一般在厭氧條件下,每降解1kgCOD約產(chǎn)生2%~8%的厭氧污泥(即微生物對營養(yǎng)物質(zhì)進行同化后殘留的物質(zhì)),而能量的傳遞效率是能量在沿食物鏈流動的過程中,逐級遞減。若以營養(yǎng)級為單位,能量在相鄰的兩個營養(yǎng)級之間傳遞效率為10%~20%。微生物由于其生物形態(tài)結(jié)構(gòu)簡約,傳遞效率要稍高于多細胞生物為20%~30%,若以其傳遞效率25%計,則每1kgCOD產(chǎn)生2%~8%的厭氧污泥,則需要總物質(zhì)的8%~32%物質(zhì)用于其自身的同化作用,故1kgCOD中只有0.68~0.92kg的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。
理論上在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,1mol甲烷相當(dāng)于2mol(或64g)COD,則還原1kgCOD相當(dāng)于生成22.4/64=0.35m3甲烷。由于沼氣中甲烷含量一般占總體積的50~70%,則理論上初步計算1kgCOD產(chǎn)生0.34~0.644Nm3的沼氣。但實際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,通常厭氧條件下降解1kgCOD約產(chǎn)生0.42~0.45 Nm3左右的沼氣,甲烷含量在60%左右,其熱值在21.52×103kJ/m3左右。這主要是由于在厭氧消化工藝中,實際沼氣產(chǎn)氣率受物料的性質(zhì)、工藝條件以及管理技術(shù)水平等多種因素的影響,在不同的場合,實際沼氣產(chǎn)氣率與理論值會有不同程度的差異,具體影響因素如下:
1.物料的性質(zhì)
就厭氧分解等當(dāng)量COD的不同有機物而言,脂類(類脂物)的產(chǎn)氣量zui多,而且其中的甲烷含量也高;蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的沼氣數(shù)量雖少,但甲烷含量高;碳水化合物所產(chǎn)生的沼氣量少,且甲烷含量也較低;從脂肪酸厭氧消化產(chǎn)氣情況表明,隨著碳鍵的增加,去除單位重量有機物的產(chǎn)氣量增加,而去除單位重量COD的產(chǎn)氣量則下降。
2.廢水COD濃度
廢水的COD濃度越低,單位有機物的甲烷產(chǎn)率越低,主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此,在實際工程中,高濃度有機廢水的產(chǎn)氣率接近理論值,而低濃度有機廢水的產(chǎn)氣率則低于理論值。
3.沼氣中的甲烷含量
沼氣中的甲烷含量越高,其在水中的溶解度越大。故甲烷的實際產(chǎn)氣率越低。
4.生物相的影響
產(chǎn)氣率還與系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌及反硝化細菌等的活動有關(guān)。若系統(tǒng)中上述菌較多,則由于這些菌會與產(chǎn)甲烷菌爭奪碳源,從而使產(chǎn)氣率下降。
5.工藝條件影響
對同種廢水,在不同的工藝條件下,其去除單位重量COD的產(chǎn)氣量不同。
6.去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例
對于等當(dāng)量COD的不同有機物,厭氧消化時用于細菌細胞合成的系數(shù)有一定的差異,故產(chǎn)氣率不是常量。去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例越大,則分解用以產(chǎn)生甲烷的比例將越小,從而去除1kgCOD的甲烷產(chǎn)量越低。一般情況下,變幅小于10%。
由于以上因素,厭氧污泥實際產(chǎn)沼氣率與理論值會有不同程度的差異,但在實際應(yīng)用中,一般會采用紅外沼氣分析儀用以檢測實際的甲烷含量,無需通過復(fù)雜的理論計算方可得到甲烷濃度,方便又準(zhǔn)確。
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