厌氧消化中甲烷产量及沼气中甲烷含量的理论探讨VIP免费

101二I年11月中国沼气第1卷第4期厌氧消化中甲烷产量及沼气中甲烷含量的理论探讨赵剑强朱浚黄(西安公路学院环境工程研究所)摘要:本文对厌衷消化中实浏甲烷产量及沼气中甲烷含量两个问题从理论角度作了分析探讨.给出了甲烷的羲当童或理论COD值计算理论甲烷产童的方法;并给出了考虑细胞合成因素时COD去除量与甲烷产量的关系式;举例分析了甲烷在水中的溶解度对不同的COD浓度的废水甲烷产量的影响.对实测沼气中甲烷含量与理论计算结果不符的现象分别从CO:和CH‘在水中的溶解度及COD去除率等方面举例进行了分析探讨,旨在对仄氧消化过程中的一些现象从理论角度给出合理解释。关键饲:厌乳消化甲烷产量沼气中甲烷含量溶解度COD去除率1甲烷产量1.1有机物的理论产甲烷量计算方法探讨1.1.1由巴斯维尔公式计算由巴斯维尔等(Buswell和Moeller)提出的有机物厌氧分解代谢方程式:~、二。.,ab、二二。一,nC。H.O、+(且一牛一誉)H:0共井尧;〔誉一-。--。一’、一42产---一“2a.b、。八.,n.ab、。,,牛+羊)CO:+(牛+答一夸)Cl诬‘(1)8’4/一‘’、匕’84/-一’可计算1mol有机物的理论产甲烷量(标态下)为,n.ab、‘___‘,,~丫二(仓+言、一分)X22.‘(LeH‘)由有机物氧化方程式:所以分解1gCOD的有机物(C:H.O‘)理论上产生的甲烷量为:(音+含一鲁‘22·‘=o.35L/gCOD(标态)·+号一各“32门,,。./.ab、八。八叭氏口‘似n十了一玄)口,叶n七口,十号H:o(2)可计算出1mol有机物的COD值为:(。+粤一冬又。2(90:)任‘由1.1.2由甲烷的氧当量计算厌氧消化过程中COD的去除是以有机物转化为能从水体中逸出的CH‘和CO:的过程中得以实现的.由于CO:的氧当量为零,所以每去除掉1gCOD有机物实质上是转化成了lgCOD的甲烷,形成的CH‘从水体中逸出,使得COD得以去除.所以,去除1gCOD有机物的理论产甲烷量也就可以直接由CH‘的氧当量计算求得:由CH‘+20:一CO:+ZH:O(3)可计算出1mo1CH‘的氧当量值或理论COD值为6490:,而1molCH‘在标态下体积为2.4L,所以1gCOD的CH‘的气体体积为22.4/64二0.35LCH‘/gCOD,即厌氧梢化去除lgCOD有机物理论产甲烷量为o.35L.本文收稿日期:1。,2一土2一02,修回:x。。卜。卜1.l初3年士生月、赵剑强等厌氧消化中甲烷产最及沼气中申烷含量的理论探讨吠依据止述分析,每日从废水中去除的COD量(R)与每日产生的甲烷量(G)便存在如下关系*-一‘R一伽4/2.4)G(4)或G三0.35R对于碳水化合物C。(H:O)、而言,可由Busewell方程式计算出去除1gCOD有机物产生的沼气中CH‘及CO:含量各占50肠,如蔗糖、葡萄糖等.所以对于碳水化合物上式日丁改写为_值,所以,考虑到生物处理过程中细胞的合成因素,(4)式精确的表达式为:R二(64/22.4)G+1.22△X或G=0.35R一2.22xo.35△X(6)式中:1.22是以厌氧菌模式C。H。NO。计算的19有机质折算系数,’△X是系统中每日净增的细胞量.2沼气中甲烷的含且如前所述,废水中有机物的组成一定,或V一。.了R(5)则产生的沼气中CH‘和CO:的比例卜基本不变.然而,在实际庆氧消化过程中,测出的CH‘含量却与理论值有较大出入,下面对此现象从理论角度进行分析讨论.2.1‘CH‘获CO:在水中的溶解度对沼气甲烷含量的影响在贸℃,一气体混合物各组份(CO,和CH‘)在其分压为l个大气压(101:325kPa)时在水中的溶解度分别为:C。:是叭878L/L,CH‘是。、‘33lL/L·〔‘〕。据有关资料介绍,一般厌氧反应器及污泥床反应器内,上部气体分压变化为::CQ畜:一44、3kPa,cH‘:52、哪kP找,考虑到沼气中CO:及CH‘气体分压的不词对j容解度的影响,·取气相中co:和CH‘的分压分别为38.okPa和57.skPa(均为中.间值),‘则CO:和CH、在水中的溶解度分别为0.3336L/L和0.01878L/L.假设消化系统处于稳定运行状态,系统中碱度pH值及⋯挥发酸浓度基本保持不变,即忽略碱度、pH值、挥发酸浓度等因素对CO:在消化液中济解度的影响,以废水(碳水化合物)COD浓度为59/L和109/L为例汁算如下,以说明CO:及CH‘在水体中溶解{堑的不同对沼气中甲烷含量的影晌.如废水COD浓度为59/L,则去除69COD理论产CH叼鼠和·CO:量各为0.35xs=1.7马L,一溶于水中的沼气量为。.336十。01878L,气相中沼气量为1.7ox名一V一2一J绍一一式,}”V一每田召气产量‘由获匕面讨论中忽略了细胞物质的合成:一‘i岁...