负荷的前提是高的生物量，而相应较低的污泥负荷；高的有机容积负荷可以缩短HRT，减少反应器容积。

5).营养与C/N比：

厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氨素两种营养物质，厌氧发酵原料的

C/N比以（20～30）:1为宜。原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，系统的缓冲能力低，pH易降低，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒，会抑制消化过程。

厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P=200：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：①K、Na、Ca等金属盐类；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。

6).有毒物质：

挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。

有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物等：

7). 氨氮：

厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系统中的由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。

8). 搅拌和混合：

搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，提高产气量。

搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。气体搅拌是将消化池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程。

9). 接种物：

厌氧发酵中细菌数量和种群会直接影响细菌甲烷的产生。不同来源的厌氧发酵物种对产气量有不同的影响，添加接种物可有效提高消化液中微生物的种类和数量，从而提高反应器的消化处理能力和产气量。在开始发酵时，一般要求菌种量达到料液量的5%以上。