丙酸浓度的增加对产甲烷菌有抑制作用,因此丙酸积累会造成系统失衡。研究表明,通过加入苯酚造成系统中丙酸浓度增加(苯酚厌氧降解产生丙酸)时,丙酸浓度最高积累至2750mg/L,同时pH值低于6.5在此条件下未观察到对底物葡萄糖产甲烷的抑制作用,因此有人认为,丙酸的高浓度并不意味着厌氧消化系统的失衡。从以上的分析可以看出,系统失衡时常常伴随着丙酸的积累,但是丙酸积累可能只是系统失衡的结果,并不是原因。
控制厌氧消化系统中的丙酸积累,应当控制合适的条件以减少丙酸的产生,并且同时创造有利条件促进丙酸转化。首先,可以采用两相厌氧消化工艺。水解产酸菌和产甲烷菌的最佳生长环境条件不同,通过相分离可以有效地为两类微生物提供优化的环境条件。适当控制产酸相的pH值从而抑制丙酸的产生,在产甲烷相中,由于较低的氢分压以及利用氢的产甲烷菌的存在,促进丙酸被有效转化,从而提高反应器效率和系统稳定性。在废水高温厌氧处理中,当丙酸是主要的有机污染物而氢气的产生不可避免时,应采用两相厌氧反应器,在第二相中,丙酸可以被去除。两相系统处理能力提高的原因主要为在第二个反应器中,氢分压的降低促进了丙酸的氧化。
由于有机负荷的提高往往造成丙酸的产生,从而导致丙酸的积累和系统的失衡,所以,抑制厌氧消化系统中的丙酸积累,还可以选择抗冲击负荷的反应器形式。当处理水质或水量波动大的废水时,选用抗冲击负荷的反应器形式就能有效增强系统的稳定性。和其他形式的厌氧反应器相比,厌氧折流板反应器(ABR)具有良好的抗冲击负荷能力,它将反应器分成不同的隔室,在每一个隔室中,水流呈完全混合的状态以促进微生物和基质的接触,而整个反应器中,水流则是推流状态以实现微生物种群的分离。当发生冲击负荷时,第一个隔室中较低的pH值和较高的底物浓度使产乙酸菌和丁酸发酵菌大量生长,从而限制了产丙酸菌的生长。虽然第一个隔室会发生氢的积累,但是多隔室的构造使过量的氢气可以从系统排出,从而增强了系统的稳定性。
2.3.4 搅拌
厌氧消化是细菌体内的内酶和外酶与底物进行的接触反应,因此,必须使二者充分混合,才能有效地反应。一般情况下,厌氧消化装置需要设置搅拌设备。搅拌的目的是使消化原料分布均匀,增加微生物与消化基质的接触,也使发酵的产物及时分离,从而提高产气量,加速反应,充分利用厌氧消化池的体积。若搅拌不充分,除代谢率下降外,还会引起反应器上部泡沫和浮渣层,以及反应器底部沉积固体物的大量形成。通过改变消化罐的形状和搅拌办法,可提高搅拌效率。混合搅拌的方法随消化状态的不同而异,对于液态发酵用泵喷水搅拌法;对于固态或半固态用消化气循环搅拌法和机械混合搅拌法等。适当的搅拌是工艺控制的重要组成部分。
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