From the model results (Fig. 1), anaerobic digesters could
completely convert acetic acid to methane and carbon dioxide.
As the initial mole fraction (x) of HAc was increased, the mass
of residual HAc decreased suggesting increased decomposition
of HAc. The molality of residual HAc rises to a constant value of
approximately 1×10−10 mol/kg. However, as the initial x was
increased the mass of the equilibrium solution phase decreased
(Fig. 1b) leading to the decrease in the mass of residual HAc.
As expected the amount of decomposed HAc corresponded
to half of the summation of moles of carbon dioxide (CO2) and
methane (CH4). The produced CO2 and CH4 were mostly transferred
into vapour phase. Fig. 1b shows that the vapour phase
expanded and the solution phase (liquor) reduced as initial mole
fraction (x) increased. Therefore the Debye-H¨uckel–Praunitz
and Pitzer–Praunitz models were consistent with the Ideal model
as a result of very low ionic strength (Fig. 1h).
Fig. 1c shows thatCH4 andCO2 are major end products in the
vapour phase, where the CH4 partial pressure was higher than
CO2 due to higher relative solubility of CO2. The solubility of
CO2 is dependent on pH. Fig. 1d shows the distribution of CO2
between the phases as mol of vapour CO2 over mol of CO2
produced.
Fig. 1e shows that yields (mol of produced CO2 or CH4/mol
of HAc decomposed) were close to one. The summation of
yields (CO2 +CH4) was consistently two. The model results
showthat anaerobic digesters can completely convert acetic acid
to methane and carbon dioxide. The difference of the CH4 yield
from one was due to production of hydrogen (H2). It can be
represented by 1−yield (CH4) = 0.25×yield (H2).
Fig. 1f shows that pH value at the equilibrium of HAc degradation.
pH value decreased from 4.75 (pKa of HAc) to a constant
value of approximately 4.07 according to increasing initial x.
The pH value decreased under the influence of the molality of
HCO3
− in solution phase.
Fig. 1g shows that enthalpy change (A) of HAc conversion
to CO2 (aq.) and CH4(aq.) against initial x was an exothermic
process, but total enthalpy change (H) was endothermic due
to the H of vaporisation for CO2 and CH4 (Fig. 1).
The methanogenesis can be discussed by reference to three
categories: Redox coupling process, dissociation of CO2, and
phase transition of end products.
3.1. Redox coupling process
The redox coupling process in methanogenesis can be illustrated
by a thermodynamically unfavourable reaction (G◦ >0)
and the exothermic and thermodynamically favourable CH4 formation
(G◦ < 0) as follows:
2H2O + CH3COOH = 2CO2(aq.) + 8H+ + 8e−
G = +91.39 (kJ/mol)
H = +231.44 (kJ/mol)
(41)
CO2(aq.) + 8H+ + 8e− = CH4(aq.) + 2H2O
G = −122.55 (kJ/mol)
H = −246.73 (kJ/mol)
(42)
Fig. 2. Acetic acid (aq.) conversion to CH4 (aq.) +CO2 (aq.).
In the redox equilibrium state, Eq. (42) occurs to release
energy as electron accepter, Eq. (41) consumes the energy as
electron donor, and the surplus energy may be used for ATP
transfer to maintain living microorganisms. Fig. 2 shows the
reaction coordinate based on enthalpy in methanogenesis.
From the reaction coordinate, simple application of Le Chatelier’s
principle suggests that the increase of the CO2 partial
pressure should increase the yield of methane and increase
the concentration of acetate. To the contrary, the model results
show that slightly high HAc decomposition and low methane
formation is achieved. The difference between the model and
Le Chatelier’s principle is explained by the depletion on
H+ for higher carbon dioxide partial pressure in anaerobic
digesters.
This result is in good agreement with Kim and Noike’s empirical
observation. The utilization of acetate increased as the CO2
partial pressure was slightly increased (0.5–0.6 atm) [22]. Kim
and Lee [23] also observed a reduction in specific methane production
rate with an increase of CO2 partial pressure (>0.7 atm)
and suggested that inhibition might depend on CO2 concentration
in the liquor. The results of this thermodynamic model
suggest an alternative explanation of the empirical observation.
The observed inhibition may be related to a shift in the position
of equilibrium, which results from the depletion of the H+
concentration.
3.2. Dissociation process of carbon dioxide
The redox coupling process in the methanogenesis was
strongly controlled by the concentration of H+ (pH), which has
an influence on the dissociation of CO2, and this dissociation
may affect HAc degradation. Fig. 3 shows the equilibrium concentrations
of CO2 and HAc (constant 1 mol of the initial HAc)
at constant pH value.
In the Fig. 3, we divided the low (A), intermediate (B), and
high pH range (C) based on the HAc degradation against pH
value. For low and high pH (9.4), the residual HAc
decreased with increasing pH value, and the relationship can be
explained by the decreasing concentration of H+ with higher pH
values under constant aqueous carbon dioxide. For intermediate
pH values (4.73 < pH< 9.4) the residual HAc increased with
increasing pH value. The intermediate regime can be explained
by the rapidly changing solubility of CO2. The pH (the concentration
ofH+) controls the solubility CO2 and consequently HAc
จากแบบจำลองผล ( รูปที่ 1 ) , ระบบเครื่องยนต์อาจ
อย่างสมบูรณ์แปลงกรดอะซิติกมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์
เป็นเศษส่วนโมลเริ่มต้น ( X ) ของ HAC เพิ่มขึ้น มวลของ HAC ที่ตกค้างลดลงแนะนำ
เพิ่มการสลายตัวของ HAC . การโมแลลิตีของ HAC ที่ตกค้างมา ค่าคงที่ของ
1 × 10 −ประมาณ 10 mol / kg อย่างไรก็ตาม เบื้องต้นได้
xเพิ่มมวลของสารละลายสมดุลเฟสลดลง
( รูปที่ 1A ) นำไปสู่การลดลงในมวลของ HAC ตกค้าง .
คาดว่าจำนวนย่อยสลายมลังเมลืองของ
ครึ่งหนึ่งของผลรวมของโมลของก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทน )
( ร่าง ) ที่ผลิต CO2 และร่างส่วนใหญ่โอน
ในเฟสไอ . รูป แสดง ว่า ไอเฟส 1B
ขยายและโซลูชั่นเฟส ( เหล้า ) ลดลงเป็นตุ่น
ส่วนแรก ( X ) เพิ่มขึ้น ดังนั้น debye-h ตั้ง uckel – praunitz
พีตเซอร์– praunitz และโมเดลที่สอดคล้องกับแบบจำลองในอุดมคติ
ผลของความแรงไอออนต่ำมาก ( รูปที่ 1 ) .
รูป 1C แสดง thatch4 andco2 เป็นผลิตภัณฑ์ที่สิ้นสุดสำคัญใน
ไอเฟส ที่ร่างสูงกว่า
ความดันบางส่วนCO2 เนื่องจากการละลายสัมพัทธ์สูงกว่าของ CO2 การละลาย
CO2 ขึ้นอยู่กับเอกฟิค 1D แสดงการกระจายของ CO2
ระหว่างขั้นตอนเป็นโมลของ CO2 ไอน้ำผ่าน mol ของ CO2
รูปที่ผลิต ตลอดจนแสดงให้เห็นว่าผลผลิต ( mol ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ หรือร่าง / mol
ของ HAC เน่า ) สนิทคนหนึ่ง
รวมของผลผลิต ( CO2 ร่าง ) คือส 2 รูปแบบผลลัพธ์
พบว่าระบบสามารถแปลง
มูลกรดมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ความแตกต่างของผลผลิตจากร่าง
เนื่องจากการผลิตก๊าซไฮโดรเจน ( H2 ) มันสามารถ
แทนด้วย 1 −ผลผลิต ( ร่าง ) = 3 ×ผลผลิต ( H2 ) .
รูปที่ชั้น 1 แสดงให้เห็นว่าค่า pH ที่สมดุลของการย่อยสลาย HAC .
ค่า pH ลดลงจาก 4.75 ( pKa ของ HAC ) ค่าคงที่
ประมาณ 407 ตามการเริ่มต้น X .
ค่า pH ลดลงภายใต้อิทธิพลของโมแลลิตีของ
hco3 −ในเฟสโซลูชั่น รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี
( A ) ของการแปลงมลังเมลืองให้ CO2 ( AQ ) และร่าง ( AQ ) กับเริ่มต้นกระบวนการคายความร้อน
x การเอน แต่ทั้งหมด เปลี่ยน ( H ) คือดูดเนื่องจาก
ไป H ของ vaporisation สำหรับ CO2 และร่าง
( รูปที่ 1 )ที่ช้าสามารถอธิบายโดยอ้างอิง 3
หมวดหมู่ : กระบวนการรีดอกซ์การ coupling , CO2 , และการเปลี่ยนเฟสของผลิตภัณฑ์สิ้นสุด
.
1 . ขั้นตอนการเชื่อมต่อไฟฟ้ารีดอกซ์
กระบวนการในการเชื่อมต่อช้าสามารถแสดงโดยปฏิกิริยา thermodynamically
1 ( กรัม◦ > 0 )
และคายความร้อนดี และ thermodynamically ร่างก่อตัว
( กรัม◦ < 0
) ดังนี้2H2O-dx ส้ม = 2co2 ( AQ ) 8H 8E −
g = 91.39 ( kJ / mol )
H = 231.44 ( kJ / mol )
( 41 ) คาร์บอนไดออกไซด์ ( AQ ) 8H 8E − = ร่าง ( AQ ) . 2H2O-dx
g = − 122.55 ( kJ / mol )
H = − 246.73 ( kJ / mol ) ( 42 )
รูปที่ 2 กรดน้ำส้ม ( AQ ) แปลงร่าง ( AQ ) คาร์บอนไดออกไซด์ ( AQ ) .
ในปฏิกิริยารีดอกซ์สมดุลสภาพ อีคิว ( 42 ) เกิดขึ้นที่จะปล่อยพลังงานที่อิเล็กตรอนรับอีคิว
, ( 41 ) ใช้พลังงาน
ผู้บริจาคอิเล็กตรอนและการนำพลังงานอาจจะใช้ ATP
โอนเพื่อรักษาชีวิตจุลินทรีย์ รูปที่ 2 แสดงให้เห็นปฏิกิริยาจากความร้อนในพิกัด
ช้า จากปฏิกิริยาประสานงานสมัครง่ายของหลักของเลชาเตอลิเย
แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วน
ความดันควรเพิ่มผลผลิตก๊าซมีเทนและเพิ่ม
ความเข้มข้นของอะซิเทต ตรงกันข้ามผลลัพธ์
แบบแสดงให้เห็นว่าการสลายตัว HAC เล็กน้อยสูงและการสร้างมีเทน
ต่ำได้ ความแตกต่างระหว่างรูปแบบและ
หลักของเลชาเตอลิเยอธิบายด้วยการบน
H สูงกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ความดันย่อยของมูลของแอน
.
ผลที่ได้นี้ มีความสอดคล้องกับข้อมูลเชิงประจักษ์ของคิม และ noike
สังเกต การใช้อะซิเตตเป็น CO2
เพิ่มขึ้นส่วนแรงดันเพิ่มขึ้นเล็กน้อยร้อยละ 0.5 และ 0.6 เอทีเอ็ม ) [ 22 ] คิม
ลี [ 23 ] ยังพบการลดลงของอัตราการผลิตก๊าซมีเทนเฉพาะ
กับการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ความดันย่อย ( > 0.7 ATM )
และชี้ให้เห็นว่าการจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ CO2
ในเหล้า ผลของรูปแบบ thermodynamic
แนะนำคำอธิบายทางเลือกของการสังเกตเชิงประจักษ์
และอาจจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่ง
สมดุล ซึ่งผลจากการลดลงของความเข้มข้นของ H
.
2 . กระบวนการการของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการรีดอกซ์คัป
ช้าถูกควบคุมอย่างมากโดยความเข้มข้นของ H ( M ) ซึ่งมี
มีอิทธิพลต่อการของ CO2 และหวิว
อาจมีผลต่อการย่อยสลาย HAC . ภาพประกอบ3 แสดงสมดุลความเข้มข้นของ CO2 และ HAC
( คงที่ 1 โมลของ HAC เริ่มต้นที่ค่า pH คงที่ )
.
ในรูปที่ 3 เราแบ่งต่ำ ( ) , กลาง ( b ) และ ( c )
พีเอชช่วงตาม HAC การย่อยสลายกับค่าพีเอช
ต่ำและสูง ( pH < / > 9.4 ) ,
HAC ตกค้างลดลงตามการเพิ่มค่าพีเอชและความสัมพันธ์สามารถ
อธิบายโดยลดความเข้มข้นของ H กับสูงกว่าค่า pH
ภายใต้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้ำคงที่ กลาง
ค่า pH ( pH < / < 0.05 ) HAC ตกค้างเพิ่มขึ้น
เพิ่มค่า PH ระบบการปกครองระดับกลาง สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
โดยการละลายของ CO2 พีเอช ( ค่า
ofh ) ควบคุมการละลาย CO2 และจากนั้น HAC
การแปล กรุณารอสักครู่..