实验室规模的厌氧消化器可使科学家研究优化现有厌氧生物技术应用的新方法，并评估各类有机废弃物的产甲烷潜力。本文介绍了一种适用于实验室规模连续搅拌式厌氧消化器的构建、接种、运行和监测的通用模型。
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摘要
摘要
厌氧消化（AD）是一种生物过程，通常用于将复杂的有机废物转化为以甲烷为能源载体的有用沼气1-3。目前，AD 越来越多地应用于工业、农业以及市政废弃物（废水）处理领域4,5。采用 AD 技术可使厂站运营者降低废物处置成本，并抵消部分能源开支。除了处理有机废物外，能源作物也正在被转化为能源载体甲烷6,7。随着 AD 技术在新型底物及共底物混合物处理中的应用不断拓展8，对可在中试规模和实验室规模下进行可靠测试的方法学需求也随之增加。
厌氧消化系统具有多种构型，包括连续搅拌槽式反应器（CSTR）、推流式（PF）和厌氧序批式反应器（ASBR）等构型9。由于CSTR在设计和操作上的简便性及其在实验中的优势，它在研究中被广泛使用。与其他构型相比，CSTR在系统参数方面具有更高的均匀性，例如温度、混合程度、化学物质浓度和底物浓度。最终，在设计全尺寸反应器时，最优反应器构型将取决于给定底物的特性以及其他多种非技术性因素。然而，所有构型都具有基本的设计特征和运行参数，这使得CSTR适用于大多数初步评估。如果研究人员和工程师使用的进水液流中固体浓度相对较高，则由于实验室规模泵体易被固体堵塞或管道中固体沉降的问题，实验室规模的生物反应器无法实现连续进料。在这种需要持续混合的情况下，实验室规模的生物反应器需采用周期性进料，我们将此类构型称为连续搅拌式厌氧消化器（CSADs）。
本文介绍了一种通用方法，用于构建、接种、运行和监测连续式厌氧消化（CSAD）系统，以测试特定有机底物是否适用于长期厌氧消化。本文的构建部分将涵盖实验室规模反应器系统的搭建；接种部分将说明如何创建适合接种活性产甲烷菌种的厌氧环境；运行部分将涉及系统的操作、维护及故障排除；监测部分将介绍采用标准分析方法的检测流程。这些措施对于可靠评估底物在厌氧消化（AD）中的适用性至关重要。本实验方案有助于避免厌氧消化研究中常见的一种错误，即在反应器运行失败时错误地归因于所用底物，而实际上失败原因往往是操作不当10。
引言
厌氧消化（AD）是一种成熟的技术，通过生物介导的方式将复杂的有机废弃物转化为以甲烷为能源载体的有用沼气。与好氧处理相比，厌氧处理具有诸多优势，包括能量和营养物质投入最少，以及生物污泥产量较低10。此外，这些系统中固有的混合微生物群落具有高度多样性，使得多种有机底物均可作为合适的原料11,12。正是由于这些优势，厌氧消化的应用正越来越多地扩展到传统市政污水处理之外，特别是在工业、市政（如餐厨垃圾）和农业领域4,7,13。自20世纪80年代起，为应对前十年的全国性能源危机，厌氧消化技术迎来了首次大规模发展。随着全球能源危机日益加剧，并伴随环境退化问题，当前人们正更加关注生物燃料技术，尤其是废物资源化产能源的理念。例如，在美国，厌氧消化可满足全国总电力需求的5.5%8。
这增加了对在中试规模和实验室规模下开展严格控制的实验研究的需求，以评估新型有机废弃物及废弃物混合物是否适用于厌氧消化14。我们旨在提供一个通用模型，用于构建、接种、运行和监测适用于可靠评估的实验室规模厌氧消化器。厌氧消化器存在多种不同的构型。一些常见的构型包括：连续搅拌釜式反应器（CSTR），具有连续进料；连续搅拌厌氧消化器（CSAD），具有周期性进料；推流式（PF）、上流式厌氧污泥床（UASB）；厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR）；厌氧折流板反应器（ABR）以及厌氧序批式反应器（ASBR）构型9,15。由于其易于搭建和良好的运行条件，CSTR 和 CSAD 构型已被广泛应用于实验室规模的实验中。由于持续搅拌，水力停留时间（HRT）等于污泥停留时间（SRT）。SRT 是厌氧消化器的重要设计参数。该构型还因参数在空间上的均匀性更高（如化学物质浓度、温度和扩散速率）而有利于受控实验的开展。然而需要注意的是，全规模厌氧消化器的最佳构型取决于有机底物特定的物理和化学特性，以及其他非技术因素，例如目标出水水质。例如，对于可溶性有机物含量相对较高且颗粒物较少的稀释废液（如啤酒厂废水），在高速上流式生物反应器构型（例如 UASB）中的能量转化效率通常高于 CSAD 构型。尽管如此，仍有一些基本运行参数对成功实现消化过程至关重要，并且适用于所有构型，因此有必要对该构型的通用应用进行说明。
事实上，每个包含多样化且开放的厌氧微生物群落的厌氧消化（AD）系统都会将底物逐级代谢为甲烷（即每电子可用自由能最低的最终产物）。这一过程涉及的代谢途径构成一个复杂的营养网络，大致可分为四个营养阶段：水解、酸化、产乙酸和产甲烷。在水解阶段，水解性发酵细菌将复杂的有机聚合物（如碳水化合物、脂类和蛋白质）分解为其相应的单体（如糖类、长链脂肪酸和氨基酸）。在酸化阶段，酸化细菌将这些单体发酵生成挥发性脂肪酸（VFAs）和醇类；在产乙酸阶段，同型产乙酸菌和专性产氢细菌进一步将这些产物氧化为乙酸和氢气5。在最后的产甲烷阶段，乙酸裂解型和氢营养型产甲烷菌分别将乙酸和氢气代谢为甲烷。需要认识到，整个厌氧消化过程依赖于不同微生物类群之间相互关联的一系列代谢活动，只有当每个成员均正常发挥作用时，系统整体才能实现最佳性能。在设计和构建厌氧消化反应器系统时，必须始终考虑对反应器进行完全密封的要求。反应器顶部（气相空间）或气体处理系统中的微小泄漏可能难以察觉，因此系统在使用前应进行压力测试。在确保无泄漏的装置建立后，厌氧消化器实验的失败通常源于接种、培养及日常操作过程中的错误。因此，消化器常被认为本质上不稳定且易发生意外故障。那么，为何全规模的消化器却能够在稳定条件下运行数十年之久呢13？失败很可能源于操作人员的不当处理，尤其是在启动阶段，此时微生物群落必须缓慢适应有机废物的组成和浓度。因此，我们的目标不仅是提供一种构建厌氧消化系统的方法，还包括阐明这些系统的接种、运行和监测过程。
文章的第一部分将介绍如何构建连续搅拌槽式反应器（CSTR）或连续搅拌厌氧消化器（CSAD）系统，第二部分将提供利用活性产甲烷生物质对消化器进行接种的操作流程。相较于从初始培养物中逐步建立足够的生物质，直接从正在处理相似底物的运行中消化器的混合液或出水中获取活性产甲烷生物质进行接种更为实用且节省时间。第三部分将涵盖操作注意事项，包括底物投加、出水倾倒以及各类反应器问题的排查与解决。本系统的底物投加和出水倾倒将以半连续方式进行（即周期性地进行投加和倾倒，而大部分生物质和混合液保留在生物反应器内）。消化器投加和倾倒的频率由操作人员自行决定。通常情况下，更频繁且规律地进行投加和倾倒有助于提高消化器运行的稳定性，并使各投加周期间的性能表现更加一致。第四部分将介绍在实验期间应采用的基本监测方案。文中列出了若干标准分析方法，这些方法在 水和废水检测标准方法 16 (表1、2），需用于底物表征及系统的正常监测。除测量变量外，监测的重要方面还包括检查厌氧消化系统各组件是否正常运行。定期对消化系统进行维护，可预防可能危及消化器长期性能与稳定性的重大系统故障。例如，加热元件故障导致温度下降，可能因降低产甲烷菌的代谢速率而引起挥发性脂肪酸积累。若系统缺乏足够的碱度以维持产甲烷菌抑制阈值以上的pH值，该问题将进一步加剧。在沼气产率意外下降后，及时检测并封堵可能的泄漏点也至关重要。因此，在实验设计中设置重复，例如在完全相同的运行条件下并行运行两个生物反应器，有助于识别由系统故障（如微小泄漏）引起的意外性能下降。
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方案
1. 消化罐构建
- 选择一个包含图1所示所有特征的消化器容器（锥形并非必需），并根据所需的运行体积（通常为1–10 L）进行选型。如果您的消化器容器未配备加热水夹套，请将其置于其他温度可控的环境中，例如恒温水浴或培养室。
- 将容器垂直固定在实验台面上，确保周围有足够的水平空间用于安装其余组件（表2）。
- 按照图2组装容器盖。进液管和出液管的接口应足够宽，以防堵塞。生物反应器内部的管道应具有足够长度，以确保在排液过程中始终浸没于消化液中，同时从盖子顶部伸出，以便连接软管。搅拌桨护套应尽可能深入消化液中（浸没的管道和护套可防止顶空区的沼气逸出生物反应器）。
- 在盖子的接触面上涂抹硅基真空润滑脂，并将其夹紧在消化器容器顶部。
- 使用铁架台和夹具将可调速搅拌器平行固定于消化器的垂直轴线上，然后安装搅拌桨轴。由于搅拌电机存在振动和移动，必须使用独立且可自由移动的支架。
- 将一段柔性软管连接至进液管和出液管，再将另一段软管连接至气体接口，作为气体导管使用。
- 将沼气导管依次连接至各个组件，这些组件可放置在消化器上方的架子上。组件连接顺序如下：取样口、泡沫捕集器、H2S洗涤器、气体储袋、鼓泡器、气体流量计和通风管（图3）。为便于隔离或拆卸个别组件以进行故障排查或清洁，建议在各组件之间加装阀门和连接接头。请确保气体出口正确通向室外或化学通风橱，因为沼气具有爆炸性。
- 气体取样口应靠近反应器顶空区设置。
- 泡沫捕集器可使用简单的烧瓶或瓶子制作，其体积应至少为反应器体积的25%。应设有两个接口，一个用于沼气进气管，另一个用于沼气出气管。可通过在橡胶塞上钻两个孔并插入刚性管来实现。沼气进气管应比出气管插入更深（图4）。泡沫捕集是必要的，以保护气体处理系统免受消化器可能产生的泡沫影响。
- H2S洗涤器由一根内径大于2 cm的长玻璃管构成，内部填充钢丝绒，并在两端设有沼气进、出口。钢丝绒应充分填充以提供足够的表面积用于去除硫化氢，但不可过紧而阻碍沼气流动。洗涤步骤是必要的，以保护气体流量计中的金属部件免受腐蚀性物质损害。
- 气体储袋可由任何可折叠且气密的材料制成，例如气体采样袋，甚至儿童玩具球，其容积应超过目标进料体积的两倍。这是为了防止排液时压力下降，以及可能将空气吸入顶空区。
- 若系统通过循环水加热器进行温度控制，请使用柔性软管将加热器与加热夹套连接。将加热装置置于加热夹套液面以上位置。将加热器设定为中温或高温消化所需的适当温度（表1）。
- 使用肥皂水检测系统是否存在泄漏，进行气密性测试。首先向消化器罐内注水，然后通过气体对进液管轻微加压至低于5 psi的压力。首先夹紧沼气导管和出液管，检查反应器盖周围是否泄漏；随后松开沼气导管夹，测试整个气体处理系统的密封性。请注意，进液管过度加压会导致水从搅拌桨护套管中被压出。
- 开启搅拌桨和加热元件，并运行过夜，以确保搅拌器和加热器能够持续稳定运行。搅拌桨的转速应足够快，以保证反应器内介质完全混合。常见的搅拌器问题包括对中不良、轴摩擦过大以及电机在铁架台上的固定不牢。
2. 使用活性产甲烷生物质进行消化器接种与驯化
- 在准备消化器的同时，将活性产甲烷菌生物量（接种物）储存于密闭容器中，并置于4 °C冰箱内。理想情况下，接种物应尽可能缩短储存时间，并确保其数量足以完全填满整个消化器的体积。然而，某些厌氧生物量（如颗粒状生物量）可长期储存。如有必要，使用经厌氧气体吹洗过的水将接种物稀释至适当体积。
- 将空的消化系统通过进料管连接至厌氧气体，夹住出流管线，并用胶带密封搅拌轴与套管之间的缝隙，以防止厌氧气体过度流失，持续吹洗数分钟。
- 在吹洗过程中，务必同时对气体储罐进行吹洗，排出其中的空气。
- 吹洗完成后，将漏斗连接至进料管，加入接种物，并在添加过程中定期搅拌，以确保接种物均匀分布。
- 重新将厌氧气体连接至进料管，开启搅拌器，并对消化液吹洗至少15分钟。随后断开气体连接，夹住进料管，松开气体储罐的夹子。此时，该消化器已进入运行状态。
- 在开始进料前，让消化器运行数天，并监测沼气的产生情况。在此期间，对接种物进行总固体和挥发性固体浓度分析（表1）。如果固体浓度显著高于目标混合液浓度，则应在开始进料前相应地移除部分内容物并进行稀释。此举旨在防止运行期间生物量过度冲出，避免在启动阶段导致食料与微生物（F/M）比急剧升高。
- 通过测定底物的总固体和挥发性固体浓度、生化或化学需氧量，或总有机碳含量，确定底物中可生物降解的有机物比例。利用该数值计算一个保守的初始有机负荷率（OLR）。
- 操作人员应逐步提高OLR，直至达到目标值（启动阶段）。启动期间的一种方法是固定进料的有机浓度，然后逐步缩短水力停留时间（HRT），直至达到目标OLR（此过程可能需要数月到一年，具体取决于接种物和底物的质量）。若OLR增加过快，将导致挥发性脂肪酸浓度过高（以乙酸计＞2,000 mg/L），如图5所示。当挥发性脂肪酸浓度上升至次优水平时，操作人员应降低OLR（见表1）。若挥发性脂肪酸浓度过高，可能需要用清水稀释生物反应器内的内容物。
- 在目标OLR下，让消化器稳定运行三个HRT周期，以建立稳定的基线条件，之后再开始正式实验。
3. 消化器操作
- 在向消化器中添加底物之前，始终先排出出水，因此在排液前立即准备好进料混合物，并在4 °C下保存，直至进料时使用。
- 通过将出水管连接至泵（也可使用真空抽滤瓶）从消化器中排出出水，并移除与进料体积相等的出水体积。将出水在4 °C下储存，用于后续分析。请注意，许多分析项目具有时间敏感性。例如，pH值应立即测定，因为CO2会从溶液中逸出，导致pH升高。
- 从冰箱中取出进料混合物。将漏斗连接至进料管，倒入进料（底物），并确保定期搅拌，以使固体随主体液体一同进入。
- 如有必要，执行表3中列出的故障排除步骤。
4. 系统监测
- 运行期间应定期检查消化器系统及其各组件，特别注意搅拌和加热系统。搅拌不充分将导致出水悬浮物浓度突然下降（图6）。定期检查气体流量计中的油或水是否处于适当液位，并根据需要更换H2S捕集器中的钢棉。注意：钢棉与H2S反应生成硫化铁后会变为黑色且有光泽。
- 对消化器出水进行以下分析，以诊断系统的运行性能与稳定性。各项数值应持续保持在表1所示的最佳范围内。
- 每次进料周期均测量沼气产率和pH值。
- 每周多次测量挥发性脂肪酸浓度、碱度及沼气成分。注意：由于沼气组成在进料周期内会发生变化，因此应在相对于进料周期的相同时间点进行测量。理想情况下，应在进料周期结束时、下一次进料前取样。
- 每周或更频繁地测量生化需氧量或化学需氧量，以及总固体和挥发性固体，以确保在准稳态条件下，每种实验条件至少获得三个数据点。
5. 代表性结果
消化器成功接种的标志是在数天内产生沼气。在驯化期间，随着更多产甲烷微生物的富集，沼气中甲烷与二氧化碳的比例将逐渐升高。由于产甲烷菌的生长速度较酸化菌更慢，因此需要较长的驯化时间以及逐步的操作调整。在图5中，我们展示了在启动阶段过早引入高有机负荷率（OLR）时，消化器所表现出的动态响应。在此示例中，产甲烷生物量不足，无法有效去除（即利用）底物降解阶段（即酸化阶段）产生的挥发性脂肪酸（VFAs），导致VFAs积累，进而引起pH值下降。为纠正此状况，需降低OLR，以限制酸化菌产生VFAs，并在恢复至较高OLR前促进更多产甲烷菌的富集。随后，消化器在三个水力停留周期内表现出稳定的消化性能。
当所测参数（如沼气产率、总挥发性脂肪酸浓度、挥发性固体浓度和pH值）在至少一个水力停留时间（HRT）内持续保持在其平均值的10%范围内时，可认为系统达到了稳定的消化状态或准稳态条件。这一时间分配的重要性体现在图6中，该图展示了CSTR系统在因混合不充分而受到扰动后的长期响应。由于混合不当，固体在反应器中发生沉降，导致出水倾析过程中被去除的固体减少。当恢复充分混合后，这些积累的固体导致出水中的固体浓度升高。系统耗时约一个HRT（即25天）才使消化器的出水固体浓度恢复至正常水平。
厌氧消化器是一种生物系统，因此其运行性能会表现出一定的内在变异性。在实验人员能够识别出对系统施加的实验扰动所引起的具体效应之前，必须对这种变异性进行量化（需要正确使用统计学方法）。在对反应器系统进行实验性改变之前，需要经历三个水力停留时间（HRT）周期，因为通常认为这一时间段足以使混合液中各化学组分的浓度达到稳定状态（图7）。在此阶段结束时，实验人员应能为每个测定参数建立可靠的基线数据。该基线将作为后续实验比较的基础。
通过遵循监测方案，可以评估消化器的整体运行性能，该方案要求定期执行各种标准分析。此时间安排提供了足够的时序分辨率，以识别大多数系统问题的前兆，并留出足够的时间来预防这些问题。此外，这些诊断测试的结果应结合表1用于识别性能未达最佳的情况。表3提供了在安装消化器过程中通常会遇到的许多问题的解决方案。如果按照其中所述说明仍无法解决问题，操作人员应查阅其他资源，例如与厌氧生物技术相关的参考文献。
| 操作参数 | 标准方法索引 | 典型范围 | 极端范围 | ||
| 中温 | 高温 | 中温 | 高温 | ||
| 温度 | 2550(A) | 32-37 17 °C | 50-60 17 °C | 20-42 17 °C | 45-65 17 °C |
| 有机负荷率 | NL | 0.8-2.0 17 g VS-L-1-d-1 | 1.5-5.0 17 g VS-L-1-d-1 | 0.4-6.4 17 g VS-L-1-d-1 | 1.0-7.5 17 g VS-L-1-d-1 |
| 水力停留时间 | NL | 15 - 35 天 | < 15 ； > 35 天 | ||
| 碳氮比 | NL | 25:1 17 | > 25:1 | ||
| 监测参数 | 标准方法索引 | 最佳范围 | 次佳范围 | ||
| pH | 4500-H+(B) | 6.5 - 8.2 10 | < 6.5 ； > 8.2 | ||
| 碱度 | 2320(B) | 1300 - 3000 17 mg CaCO3-L-1 | < 1300 mg CaCO3-L-1 | ||
| 挥发性酸 | 5560(C) | < 200 10 mg Ac-L-1 | > 200 10 mg Ac-L-1 | ||
| 固体去除效率 | 2540(B,E) | > 50 % | < 50 % | ||
| 沼气成分 | 2720(C) | 55-70 CH4; 30-45 CO2 % | < 55 CH4; > 45 CO2 % | ||
表1. CSTR系统的常规操作选择指南及监测参数。
| 组件 | 规格（设计考虑） | 备注 |
| 温控循环热水器 | 温度范围：25–65 °C （加热能力、最大压头、体积流量） | 必须以足够高的流速和压力供应热水，以确保充分循环。 |
| 取样口 | 不适用 | 理想位置靠近气相空间。 |
| 泡沫捕集器 | 体积：反应器体积的25% | 可使用简单的侧臂烧瓶或玻璃罐。该装置应便于清洁。 |
| 硫化氢洗涤器 | （气体接触时间） | 应使用玻璃或塑料管（不可用金属）。长度设计应提供足够的气体接触时间。 |
| 气体储袋 | 体积：>2倍出水体积；材质：半弹性（非刚性） | 体积应大于出水排放时所占用的体积。材料应允许收缩和膨胀。 |
| 鼓泡器 | 不适用 | 应尽量降低水位所提供的液柱压力，以减少气体输送系统中的压力积聚。 |
| 气体流量计 | （气体流量检测范围） | 优先选用塑料材质的气体流量计，而非金属。气体流量检测范围应在预期沼气产率下保持准确。 |
表2. 辅助反应器组件及其规格与说明。
| 故障现象 | 可能的解决方案 |
| 进料管或出料管频繁堵塞 | • 使用内径更大的管路和/或接头。 • 减小底物颗粒尺寸（例如，使用搅拌机或筛网）。 • 进料过程中更频繁地搅拌混合物。 • 确保消化器内物料充分混合。 |
| 泡沫过多 |
• 降低有机负荷率（OLR）。 • 降低消化器内的搅拌强度。 • 通过减少消化器有效容积来增加顶部气相空间。 |
| 不同消化器重复组之间沼气产量不一致 |
• 确认两个消化器的气体收集系统均无泄漏。 • 检查气体流量计和加热元件是否正常工作并已校准。 • 确保各组进料混合物的配制条件一致。 |
| 不同消化器重复组之间出水中的固体浓度不一致或波动较大（图6） |
• 确认消化器内物料混合充分。 • 确保各反应器的出水虹吸管设置一致。 |
| 沼气中甲烷含量降低 |
• 确认pH值处于产甲烷的最佳范围（即6.5至8.2）。若不在该范围，应适当补充酸性或碱性物质。 • 若检测到沼气中含有较高氮气（即>10%），应检查取样口附近是否存在泄漏。 • 规范沼气取样的时间间隔。 • 确认挥发性脂肪酸（VFA）浓度处于最佳范围内。若不在该范围，应参照针对长期高挥发性脂肪酸浓度的故障排除步骤进行处理。 |
| 长期挥发性脂肪酸浓度过高（图5） |
• 降低有机负荷率（OLR）。 • 通过添加营养物或微量元素克服缺乏问题。 • 确保反应器内部密封，防止氧气侵入。 • 增加进料频率。 • 消除水力短流现象。 • 通过补充碱度克服碱度不足。 |
表3. 消化器运行故障排除方案。
图 1. 反应器设计的基本示例：主体材料—玻璃；管路材料—不锈钢/铝；盖子材料—PVC/有机玻璃。
图 2. 反应器盖设计的基本示例： 盖体材料 - PVC/有机玻璃；接头材料 - 不锈钢/塑料；管路材料 - 不锈钢/铝。
图3. 显示组件布局的系统示意图。
图 4. 泡沫捕集器设计的基本示例：罐体材料——塑料/玻璃；管路材料——塑料/玻璃。
图5. 反应器启动期间对高有机负荷率（OLR）的典型系统响应。 初始OLR为1.35 gVS-L-1时，导致总挥发性脂肪酸（TVFA）的积累。酸的积累引起pH下降，随后导致沼气产量降低。通过将OLR降低至1.15 g VS-day-1，两个系统均得以恢复，并建立了足够的产甲烷菌生物量浓度，从而能够耐受1.35 gVS-L-1的OLR。反应器之间在pH和TVFA积累上的差异体现了混合菌群独特的动态特性。
图6. 混合不足系统（反应器A）与混合充分系统（反应器B）的典型响应对比。 在混合效果较差时，固体物质沉降至反应器底部，并在排水过程中无法被去除（第280至290天）。当混合强度恢复至充分水平（第300天）后，积聚的固体物质逐渐被清除（第305至330天），系统也随之恢复至稳定的固体浓度水平。
图7. 保守性化学物质浓度与理想CSTR系统中水力停留时间（HRT）之间的理论关系。 在三个HRT时，消化器中化学物质的实际浓度[C]达到进料中初始浓度[C0]的95%。
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讨论
本文介绍的厌氧消化系统为大多数底物在实验条件下的处理提供了总体概述和一些基本指导原则。由于底物类型、反应器构型、运行参数的多样性，以及这些系统背后复杂的混合微生物群落生态特性，难以制定出可普遍适用的严格量化指标。尽管存在这些差异，所有厌氧消化系统均遵循一系列已被充分表征的生物降解途径，这些途径由物理和化学过程介导，其基本原理已被充分理解，并可应用于各类系统。本文所提出的系统参数最佳范围及规范运行方法，正是基于这些基本原理以及文献中已有详尽记录的运行观察结果。文中引用的各项参数相互关联，在厌氧消化过程中发挥着重要作用。深入理解这些参数之间的相互关系，将显著提升操作人员识别和解决系统问题的能力。对于希望进一步了解厌氧消化运行与监测相关主题的读者，Speece 所著《厌氧生物技术：工业废水处理》一书较为全面地汇总了相关议题10。
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披露
未声明任何利益冲突。
致谢
本研究由美国农业部通过国家食品与农业研究所（NIFA）资助，资助号为2007-35504-05381；同时由纽约州能源研究与发展局（NYSERDA）资助号58872以及康奈尔大学农业实验站通过美国农业部NIFA联邦配额资金资助的NYC-123444项目提供支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 加热循环器 | VWR Scientific | 13271-063 VWR | 用于加热夹套反应系统 |
| 变速电动实验室搅拌器 | Cleveland Mixer Co. | (Model 5VB) | 该型号搅拌器可配合铁架台安装使用 |
| 湿式精密气体流量计 | Ritter Gasmeters | (Model TG-01) | 该型号需最小流量为 (0.1 L/h)，最大可承受流量为 30 L/h |
| 气体鼓泡器 | Chemglass | (Model AF-0513-20) | |
| 气体采样管 | Chemglass | (Model CG-1808) | |
| 轴向搅拌桨 | Lightnin’ | R04560-25 Cole-Parmer | 搅拌桨叶片内径为 7.9375 mm |
| 搅拌桨轴 | Grainger | 2EXC9 Grainger | 1.83 m 长不锈钢棒，外径 7.9375 mm（需切割至合适尺寸） |
| 铸铁支撑架 | American Educational Products | (Model 7-G16) | 用于搅拌器安装 |
| 三爪延伸夹 | Talon | 21572-803 VWR | 用于搅拌器安装 |
| 普通夹具架 | Talon | 21572-501 VWR | 用于搅拌器安装 |
| 蠕动泵 | Masterflex | WU-07523-80 Cole-Parmer | 用于上清液倾析 |
| L/S 标准泵头 | Masterflex | EW-07018-21 Cole-Parmer | 用于上清液倾析——蠕动泵配件 |
| L/S 精密泵管 | Masterflex | EW-06508-18 Cole-Parmer | 用于上清液倾析——蠕动泵配件 |
| pH 分析 | |||
| pH 计 | Thermo Fisher Scientific - Orion | 1212000 | |
| 总固体与挥发性固体分析（标准方法：2540-B, E） | |||
| 玻璃真空干燥器 | Kimax | WU-06536-30 Cole-Parmer | |
| 瓷质蒸发皿 | VWR | 89038-082 VWR | |
| 实验室烘箱 | Thermo Fisher Scientific | (Model 13-246-516GAQ) | |
| 中型腔马弗炉 | Barnstead/ Thermolyne | F6010 Thermo Scientific | |
| 总挥发性脂肪酸分析（标准方法：5560-C） | |||
| 大容量变速离心机 | Sigma | WU-17451-00 Cole-Parmer | |
| 实验室电热板 | Thermo Scientific | (Model HP53013A) | |
| 大型冷凝器 | Kemtech America | (Model C150190) | |
| 乙酸试剂 [CAS: 64-19-7] | Alfa Aesar | AA33252-AK | |
| 化学需氧量（标准方法：5520-C） | |||
| COD 消解加热块 | HACH | (Model DRB-200) | |
| 硼硅酸盐培养管 | Pyrex | (Model 9825-13) | |
| 重铬酸钾试剂 [CAS: 7778-50-9] | Avantor Performance Materials | 3090-01 | |
| 硫酸汞(II)试剂 [CAS: 7783-35-9] | Avantor Performance Materials | 2640-04 | |
| 菲啰啉指示剂溶液 [CAS: 14634-91-4] | Ricca Chemical | R3140000-120C | |
| 六水合硫酸亚铁铵 [CAS: 7783-85-9] | Alfa Aesar | 13448-36 | |
| 气相色谱法分析气体组成 | |||
| 气相色谱仪 | SRI Instruments | Model 8610C | 必须配备热导检测器（TCD），使用下述色谱柱和载气，在105 °C恒温条件下运行 |
| 氦气 | Airgas | He HP300 | 用作载气 |
| 填充柱 | Restek | 80484-800 | 用于 N2、CH4 和 CO2 的分离 |
参考文献
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