活度的负对数,微生物对pH值有一个适应的范围,并且对pH值的波动十分敏感。微生物对pH值的适应范围随着微生物种类的不同而有所不同。产甲烷菌的适宜范围大致是6.6—7.5。
2.6.3氧化还原电位（ORL）
体系中氧化剂和还原剂的相对强度称之为氧化还原电位,通常用Eh表
示,以伏特(V)或毫伏(mV)来计量。根据Nerast的方程式,溶液体系中的氧化还原电位可(Eh)可以表示为
Eh?E0??氧化型? 2.3RTlog?还原型?nf式中,R为气体常数;T为热力学温度(K), T=273+t (°C); n为离子价;f为电化学当量;E0为标准电极电位;Eh为待测氧化还原电位;[氧化型]为氧化态离子浓度;[还原型]为还原态离子浓度。
好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物都呈现出一种趋势,那就是在其生长过程中会降低外界的氧化还原电位。这是因为好氧微生物和兼性微生物在其生命代谢中都以氧为最终电子的受体,环境中的氧被微生物代谢消耗会导致使环境中的氧化还原电位降低。
2.6.4基质的营养比例
在厌氧反应器运行中,一般是控制进料的C/N的比例来满足厌氧发酵
微生物的营养要求的。通常情况下,含有天然有机物的废水会在处理时不需要加入基质,但是在处理化工废水时就要注意进水中碳、氮、磷的三者比例。不论是在好氧反应器中还是厌氧反应反应器中,氮与磷的比值都应当是5: 1。但碳与它们的比值则差异会很大。厌氧反应需要的碳比好氧反应需要的多。
2.6.5基质微生物比(COD/VSS)
厌氧生物处理系统中的COD/VSS对厌氧消化系统的影响非常大,在实用中
常以有机负荷(C0D/VSS)表示其含量,单位为kg / ( kgd)。但通常情况是进料有机负荷大,系统产气量则大。厌氧消化过程中产酸阶段比产甲烷阶段的反应速率要高得多,所以在选择有机负荷时我们需要十分谨慎把握,避免挥发酸的积累。有机负荷的绝对值在反应的开始阶段不适合太高。
2.6.6抑制性物质或毒性物质
与其他生物系统一样,有毒物质的进入也会影响厌氧处理系统。由于微生物对各种有毒物质具有一定的适应能力,因此,只有当有毒物质超过一定限度才会对厌氧发酵产生抑制作用,严重时甚至完全破坏厌氧过程。只有溶解成离子状态的重金属才会对细菌有毒害作用,如果重金属离子可以与硫化物结合生成不溶物质,则对微生物无毒害作用。因此,重金属即使浓度很高,如同时存在着与其相应的硫化物,抑制作用就不会产生。具体情况如表2-2所示。
表2-2列出了氨浓度对微生物的影响情况
影响程度 有益 无不利情况 抑制作用 有毒 氨浓度（以N记）（mg/L） 50~200 200~1000 1500~3000 高于3000
2.6.7农作物粒度
对发酵原料进行破碎处理,可以减小发酵原料的粒径,增加发酵原料与厌
氧菌种的接触面积,提高发酵过程的生化反应速度，从而缩短产气时间和提高反应器单位发酵容积的产气率。另外,经过破碎预处理,还可以破坏农作物所含木质纤维素的细胞壁,使其有利于降解，增加降解速率，缩短产气时间和提高反应器容积产气率。农作物经过破碎,还可以提高其堆积密度,便于农作物的运输和存储。因此，在农作物厌氧发酵制备沼气的工程实际中,对农作物梧秆进行破碎处理是必不可少的预处理工序。
2.6.8其他因素
除了对于加入物质、控制环境等因素外,其他因素也会对厌氧微生物的生
长产生影响。例如在反应过程中搅拌（甚至搅拌速度不同，影响也不同）、在反应前对物质进行预处理等都会影响微生物的生长情况。在反应过程中搅拌可以加快反应,预处理可以提高水解过程、产甲烷过程的稳定性性。
除了考虑共性问题,同时,还必须关注不同处理工艺中的特殊因素等其他影响。
第3章 农作物破碎原理、粒度与能耗分析
为缩短发酵原料的产气时间,提高单位容积的产气量,需要对发酵原料
（蔬菜类农作物）进行预处理,如前面所述,在农作物厌氧发酵制备沼气的项目中,最常用的预处理方式之一是进行破碎。本章首先介绍常见的破碎工艺,然后通过粒度表征方法和分形模型对破碎后的粒度分布进行表征,目的是为了确定粒度分布的特征参数和粒度的分布情况,从而分析破碎不同粒径所需要的能耗。
3.1农作物破碎原理
物料在受到外力作用时,总是沿着其最抗压性最差处发生破裂。经过破裂
后,物料的粒径变小。不同的破碎方式有一个共同的特性,就是在不同形式的破碎力的作用下,对物料进行破碎,从而达到减小物料粒径,增大比表面积的目的,从而使物料在厌氧发酵制备沼气的过程中,可以加速物料的生化反应。
3.1.1农作物的破碎原理
论述中我有查阅有关文献，由于研究的是蔬菜类农作物（黄瓜藤），结
构和秸秆类似，所以以秸秆来说明农作物的破碎原理，农作物秸秆的结构由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成。由于农作物秸秆的木质素很难通过微生物来进行降解,因而农作物秸秆的原料的厌氧发酵,其降解率一般取决于纤维素和半纤维素被木质素包裹的程度。当木质素完全包裹在纤维素和半 纤维素表面时,微生物难以接触纤维素和半纤维素,使其降解速率十分缓慢。秸秆表面的一层蜡质,也不易被厌氧微生物所分解。所以从中可以发现秸秆不经过预处理进行发酵,就会不能有效降解。因此,要求对木质素和蜡质进行破碎处理,使纤维素与有机微生物的接触表面积增大,加快原料的分解。秸秆的破碎过程破坏了秸秆表面的蜡质层,同时增加原料与料液接触面积。工程实用中对秸秆进行破碎,主要是通过机械的方式对秸秆进行破碎,从而达到增加接触表面积的目的。
3.1.2 常见的破碎工艺
常见的破碎工艺主要有:闭路破碎工艺、开路破碎工艺、半路破碎工艺
[17]
。
(1) 闭路破碎工艺中,原料在破碎机内完成破碎。在破碎机下方安装有蹄板或蹄条,符合粒度要求的物料才能从筛板或蹄条中排出。该工艺一般由鄂式破碎机和锤式破碎机组合而成,实现粗破碎与细破碎的组合破碎工艺,该工艺较适宜对硬度较软的物料进行破碎。
(2) 开路破碎工艺中,破碎机下方不安装蹄板或蹄条,物料可以直接从破碎机底部排出,破碎后的物料经过筛分工序,才能满足所需的粒度要求,该工艺中需加蹄分设备。此工艺一般由鄂式破碎机、锤式破碎机、振动蹄组合而成,组合成粗破碎、细破碎和蹄分的破碎工艺。相对于闭路破碎工艺而言,开路生产的破碎工艺降低了破碎机的设计难度,且具有较高的产量;所需的功率也相对较低;对于原料含水率要求,可略高于闭路破碎工艺。对于破碎密度小,质量轻的物料,易形成无数小颗粒和大量粉尘。而且对小粒径物料的再破碎难度很大,物料在蹄网上过多的返料,降低了破碎效率,增加了功率的消耗。
(3) 半开路破碎工艺中,是闭路、开路生产破碎工艺的优化组合,在本破碎工艺中,在排料区域设置一段蹄条,形成部分闭路生产的效果。该工艺也是由鄂式破碎机、锤式破碎机、振动蹄组合而成,形成粗破碎、细破碎和筛分的工艺组合。半路破碎工艺不仅采用了开路工艺直接排料方式,又兼顾了闭路工艺蹄分排料的设置,具有 路破碎工艺和闭路破碎工艺两者的优点,此种工艺实际应用最为广泛。
3.1.3 常见的农作物破碎方式
对于农作物的破碎,由于其质地较软,并对破碎后的粒度有一定的要求,因
此常选择闭路式破碎工艺,这样既简化了破碎工艺,又不会因为破碎而产生大量小颗粒和灰尘。在选取破碎工艺的同时,也应考虑对农作物的破碎方式。由于农作物具有粗度大、密度低、硬度小等特点,因此要选用适合农作物秸秆特点的破碎方式。对于秸秆的破碎,主要是借助机械力的作用,对秸秆进行剪切和磨碎,从而减小秸秆的粒度。实际上,能够实现剪切和磨碎的秸秆破碎方式有如下几种[41]：
(1)劈碎,利用尖齿楔入物料的势力,使物料破碎,其特点是力的作用范围较为集中,可以发生局部破裂。
(2)磨削,在两个平面及不同形状的研磨面中对物料进行磨削,剪切后被磨削成为很细的微粒。