厌氧产气量的计算

厌氧生物处理系统不仅能使有机污染物得到处理，而且能产生沼气，具有一定的能源效益，因此得到了广泛的应用。

回收沼气是厌氧生物处理法的主要特点之一，对被处理对象产气量的计算和测定有助于评价试验结果、工艺运转效率及稳定性，工程设计方案比较、能量衡算、经济效益的预测等都建立在产气量计算的基础上。

当废水中的有机物组分已经明确时，可根据有机物厌氧消化过程的化学反应通式（6-1),算出各种纯底物的单位质量产气量；当废水中的有机物组分复杂，不便于精确地定性定量时，可按COD值来计算产气量。但是，由于受诸多因素的影响，实际产气量与理论值之间总有出入。当使用精度要求不高时，可直接采用理论计算值，在特殊情况下，应综合考虑诸因素的影响。

一、理论产气量的计算

 

 

碳水化合物、蛋白质、脂类三类主要有机物的理论产气量见表9-1。表中气体的体积以在标准条件（0℃、101.33Pa）下计。

表9-1 三类主要有机物的理论产气量

 

(2）根据COD与产气量的关系计算

在实际工程中，被处理对象为纯底物的情况很少见，通常废水中的有机物组分复杂，不便于精确地定性定量，而以COD等综合指标表征。为此，了解去除单位质量COD的产气量范围对于工程设计颇有实用价值。

COD在大多数情况下可以达到理论需氧量（TOD）的95％以上，甚至接近100%。因此可根据去除单位质量TOD的产气量大体预计出COD与产气量的关系。Mc Carty指出，可以根据甲烷气体的氧当量来计算废水厌氧消化的产气量。

 

1.2 实际产气率分析

在厌氧消化工艺中，把转化1kgCOD所产的沼气或甲烷称为产气率。由于实际产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，因此，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。处理装置中的实际产气率（甲烷）的值主要取决于以下因素。

(1）物料的性质

对于不同基质的底物，去除1gCOD的产气量不是常量。通常所称的理论产气率（即去除1gCOD产生标准状态下0.35L甲烷或0.7L沼气）是根据碳水化合物厌氧分解计算的结果，不能代表各种底物的情况。就厌氧分解等当量COD的不同有机物而言，脂类（类脂物）的产气量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼气量虽少，但甲烷含量高；碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也较低。脂肪酸厌氧消化产气情况表明，随着碳链的增加，去除单位质量有机物的产气量增加，而去除单位质量COD的产气量则下降。

(2）废水的COD浓度

废水的COD浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同，如当进水COD浓度为2000mg/L时，去除1kgCOD所产生的甲烷有21L溶于水；而当进水中COD浓度为1000mg/L时，则去除1kgCOD所产生的甲烷有42L溶于水。图9-1中给出了一组碳水化合物污水厌氧消化的试验结果。因此，在实际工程中，高浓度有机废水的产气率能接近理论值，而低浓度有机废水的产气率则低于理论值。

(3）沼气中的甲烷含量

沼气中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大，因此甲烷的实际产气率越低。如在温度为20℃的条件下，若不考虑其他溶质的影响，当沼气中甲烷含量为80％时，甲烷的溶解度为18.9mg/L；当甲烷含量为50％时，其溶解度仅为11.8mg/L。

(4）生物相的影响

产气率还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动有关。若系统中上述菌较多，则由于这些菌会与产甲烷菌争夺碳源，从而使产气率下降。废水中硫酸盐含量越高，使产气率下降越多。

(5）工艺条件的影响

对于同种废水，在不同的工艺条件下，其去除单位质量COD的产气量不同。

(6）去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例

对于等当量COD的不同有机物，厌氧消化时用于细菌细胞合成的系数有一定的差异，因此产气率也不是常量。去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例越大，则分解用以产生甲烷的比例就越小，从而去除1kgCOD的甲烷产量越低。一般情况下，变幅小于10%。

由此可见，在计算产气量时，需要综合考虑以上各种因素的影响。