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一体化污水处理设备价格选择
点击次数:1458 发布时间:2017-12-21

酸化阶段是水解阶段产生的有机化合物既作为电子受体亦作为电子供体的生物降解过程.腐殖质能促进酸化过程进行,腐殖质所养菌完成.换言之,自养产甲烷菌和硫酸盐还原菌(SRB)会利用H2,使厌氧消化系统H2分压降低,促进有机酸降解.同时,腐殖质还原菌也可利用H2作为电子供体生成AH2QDS,使系统H2分压降低. Succinog产量;仅添加AQDS剂量为0.066和0.33 g·g-1 TS时,VFAs产生量便可分别提高0.9和1.7倍,产生的VFAs主要是乙酸和丙酸;同时,添加AQDS还可显著提高蛋白质降解率,但对多糖降解率提高并不明显.酸化过程中,AQDS作为电子受体加速了氨基酸氧化还原.

  污泥厌氧消化酸化阶段有机物会转化为VFAs,这使得厌氧消化系统pH下降,而适度pH值下降(pH=4.5~5.5)对酸化细菌较为有利.由于腐殖酸中羧基和羟基解离可以释放出质子,因此,腐殖酸为弱酸,其与腐殖酸盐可以形成良好的酸/碱缓冲体系.腐殖质在厌氧消化系统可作为酸碱缓冲剂,避免厌氧消化酸化过度,维持微生物活性.

  3.3 产氢/乙酸阶段

  表 1列举了产氢/乙酸阶段有机底物产氢/乙酸生化反应.表 1中的生化反应只有在厌氧消化系统中乙酸和H2分压很低时才能完enes加入到含乙酸缓冲溶液后,乙酸仍未被利用;但添加腐殖质或醌类模式物后,乙酸(标记2-14C)则被迅速氧化为14CO2.结果显示,腐殖质或醌类模式物可作为电子中间穿梭体促进微生物共同作用氧化乙酸.腐殖质或AQDS作为电子受体,氧化乙酸产甲烷反应过程如式(2)所示.然而,因反应热力学吉布斯自由能不同(表 2),因此,以H2作为电子供体的硫酸盐还原菌、产甲烷菌和同型产乙酸菌利用H2比腐殖质还原菌更具优势(Cervantes et al., 2008;Madigan et al., 2000).

  表 1 有机底物产氢/乙酸生化反应

  表 2 嗜氢营养细菌热力学反应

  污泥厌氧消化系统挥发性脂肪酸(VFAs)中丙酸是zui难降解的;丙酸产氢产乙酸速率很慢,大量丙酸会在厌氧消化系统中形成积累,进而使系统pH值降低,影响产甲烷菌活性.研究表明,厌氧消化过程中30%的电子传递与丙酸降解过程有关,腐殖质可作为电子中间体,提高厌氧消化氧化还原电位,强化丙酸氧化生成乙酸.

  乳酸也是厌氧消化的关键中间产物,研究表明,几乎所有单糖可通过乳酸路径进行降解,但乳酸降解很快,只有当瞬时有机负荷过高时乳酸才会出现.污泥厌氧消化系统中乳酸转化为丙酸,会对系统造成潜在危害,且乳酸不宜作为产甲烷细菌利用的终端产物.研究也表明,腐殖质还原菌可利用乳酸作为底物,促进乳酸向乙酸转化,减少系统内丙酸积累,参与产氢/乙酸形成.腐殖质促进乳酸转化乙酸的反应过程如式(1)所示.

  (1)

  3.4 产甲烷阶段

  厌氧条件下腐殖质所含醌基可作为微生物呼吸电子受体,氧化简单有机物而产生CO2.在厌氧呼吸中,腐殖质所含醌基或胞外醌类物质可充当微生物电子中间穿梭体,醌基数量决定了腐殖质接受电子的能力究表明,在腐殖质或醌类模式物缺乏条件下,G. Metallireducens或W. Succinogenes均难以利用乙酸;G. Metallireducens和W.

  (2)

  然而,腐殖质也可能抑制污泥厌氧消化产甲烷过程.有学者尝试从煤中提取腐殖质并添加到厌氧消化系统中,系统CH4产量几乎被完全抑制,但发现有少量CO2产生.研究表明,向污泥厌氧消化系统添加剂量分别为0.3、0.5、0.8和1.0 g·g-1的腐殖质,CH4产量分别减少了14%、42%、85%和97%;腐殖质抑制CH4产生主要是抑制嗜乙酸产甲烷路径,而嗜氢型产甲烷路径几乎未被抑制;抑制嗜乙酸产甲烷路径为乙酰辅酶A向5-甲基-四氢甲烷蝶呤转化过程,腐殖质会与该过程竞争电子,致使乙酸产甲烷路径被阻断.

  厌氧条件下腐殖质还原菌、产甲烷细菌和硫酸盐还原菌(SRB)仅以乙酸为底物时,腐殖质还原菌会在竞争乙酸中占优势,且腐殖质浓度越高对产甲烷细菌抑制效果越好;但当腐殖质与硫酸盐还原菌(SRB)仅以丙酸为底物时,硫酸盐还原

含醌基可以作为乙酸形成的电子受体,且醌基越多其接受电子容量越高,形成的乙酸就越多(Lovley et al., 1996;Liu et al., 2015).研究表明,添加醌类模式物AQDS可促进污泥厌氧消化酸化过程VFAs成.当H2分压低于1.5×104 Pa时,乙醇可进行产氢产乙酸反应;丁酸要求低于200 Pa,丙酸则要求低于900 Pa .因此,系统H2分压较高时会先后抑制丙酸、丁酸和乙醇降解.厌氧消化系统H2分压降低必须依靠嗜氢营

菌黏度增加,从而微生物利用营养物质出现延迟;腐殖质还原菌会与产甲烷菌(Archaea)竞争并占优势.但较低浓度(1.0~5.0 g·L-1)的腐殖质可作为厌氧消化降解有机物的电子受体,促进VFAs转化效率和CH4产量增加.更多研究显示,在极端嗜热条件下,低浓度AQDS (0.2 mg·L-1)可作为电子中间穿梭体强化Fe2O3还原;但会在竞争中会占优势.在实际应用中,因污泥腐殖质浓度低,腐殖质作为电子受体容量有限,因此,腐殖质还原菌并不会对产甲烷菌造成明显抑制作用.

  前已述及,高浓度腐殖质会对产甲烷过程造成明显抑制作用,且腐殖质浓度越高抑制作用越明显,但低浓度腐殖质可作为良好电子受体促进产甲烷过程.研究表明,腐殖质对垃圾渗滤液厌氧消化系统CH4产生速率有促进作用;与不加腐殖质相比,加入腐殖质浓度由250 mg·L-1提高至2000 mg·L-1,厌氧消化系统产气速率提高了10.2%~28.2%.也有研究显示,高浓度(10 g·L-1)腐殖质会抑制产甲烷活性,导致CH4产量降低;原因主要是

腐殖质浓度过高使得污泥基质当浓度超过2.0 g·L-1时,腐殖质呼吸作用会抑制产甲烷细菌活性.因此,有必要进一步探究污泥厌氧消化系统腐殖质提高VFAs转化效率和CH4产量而不会对CH4产生抑制作用的浓度.

  此外,参与中温厌氧消化产甲烷细菌要求环境中维持氧化还原电位(ORP)应低于-350 mV,而腐殖质作为电子受体属于氧化剂.研究显示,在T=25 ℃和pH=5.0的条件下,腐殖质标准电极电位平均值为0.778 V,且pH每升高1,标准电极电位降低约20 mV。因此,过高浓度的腐殖质或AQDS会使厌氧消化系统氧化还原电位升高,导致产甲烷细菌活性被抑制.

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