pH值影响污泥厌氧消化制氢

污泥中含有丰富的蛋白质、多糖类和脂肪类有机质，将这些有机质转化为可利用的能源是资源回收利用的有效途径。在厌氧消化产氢的过程中，pH值、温度、氮源、氢气分压、VFA等各种产物、微量元素和严格的厌氧环境等是对反应过程中氢气的产量、浓度和延迟时间等有非常重要影响的因素。

几乎在所有的厌氧环境中都存在氢气。氢气很少会脱离厌氧环境，事实上，对人和其他一些动物而言，通过检测呼吸中氢气的浓度就可以判断它们肠道内的消化情况。在厌氧环境中，许多耗氢菌通过从氢气中得到电子而获得能量，能够利用二氧化碳和氢气生成甲烷或乙酸，利用硝酸盐和氢气生成亚硝酸盐和氮气，利用硫酸盐和氢气生成硫化物。另外，氢气还可以被用来将氮气还原成氨氮。当处于有氧环境时，微生物就会消耗氢气和氧气反应生成水。因此，无论在厌氧环境还是在有氧环境中，氢气很容易作为电子供体（electrons donor）而被消耗掉。因此，想要收集到氢气，需要创造一个氢气的保护环境，或者对消耗氢气的微生物的活性进行抑制，或者减少其他反应物的量，在实际操作中，通过控制环境条件来对耗氢菌的活性进行抑制是一种相对可行的办法。

1）pH值对污泥厌氧消化的影响　

在厌氧消化体系中，pH值对污泥厌氧消化过程的影响主要表现在：a.pH值的变化可对微生物体表面电荷的变化产生影响，从而对微生物的营养吸收产生影响；b.pH值可以对培养基中有机化合物的离子化作用产生影响，由于多数非离子态化合物相对于离子态化合物更容易深入细胞，从而间接地影响微生物；c.酶有最适宜的pH值，因而pH值会对酶的活性产生影响，从而对微生物细胞内的生物化学过程产生影响；d.pH值过高或过低都会使微生物抵抗高温的能力下降。

2）pH值对污泥厌氧消化产氢的影响　

厌氧消化的过程中有能量的产生和转移，是氧化与还原的统一过程，产生的能量一部分为合成反应和其他活动提供所需，一部分以热量的形式散发，其余的能量则贮存于ATP中。在厌氧消化过程中，仅有部分有机物以中间代谢产物为最终电子受体发生氧化，生成低分子有机物。在这个过程中，pH值和氧化还原电位（ORP）是两个非常关键的控制参数，可以影响生化反应的“进行方向和程度”。在厌氧生物处理过程中，pH值是一个非常重要的控制条件，pH值的高低会影响产氢微生物细胞内氢化酶的活性和代谢途径，另外还会影响细胞的氧化还原电位、基质可利用性、代谢产物和其形态等。在厌氧消化体系中，pH值是体系中H2S和CO2等在气液两相间的溶解平衡、固液两相间的离子溶解平衡以及液相内的酸碱平衡等综合作用的结果，而这些过程又与反应器内发生的生化反应直接相关。

在厌氧消化过程中，消化液的pH值会随着厌氧微生物生长繁殖和代谢活动的进行而发生变化，pH值变化的原因是多方面的：如果当基质为蛋白质或尿素等含氮化合物时，其代谢产生的NH3等会使pH值上升；当基质为碳水化合物时，其代谢生成有机酸后会使pH值下降。同时，细胞对阴离子或阳离子的选择性吸收也会改变消化液的pH值。气/液相间的CO2平衡、液相内的酸碱平衡以及固/液相间的溶解平衡共同作用来影响消化液的pH值。

污泥发酵产氢的初始pH值是一个非常重要的影响因素，但由于消化基质、微生物种群和来源的差异，以及污泥预处理工艺的不同，在以上条件不同的情况下，最优的初始pH值并非是一个确定不变的值。

污泥的厌氧消化产氢过程是在酸性条件下进行的，同时可以抑制甲烷的产生。通过对产酸发酵细菌的演替规律进行研究，发现pH值是影响发酵类型的一个重要因素。当pH值为5时，系统中进行被产甲烷细菌进一步利用的“丁酸型”发酵，产氢较多，或者是使降解过程恶化的“丙酸型”发酵，产气少。当pH值为5.5时，产氢较多的“丁酸型”发酵占优势，此时产氢能力最高，产出液中乙醇、乙酸和丁酸的体积分数分别是10.17%、19.01%、69.13%。而当pH值降低至4时，部分产氢细菌失去活性，产氢能力下降。因此，消化污泥维持一定的pH值对于体系非常重要，pH值过高或者过低均对产氢细菌不利，如果过高的话则会有大量的甲烷的生成，致使氢的产生率降低，pH值过低会抑制产氢细菌的生长。