在厌氧发酵过程中cn过高会对ph产生怎样的影响
1pH对产气量的影响
pH是影响餐厨垃圾厌氧发酵产气过程中最重要的因素之一，产气量是厌氧发酵过程中一个重要参数，能直观地反映厌氧发酵系统的产气性能，是判断厌氧发酵过程好坏的重要依据。不同初始pH值对蒸煮餐厨垃圾厌氧发酵产氢量的影响如图所示；初始pH为9.0时，整个厌氧发酵过程中产气量与pH随时间的变化如图所示。
随着初始pH的增加，产氢量呈现先增加后降低的趋势。在初始pH为9.0时，发酵产生的氢气总量最多，达371mL。这表明较低或者较高的pH均不利于产氢菌发酵产氢，可能是因为pH的提高增强了产氢酶的活性，产氢菌群占据优势（陈琛等，2011）；同时加快了底物中大分子有机物的水解、酸化速率，为产氢菌产氢提供了充足的营养物质（赵明星等，2009）；但过高的初始pH会引起微生物结团，影响传质过程和可溶性有机物的吸收。初始pH在5.0~11.0范围内，发酵初期（0~8h），产氢量较少，此时产氢菌处于停滞期；8~24h，产氢菌处于对数生长期，新陈代谢旺盛，产氢量迅速增加；24~28h，产氢速率较为平缓、稳定，产氢菌处于稳定期；28h以后，厌氧发酵产氢量几乎为零。由此可见，厌氧发酵过程产氢量的积累趋势与微生物生长繁殖各阶段的趋势一致。
在初始pH为9.0时，随着发酵的进行，pH逐渐降低，0~8h，pH迅速由9.0下降至6.73，这可能是因为在碱性条件下底物中的大分子有机物迅速水解、酸化产生大量可溶性机物造成的；8~24h，发酵液中pH在6.73~5.94之间，此时产气量和产氢量显著增加，分别增加了425mL和253.5mL，12~16h内氢气占总气体体积的80.5%，可能是因为此时产氢菌体内GAD、DHA等酶活性较强，产氢菌群处于优势地位；28~36h，挥发性有机酸的大量积累导致pH降到6.0以下，从而抑制产氢菌的活性，使产氢速率减慢。在整个发酵产气过程中，总产气量和总产氢量分别为748mL和371mL，平均产气速率和产氢速率分别为20.7mL·h-1和10.3mL·h-1，单位产氢量（以VS计）为72.9mL·g-1。因此，pH对微生物厌氧发酵影响较大，过高或过低的pH可能不利于微生物的生长与繁殖，导致厌氧发酵产氢效率降低。
2.2pH对VFA组分与比产氢速率的影响
VFA是厌氧发酵过程中有机质水解酸化的重要产物，同时也是产氢菌的底物，影响着厌氧发酵产氢过程。随着餐厨垃圾水解酸化过程的进行，pH下降迅速，大量VFA产物积累，发酵初期pH下降迅速。根据末端代谢产物的组成，可将发酵类型分为丁酸型发酵产氢、乙醇型发酵产氢、丙酸型发酵产氢和混合酸型发酵产氢。不同发酵类型主要由厌氧发酵系统中优势菌群决定。厌氧发酵系统中存在多种微生物，每种微生物对外界环境的耐受性不同，因此在特定环境条件下，不同优势菌群会造成不同产物的大量产生。
丁酸型发酵制氢的菌类主要是一些厌氧菌和兼性厌氧菌，主要优势种群是梭菌属（Clostridium），如丁酸梭状芽孢杆菌（C.butyricum）等。丁酸型发酵产氢过程的末端产物主要是丁酸、乙酸、H2、CO2和少量丙酸。许多可溶性的碳水化合物（如葡萄糖、蔗糖、淀粉等）以丁酸型发酵为主。这些物质在严格的厌氧细菌或兼性厌氧菌的作用下，经过三羧酸循环生成丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸铁氧还蛋白氧化还原酶催化作用下脱酸，羟乙基结合到酶的TPP上，生成乙酞辅酶A，脱下的氢使铁氧还蛋白还原，而还原型铁氧还蛋白在氢化酶的作用下被还原同时释放出H2。在初始pH为9.0时，乙酸和丁酸是挥发性酸中主要的组成部分，占总挥发性酸的80%以上，同时含有少量的丙酸。由此可见，产氢过程属于典型的丁酸型发酵。随着发酵时间的延长，发酵底物中丁酸比例先增大后减小，乙酸比例先减小后增大。其中，丁酸/乙酸的值可以作为衡量产氢效率的一个重要指标，其比值越大，产氢速率越快（Vanetal.，2002；Hawkesetal.，2002）。在整个厌氧发酵的过程中丁酸/乙酸的值先增大后变小，其比值范围在0.9~2.1之间，当发酵进行到16h时丁酸/乙酸为2.1，此时丁酸/乙酸的值显著高于其他时间段，单位比产氢速率（以VS计）最高，达3.77mL·h-1·g-1。本试验表明丁酸与乙酸的比值确实可以作为衡量产氢效率的重要指标。
结论
整个厌氧发酵过程中底物VS和TS含量均呈下降趋势。VS和TS的去除率与发酵过程中产氢量的变化基本一致，且随着发酵的进行，VS和TS去除率逐渐增大，最大去除率分别达到34.4%和26.6%，这说明厌氧发酵可以实现餐厨垃圾减量化并提高产氢效率。
厌氧生物处理过程是由许多中间步骤组成的复杂过程。厌氧
生物处理的基本原理目前被人们广泛接受的是三阶段理论。此理
论将复杂的厌氧生化过程大致可以分为三个阶段，即：水解、发一
酵阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段。相应的，将厌氧发酵微
生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群三个主要的
细菌群。三个阶段过程是相互独立但又相互联系的。
第一阶段为水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧
菌胞外酶晦作用下，首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水
解转化成较简单的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸；脂类转
化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下
经过
等。
厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类
参与这个阶段的水解发酵蘸主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除
乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁
酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢，并有C02产生。
第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段
和第二阶段产生的乙酸、H2和C02等转化为甲烷。
三阶段理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2／c02和甲醇
等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸
菌转化为乙酸、Hz和C02等后，才能被甲烷菌利用。
几乎与三阶段理论提出的同时，有科学家提出了四菌群学
说。该理论认为复杂有机物的厌氧硝化过程有四种厌氧微生物菌
群参与，即增加了同型(耗氢)产乙酸菌群，该菌群的代谢特点
是能将H2／C02合成为乙酸。
三阶段理论和四菌群理论有机物降解的过程如图72所示。
有机物
11发酵性细菌
脂肪碱、醇类等
乙酸
CH4
圈72厌氧反应的三阶段理论和四类菌群理论
说明：1．I、Ⅱ、Ⅲ为三阶段理论，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为四类群理论I
2．所产生的细胞物质未表示在图中
厌氧处理中最慢步骤的特点表现为限制速度步骤之前基质的
积累。如果这种基质的形式为非酸类有机物，如乙醇，则对整个
微生物群体无不良影响。- 。
微生物群体中反应最慢的成员常常是丙酸或乙酸利用菌，所
以丙酸和乙酸的积累会抵消系统中的碳酸氢盐碱度，这样的运行
故障有可能使系统的pH值降低，进而对整个微生物群体产生不
利的影响。同时低pH值恰好会对构成这一问题的利用丙酸和乙
酸的微生物抑制最大。
从产甲烷的串联反应可以类推出结论：只有每一顺序的微生
物利用有机中间产物的速度和这些中间产物产生的速度相同，厌
氧过程才能很好地进行下去。
葡萄糖分子量：180
乙酸分子量：60
产生的乙酸为（1/180*60*2）g，2/3g
污水中不溶性大分子有机物,如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解,主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺,多肽等（所以有的书又把水解产酸分为二个阶段）.
第Ⅱ阶段 厌氧发酵产气阶段
第Ⅰ阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等小分子有机物在产甲烷菌的作用下,通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷.所以在水解酸化阶段COD、BOD值变化不很大,仅在产气阶段由于构成COD或BOD的有机物多以CO2和H2的形式逸出,才使废水中COD、BOD明显下降. 在酸化阶段,发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第1类小分子有机物,如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2类为不能被甲烷菌直接利用的有机物,如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等,不完全厌氧消化或发酵到此结束.如果继续全厌氧过程,则产氢、产乙酸菌将第2类有机物进一步转化为氢气和乙酸. 第Ⅱ阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷,其中最主要的基质为乙酸.
厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的共同点为均利用了产酸菌和产甲烷菌对有机物进行分解，都存在产酸阶段。
主要差异在于：
1、初期阶段不同
三阶段理论在分解初期运用水解细菌将高分子水解成单糖及氨基酸等小分子。两阶段理论是利用产酸菌对有机物进行分解。
2、应用的细菌不同
三阶段理论运用了三种细菌：水解菌、产酸菌和产甲烷菌。两阶段理论运用了两种细菌：产酸菌和产甲烷菌。
扩展资料：
一、厌氧发酵过程三阶段理论：
1、有机物水解和发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等
2、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH
3、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为CH4，对CH3脱羧产生CH4。
二、三阶段与二阶段理论的不同
二阶段理论主要包括产酸和产甲烷两个阶段。三阶段理论在上述两个阶段之前多一个“水解 阶段”，水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌； 在水解酶作用下，转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。产酸阶段起作用 细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发 性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳；产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、 甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H2、CO2和乙酸是主要基质。
1、水解阶段，在此过程中，发酵底物中的脂类，蛋白质和多糖等转化为长链脂肪酸、单糖、氨基酸等。
2、产酸阶段，此过程主要是将水解产生的有机物转化为挥发性脂肪酸和醇类等。
3、产乙酸、产氢阶段，此过程主要是将除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的第二阶段产生的中间产物，如挥发性脂肪酸和乙醇转化为乙酸、氢气和二氧化碳。
4、产甲烷阶段，在这一阶段中，产甲烷菌将乙酸分解为甲烷和二氧化碳，而且产甲烷菌可以将氢气和二氧化碳合成甲烷。这是厌氧发酵时与生理代谢特征有关的重要参数。
主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。
1、发酵细菌（产酸细菌）：
发酵产酸细菌的主要功能有两种：① 水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；② 酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时回成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
2、产氢产乙酸菌：
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。
主要的产氢产乙酸反应有：
注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。
主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
3、产甲烷菌
20世纪60年代Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术之后，对产甲烷细菌的研究才得以广泛进行；产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌；一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina（产甲烷八叠球菌）和Methanothrix（产甲烷丝状菌），但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，特别是后者，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。
（1）第一阶段:水解、发酵阶段（发酵性细菌）
由厌氧或兼性厌氧发酵性细菌起主要作用。主要功能有两种：（1）水解-在胞外酶的作用下将不溶性有机物水解成可溶性有机物；（2）酸化-将可溶性大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等。
这些细菌的水解过程较缓慢，并受多种因素（pH、SRT、有机物种类等）影响，有时会成为厌氧反应的限速步骤。
(2)第二阶段:产氢产乙酸阶段阶段（产氢产乙酸菌）
厌氧或兼性厌氧产氢产乙酸细菌在厌氧消化中的生理功能是将第一阶段的发酵产物如高级脂肪酸和醇类等氧化分解成乙酸、 H2和CO2 ，为产甲烷菌提供合适的基质。
主要的反应过程如下：
CH3CH2COOH +2H2O→CH3COOH+CO2+3H2
CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2
(3)第三阶段:耗氢产乙酸阶段阶段（同型产乙酸菌）
同型产乙酸菌，它们既能利用H2、CO2生成乙酸，也能代谢糖类生成乙酸。
2CO2+4H2→CH3COOH+2H2O
C6H12O6→3CH3COOH
（4）第四阶段:产甲烷阶段（耗乙酸产甲烷菌、耗氢产甲烷菌）
由严格厌氧的产甲烷菌群来完成，其主要功能是将产乙酸菌的产物乙酸、甲醇、甲胺、H2/CO2等转化为CH4和CO2 。
生成CH4的主要反应如下：
CH3COOH→CH4+CO2
CH3COONH4+H2O→CH4+NH4HCO3
4H2+CO2→CH4+2H2O
4HCOOH→CH4+3CO2+2H2O
4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O
在此过程中，可降解的有机物逐渐被厌氧菌群分解利用，产生沼气，有机氮被分解形成氨氮，有机分解形成磷酸盐，导致厌氧消化液的高氨氮高磷特性。
