pH调节方法对厨余垃圾两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响

两相厌氧消化过程中，产甲烷微生物利用酸化产物丙酸的速率低于利用乙酸和丁酸的速率，而乳酸在厌氧代谢过程中易转化为丙酸。因此，在水解酸化过程中应减少乳酸的产生（闵航，1993）。乳酸的产生与pH及营养条件等因素相关（Fu，1999；Hofvendahl，2000），在本研究中，乳酸是水解酸化过程中的早期中间产物，采用调节C/N比来调节pH到7，能减少实验后期乳酸的浓度。因此，与其它2种pH调节方法相比更有利于两相厌氧消化过程中后续产甲烷过程的正常运行
3.2调节进料C/N比方法的限制因素和实际应用
有机废物中的蛋白质在厌氧代谢过程中会产生NH+4-N，同时一部分也作为微生物生长的氮源而消耗。有机废物厌氧消化的化学反应计量方程表明，有机废物厌氧消化产生的碳酸氢盐碱度的摩尔数与NH+4-N的摩尔数相同（Rittmann et al.，2001）。也就是说，有机氮厌氧降解过程中释放的NH3从水中接受一个质子，然后释放一个OH-（H2O+NH3=NH+4+OH-），从而为溶液中提供了碱度。由于NH+4-N的产生使水解酸化反应器中的pH持续上升，如果在此时投加下一批新鲜的厨余垃圾，利用产生的VFA来降低反应器中的pH，就可以实现利用厨余垃圾自身的水解酸化产物来调节反应器中pH的效果。这就是本研究通过调节C/N比调节pH的原理。在水解酸化过程中很少有关于NH+4-N对于水解酸化微生物抑制性的报道，Breure和Koster（Breure et al.，1984；Koster et al.，1988）曾经报道过在NH+4-N浓度超过5g•L-1时其对水解酸化过程才有抑制作用。然而，产甲烷微生物很容易受到高浓度NH+4-N的抑制，尤其是在pH上升时由NH+4-N转变的游离氨（NH3）对于微生物的毒性是更强的。在调节进料C/N比为20时，水解酸化出料液中的NH+4-N浓度超过了3g•L-1。根据Spiece（2001）的报道，在pH为7和温度为35℃的条件下，NH+4-N的浓度超过3g•L-1时，游离NH3的浓度会达到30mg•L-1；在中温厌氧消化的过程中，曾经报道的游离NH3产生抑制的最低浓度范围是25～140mg•L-1（Omil et al.，1995）。因此，在保证水解酸化过程中高的水解酸化效率的前提下，为避免NH+4-N对后续产甲烷过程的抑制，选择进料C/N比为30。
在本实验中选用了尿素作为氮源，但在实际应用中可以选择高氮的有机废物（如牲畜粪便等）和厨余垃圾进行联合消化，利用含有蛋白质的有机废物在厌氧降解过程产生的氨氮调节pH。有研究表明，水果蔬菜废物与牲畜粪便的联合消化能够利用氨氮的缓冲能力来抵制在厌氧消化过程中pH的剧烈变化（Murto et al.，2004）。
4结论（Conclusions）
与单独利用NaOH溶液调节初始进料pH和利用混合碱液每12h调节pH到7两种pH调节方法相比，通过调节进料C/N比来调节厨余垃圾水解酸化过程的pH，不但可以降低水解酸化出料液中的Na+浓度，而且取得了更高的水解速率常数和VFA产率，并且在实验后期产生了更低的乳酸浓度。
参考文献略