物料粒度大小對厭氧發酵具有顯著影響,主要體現在以下幾個方面:
一、對發酵過程的影響
pH值與ORP(氧化還原電位)變化
較小顆粒度的物料在發酵初期pH值下降較快,而較大顆粒度的物料pH值變化不顯著。
顆粒度越小,ORP下降越快,這可能與微生物與底物的接觸面積增大有關。
底物降解與酶活力
較小顆粒度的物料由于表面積增大,微生物附著點多,有利于底物的降解。
某些酶(如纖維素酶)在高破碎(即小粒度)的情況下具有很強的活性,但中后期可能會減弱。
二、對產氣性能的影響
產氣總量與產氣速率
一般來說,物料粒度適中時,產氣總量和產氣速率較高。過小的粒度可能導致酸化現象,反而降低產氣性能。
例如,在蔬菜廢棄物的厭氧發酵中,顆粒大小為整片和1/4棵的條件下累積產氣量較高,而顆粒大小為2cm小塊時則出現酸化產氣停止的現象。
甲烷含量
物料粒度對甲烷含量也有影響。一般來說,粒度適中時,甲烷含量較高。
三、對原料轉化率與降解率的影響
原料轉化率
物料粒度越小,表面積越大,微生物附著點多,有利于原料的轉化。但并非粒度越小越好,因為過小的粒度可能導致能耗增加,且不一定能提高原料轉化率。
木質纖維素降解率
在高木質纖維素的物料中,粒度減小有助于木質纖維素的降解。機械粉碎雖然不會使木質纖維素降解或轉化,但會增大其表面積,降低其結晶度,使得被生物較容易接近并對其進行生物降解。
四、能耗與發酵效率
能耗
物料粒度越小,破碎過程中的能耗通常越高。因此,在選擇粒度時需要權衡能耗與發酵效率。
發酵效率
物料粒度適中時,厭氧發酵效率較高。過大的粒度可能導致底物中的有機物無法充分與微生物接觸,而過小的粒度則可能增加能耗并影響發酵效果。
綜上所述,物料粒度大小對厭氧發酵的影響是多方面的。在實際操作中,需要根據物料的性質、發酵工藝和設備性能等因素綜合考慮,選擇合適的粒度以提高發酵效率和原料轉化率。
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