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厌氧反应器启动时的注意事项有哪些
浏览: 发布日期:2020-12-03 13:17
厌氧反应器启动时的注意事项有哪些
(1)厌氧反应器在投入运行之前,必须进行充水试验和气密性试验。充水试验要求无漏水现象,气密性试验要求池内加压到350mm水柱,稳定15min后压力降小于100 mm水柱。而且在进行厌氧污泥的培养和驯化之前,应使氮气吹扫。
(2)厌氧活性污泥应从处理同类污水的正在运行的厌氧处理构筑物中取得,也可取自江河湖泊沼泽底部、市政下水道及污水集积处等处于厌氧环境下的淤泥,甚至还可以使用好氧活性污泥法的剩余污泥进行转性培养,但这样做需要的时间要更长的一些。
(3)厌氧反应器因为微生物增殖缓慢,一般需要的启运时间较长,如果能接种大量的厌氧污泥,可以缩短启动时间。一般接种污泥的数量要达到反应器容积的10% ~9%,具保值根据接种污泥的来源情况而定。接种量越大,启动时间越短,如果接种污泥中含有大量的甲烷菌,效果会更好。
(4)采用中温消化或高温消化时,加热升温的速度越慢越好,一定不能超过1℃/h。同时对含碳水化合物较多、缺乏碱性缓冲物质的废水时,需要补充投加一部分碱源,并严格控制反应器内的PH值在6.8~7.8之间。
(5)启动时的初始有机负荷与厌氧处理方法、待处理废水性质、温度等工艺条件及接种污泥的性质等有关,一般从较低的负荷开始,再逐步增加负荷完成启运过程。例如UASB启动时,初始有机负荷一般为0.1~0.2kgCODCR/(kgMLSS•d),当CODCR去除率达到80%或出水中挥发性有机酸VFA的浓度低于1000mg/L后,再按原有负荷50%的递增幅度增加负荷。如果出水中VFA浓度较高,则不宜提高负荷,甚至要酌情降低负荷。
(6)厌氧反应器的出水以一定的回流以返回反应器,可以回收部分流失的污泥及出水中的缓冲性物质、平衡反应器中水的PH值。一般附着型的反应装置因填料具有一定的拦截作用,可以不用回流出水;而悬浮生长型反应装置启动时因污泥易于流失,可适当出水回流。
(7)对于县浮型厌氧反应装置,可以投加粉末无烟煤、签名册水砂砾、粉末活性炭或絮凝剂,促进污泥的颗粒化。
(8)启动初期水力负代号过高可能造成污泥的大量流失,水力负荷过低又不利于厌氧污泥的筛选。一般在启动初期 选用较低的水力负荷,经过数周后再缓慢平稳地递增。
运行管理
1.厌氧生物处理设施运行管理应该注意的问题
(1) 当被处理污水浓度较高(CODCr值大于5000mg/L)时,必须采取回流的运行方式,回流比根据具体情况确定,有效的回流,不仅可以降低进水浓度,还可以增大进水量,保证处理设施内的水流分布均匀,避免出现短流现象。回流还可以防止进水浓度和厌氧反应器内pH值的剧烈波动,使厌氧反应平稳进行,也就是说可以减少厌氧反应对碱度的需求量,降低运行费用。厌氧反应是产能过程,出水温度高于进水.因此冬季气温低时,反应器内的温度恒定,尽可能使厌氧微生在其最适宜温度下活动。
(2)-般的工业废水温度难以达到35℃,需要加热(尤其在冬季)。因此,为节约加温所需能量,一方面要注意保温(包括采取加大回流量等措施),尽可能防止反应器热量散失,另一方而要充分发挥反应器内污泥浓度较大的特点,尽可能提高反应器内污泥浓度,减弱温度对厌氧反应的影响。
(3)沼气要及时有效地排出。厌氧消化过程必定伴随着沼气的产生,沼气对污泥可以起到搅拌和作用,促进污水与污泥的混合接触,这是其有利的一面。同时,沼气的存在也会起到类似浮渣的作用,沼气向上溢出时将部分污泥带到液面.导致浮渣的产生和出水中悬浮物含量增加及水质变差。因此,要设置气体挡板和集气罩,将沼气从厌氧消化装置内引出,在出水堰附近留有足够的沉淀区,以保证出水水质。
(4)污泥负荷要适当。为保持厌氧消化过程三个阶段的平衡,使挥发性脂肪酸等中间产物的生成与消耗平衡,防止酸积累导致pH值下降,进水有机负荷不宜过高,一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS•d)。可以通过提高反应器内污泥浓度,在保持相对较低的污泥负荷条件下,获得较高的容积负荷。一般来说,厌氧消化装置的容积负荷都在5kg CODcr/(m3•d)以上,甚至高达50kg CODcr/( m3•d)。
(5)当被处理污水悬浮物浓度较大(一般指1000mg/L以上)时,就应当对污水进行沉淀、过滤、或浮选等适当的预处理,以降低进水的悬浮物含量,防止填料层堵塞。一般AF的进水悬浮物不超过200mg/L,但如果悬浮物可以生物降解而且均匀分散在污水中,则悬浮物对AF几乎不产生不利影响。
(6)要充分创造厌氧环境。无氧是厌氧微生物正常活动的前提,甲烷菌则必须在绝对的厌氧环境下才能高效率发挥作用。在污水提升进入厌氧消化装置、出水回流等环节都要尽可能避免与空气的接触,尽可能减少与空气接触的机会。如水流过程中尽量不要出现跌水、搅动等现象,调节池、回流池等要加盖封闭,污水提升不要使用气提泵。厌氧反应构筑物应经过气密试验,确保严密无渗漏。
2.厌氧生物反应器的控制指标
(1)氧化还原电位:利用测定氧化还原电位的方法判定厌氧反应器内的多个氧化还原组分系统是否平衡状态,虽然这种方法可靠性较差,但由于氧化还原电位测定简单,和其他监测指标结合起来应用,有一定的引导意义。
(2)丙酸盐和乙酸盐浓度比:如果厌氧反应器有机负荷超过正常范围,在其他运行参数发生变化之前,丙酸盐和乙酸盐浓度之比会马上升高。因此可以将丙酸盐和乙酸盐浓度之比作为厌氧反应器超负荷引起运行异常的灵敏而可靠的警示指标。
(3)挥发性酸VFA:挥发性酸的异常升高是厌氧反应器中产甲烷菌代谢受到抑制的最有效指标。
(4)苯乙酸:苯乙酸是降解芳香组氨基酸和木质素等大分子有机物产生的中间产物,当处理含有这类污染物的污水时,厌氧处理出水中苯乙酸含量是比挥发性酸更为敏感的反映厌氧反应器运行状态的指标。
(5)甲硫醇:甲硫醇气味独特,即使含最很低,人们也能凭嗅觉感觉出来。甲硫醇含量突然增加(气味突然出现或加大)往往表明进水中氯代烃类有毒物质含量突然增加。
(6)一氧化碳CO: CO的产生与甲烷的产生密切相关,CO难溶于水,可以实现在线监测。气相中CO的含量和液相中乙酸盐的浓度有良好的相关性,CO的含量变化与重金属和由有机毒性所引起的抑制作用也有关系。
3.厌氧生物反应器维持高效率的基本条件
(1)适宜的pH值:为使厌氧顺利进行,反应器中的pH值必须在6.5~8.2之间。
(2)充足的常规营养:反应器内氮的浓度必须在40~70mg/L范围内才能满足需要,而磷和硫化物维持较低的浓度即可满足需要。甲烷菌对硫化物和磷有专性需要,必须在反应器内保证其含量,有时需要向进水中投加磷肥和硫酸盐。
(3)必要的微量专性营养元素:对甲烷菌有激活作用的专性营养元素有铁、钴、镍、锌、锰、钼、铜甚至硒、硼等很多种,缺少其中一种就可能严重影响整个生物处理过程。
(4)合适的温度:厌氧反应一般在30~37℃的中温条件下运行。
(5)对毒性适应能力:必须完成厌氧微生物对有毒物质适应性的驯化。
(6)充足的代谢时间:要同时保证厌氧生物处理的水力停留时间HRT和固体停留时间SRT。
(7)适量的碳源:来自进水中的有机物要满足异养型甲烷菌用于生物合成所需要的碳源,同时反应器内的溶解性C02要满足自养型甲烷菌所需要的碳源。
(8)污染物向微生物的传质良好:厌氧生物反应器内的颗粒污泥在流化状态下传质能力较好,但生物量过多积累或使用厌氧生物膜法时生物膜过厚都可能产生传质问题,要定期排出剩余生物污泥或提高回流比减少部分传质阻力。 
  在厌氧反应器中,常常会用到抑制剂。抑制剂是一种用来阻滞或降低化学反应速度的物质,作用与负催化剂相同。它不能停止聚合反应,只是减缓聚合反应。借以抑制或缓和化学反应的物质。下面小编为大家先容一下厌氧反应器的几类常见抑制剂。
1、氨氮。
  高浓度下,高pH下,有直接抑制。一般来说,500ppm以下是没问题的,500-1000ppm,颗粒污泥,运行上几个月看起来问题也不大,但是不保证长久下来不需要更换污泥,1000ppm以上,考虑放弃。氨氮有个附加问题,就是同时存在P和Mg时,容易发生鸟粪石结垢,这时IC比UASB有优势,基本上只会在出水管缓慢结垢,而不是整个厌氧反应器内
2、VFA。
  高浓度下,低pH下,有直接抑制。当然,VFA积累,本身也会促使pH下降,这就容易产生一个恶性循环,所以厌氧反应器系统检测出水VFA是很有必要的,一旦VFA出现不正常,而又没采取有效的措施去控制,很可能一酸到底。不过,过分的强调VFA的抑制性就偏激了,VFA中的乙酸,可是直接产甲烷的底物。
3、硫酸盐。
  硫酸盐本身没什么,除非上万的浓度影响了渗透压。但是SRB(硫酸盐还原菌)这种细菌搞破坏,它把硫酸根转化为H2S,还消耗产甲烷菌的碳源底物。一般来说,COD在5000mg/L,硫酸盐在1500mg/L,颗粒污泥运行没问题。很多水友说碳硫比在某个数值合适,其实这样做出来的厌氧实际会出麻烦。因为碳硫比合适只是保证了产甲烷可以正常进行,不至于被选择性抑制。但是高的硫酸盐含量下,还原形成的H2S浓度也会更高,当然,H2S在低pH下毒性更强大。
厌氧消化的发酵条件控制
营养与环境条件
厌氧要求有机物浓度较高,一般大于1000mg/L以上。所以厌氧适于处理高浓度有机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样,厌氧处理也要求供给全面的营养,但好氧细菌增殖快,有机物有50~60%用于细菌增殖,故对N、P要求高;而厌氧增殖慢,BOD仅有5~10%用于合成菌体,对N、P要求低。
COD∶N∶P=200∶5∶1或C∶N=12~16
(好氧COD∶N∶P=100∶5∶1)
厌氧过程对环境条件要求比较严格:
Ⅰ、氧化还原电位(φE)与温度
氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高,对厌氧消化不利。
高温消化--500~600mv,50~55℃
中温消化--300~380mv,30~38℃
产酸菌对氧还-还电位要求不甚严格+100~-100mv
产甲烷菌对氧还-还电位要求严格<-350mv
Ⅱ、pH及碱度
pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态,原液本身的pH和发酵系统中产生的CO2分压(20.3~40.5kpa),正常发酵pH=7.2~7.4,有机负荷太大,水解和酸化过程的生化速率大大超过产气速率。将导致水解产物有机酸的积累使pH下降,抑制甲烷菌的机能,使气化速率锐减,所以原液pH=6~8,发酵过程有机酸浓度不超过3000mg/L为佳(以乙酸计)。
HCO3-及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因,高的碱度具有较强的缓冲能力,一般要求碱度2000mg/L以上,NH3浓度50~200mg/L为佳。
Ⅲ、毒物--凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物,无机酸浓度不应使消化液pH<6.8;不应高于1500mg/L,其它阴离子浓度参见 P148表9-2。
工艺操作条件
Ⅰ、生物量--大小以污泥浓度表示,一般介于10~30gvss/L之间,为防止反应器中污泥流失,可采用装入填料介质使细菌附着挂膜,调节水流速度或污泥回流量。
Ⅱ、负荷率--表示消化装置处理能力的一个参数,负荷率有三种表示方法:
①容积负荷率--反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量kg/m3•d。
②污泥负荷率--反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的有机物量kg/kg•d。
③投配率--每天向单位有效容积投加的材料的体积m3/m3•d。
投配率的倒数为平均停留时间或消化时间,单位为d(天),投配率池可用百分率表示。
负荷率的影响:
①当有机物负荷率很高时,营养充分,代谢产物有机酸产量很大,超过甲烷菌的吸取利用能力,有机酸积累pH下降,是低效不稳定状态。
②负荷率适中,产酸细菌代谢产物中的有机物(有机酸)基本上能被甲烷菌及时利用,并转化为沼气,残存有机酸量仅为几百毫克/升。pH=7~7.5,呈弱碱性,是高效稳定发酵状态。
③当有机负荷率小,供给养料不足,产酸量偏少,pH>7.5是碱性发酵状态,是低效发酵状态。
Ⅲ、温度控制--发酵要求较高的温度,每去除8000mg/L的COD所产沼气,能使水温升高10℃,一般工艺设计中温消化30~35℃。
Ⅳ、pH的控制--当液料pH<6.5或高于8.0,则要调整液料pH。
pH<6.8~7,应减少有机负荷率,
pH<6.5,应停止加料,必要时加入石灰中和。
反应器结构
反应器工作时,污水经过均匀布水进人反应器底部,污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。在反应器的底部有一个高浓度 (可达100?150 g/L〉、高活性的污泥层,大部分的有机物在这里被转化为CH.,和C()2 ; III 于气态产物(消化气)的搅动和气泡黏附污泥,
在污泥层之上形成一个污泥悬浮层;反应器的上部设有三相分离器,完成气、液、固三相的分离;被分离的消化气从上部导出,被分离的污泥则自动滑落到姑浮污泥层,出水则从澄淸区流出。由于在反应器内可以培养出大tt厌氧颗粒污泥,使反应器的负荷很大,对一般的高浓度有机污水,当水温在30 °C左右时,负荷可达 10?30 kgC()D/(m3 • d)。
厌氧的工艺如何简单识记:
A、厌氧接触:消化池+厌氧沉淀池+厌氧污泥回流系统,这个与好氧工艺中的接触氧化没有关系,莫联想到填料上。
B、UASB:上流式厌氧污泥床反应器,污水从下而上穿过污泥床体,但是有很多UASB的布水器是位于池顶的,也不是UASB就没有回流。
C、UBF:就是UASB+AF,形象点说UASB上面再加上填料层。
D、EGSB:UASB拉高,做上回流,上流速度比UASB高很多,要力图控制污泥颗粒化。
E、IC:甭管有没有外回流(水泵回流),有内回流就行。
F、ABR:上下折流板。
有关厌氧产甲烷去除水中有机物的原理在这里也多说几句。
先是“厌氧产甲烷”,厌氧过程,如果大家不谈释放磷,常见的是水中有机物厌氧发酵的过程。有机物好氧发酵的过程,大家都清楚是一个氧化还原反应,进入水中的氧气作为氧化剂,氧化水中的有机污染物变成CO2和H2O,使得(还原性的)COD得以氧化去除。所以很多人理所应当的认为,厌氧是个还原反应喽。
这就有必要让抱有该观点的朋友先回忆一下初中化学,氧化反应和还原反应,可以剥离开吗?
显然是不能的,厌氧也是,在进行到产甲烷之前的厌氧发酵过程,基本上是有机物自身相互的氧化和还原(这话说得并不严谨,但是方便理解),也就是说有机物本身是还原性的,它反应之后变成一部分还原性更强,一部分还原性相对弱一些的两种有机物,而这总体上相抵消。所以如果厌氧发酵未到产甲烷地步,COD变化可以忽略不计(这就是水解酸化COD去除率低下的原因)。
当这个过程进行的非常彻底时,产物逐渐转化为CO2和CH4,主要体现还原性也就是导致水中COD的甲烷因为溶解度低,脱离水相,这是产甲烷过程去除有机物COD的原因。
5关于水解酸化
水解酸化的目的是改善生化性,为下一个生化处理单元服务,其评价指标有酸化度、pH、B/C、COD去除率等,其中COD去除率是里面可靠性最差的。
对于在上一环节说到的“水解酸化COD去除率低下”,有水友可能要反驳说“我的水解酸化去除率不低下呢”;对此,澄清下这一水解酸化去除率是从哪里来的。
1)水解酸化纯粹的控制到产甲烷之前,是不可能的,也就是说,或多或少总有一点甲烷产生;而且厌氧过程产生一点氢气也很正常,有听说过产氢产乙酸过程吧。所以,水解酸化池表面浮起的一个个泡泡,也许就是你想找的原因之一。
2)细菌不管是什么样的,总有繁殖下一代的职责,水解酸化菌群也是,它们或多或少的总要利用有机物合成点细胞物质。
3)进水SS如果量很大,会被水解酸化污泥吸附相当量的一部分,这个对COD的影响不可忽略,有时甚至十分巨大。
6工艺中的两级与两相
众所周知,不同的水质决定不同的工艺。产甲烷是厌氧去除水中有机物的关键因素,两级和两相的差别也就在第一个厌氧反应器是否产甲烷上;如果第一个产甲烷,第二个有机负荷势必要小很多,这是问题的关键。
一般来说,两级厌氧适应的水质是较高浓度的废水,它的生化性并不很差,第一级通过沉降和发酵产气降低第二级的负荷。两相厌氧,一是主要针对难生化降解废水,靠第一相改善生化性,二是针对硫酸盐废水,靠第一相进行硫酸盐还原,然后去除硫化物再进第二相产甲烷,三是针对易酸化废水易波动废水,放在前面彻底酸化掉以稳定pH。
如酒精项目常用两级,那些几万以上的,如果生化性不差并且水量不小,个人建议也用两级,但是控制其实并不简单,尤其是第一级在高浓度、高VFA下运行。生化性较差用两相的就很多了,其实生化性不差的也常常用两相。
有的工艺是用水解酸化+氧化(处理COD较低的废水),有的是UASB+氧化(一相厌氧,处理COD高的废水),有的是水解酸化+UASB+氧化(就相当于两相厌氧);对此分析如下:
1)水解+好氧工艺,处理的废水浓度确实常见的要低一些,因为水解并不能提供较有力的COD消解能力,当然这个工艺相比较直接好氧而言,更多的可以用在进水COD1k-2k之间的项目,这种水质进厌氧节约的曝气能耗和提升水用的动力能耗差不多,厌氧降解程度上优势也不明显,但是直接进好氧浓度又偏高。因此常搞出水解+好氧,利用水解过程微量讲解和吸附去除COD来减少好氧的负担。当然这是在不讨论改善生化性方面的前提下。
2)假如水解酸化+UASB+氧化就相当于两相厌氧,有文章说“厌氧发酵产生沼气过程可分为水解阶段、酸化阶段、乙酸化阶段和甲烷阶段等四个阶段。水解池(水解池进行的就是水解酸化反应吧)是把反应控制在第二阶段完成之前,不进入第三阶段。”
那么水解酸化产生的应该是有机酸吧,那乙酸化阶段在哪发生的?两相厌氧的产酸相产的是什么酸?它的乙酸化阶段又是在哪发生的呢?
产乙酸这个词和产乙酸阶段是应该分开的,因为在产酸阶段就会产生一部分乙酸了但并不一定作为过程的主体,这要看废水的有机物组成。产乙酸阶段,这里面包含了两类反应,一是更长碳链的VFA以及乳酸、丙酮酸和醇类等分解产生乙酸,二是同型产乙酸菌,利用CO2和H2的无机组合进行产乙酸。两相的水解酸化过程中产生的有机酸,有可能是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸…以及乳酸中的任一种,也有可能是未完全降解的长链脂肪酸。
个人认为在实际工程中,两相的分界线并不彻底分明,水解酸化相先后延伸至产乙酸甚至少量产甲烷都是经常遇见的。至于产甲烷相,它就没有不含水解酸化这两个过程的时候,产甲烷相四个过程都会存在,只不过前两个过程被之前的相分担了一部分。乙酸化发生在哪里,这个过程应该大部分在后一相,两相的定义并不是“水解酸化阶段+乙酸化产甲烷阶段”,只要在流程上将其主体分开即可叫做两相,至于分界线模糊,没有关系。
基于水解和酸化两个过程无法分开的事实,三相取决于产乙酸和产甲烷是否可以分开。
对于三相分离器的工作原理大致可表述为:气液固三相在气体扰动和液体升流的作用下从下方进入三相分离器;污泥(固)撞击在三相分离器上,上面吸附的沼气气泡释放出来;沼气气体被三角形集气罩收集;脱离气体的泥水(固液相)穿过三相分离器集气罩之间的缝隙,到达沉淀区;污泥(固)在没有气体扰动的条件下沉淀,落回三相分离器下方。核心是气体被收集和污泥沉淀
原理
在厌氧处理过程中,废水中的有机物经大量微生物的共同作用,被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。在此过程中,不同微生物的代谢过程相互影响,相互制约,形成了复杂的生态系统。对高分子有机物的厌氧过程的叙述,有助于大家了解这一过程的基本内容。高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段:水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。
水解阶段
水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。
高分子有机物因相对分子量巨大,不能透过细胞膜,因此不可能为细菌直接利用。它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如:纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖,蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。水解过程通常较缓慢,因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。多种因素如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等可能影响水解的速度与水解的程度。水解速度的可由以下动力学方程加以描述:ρ=ρo/(1+Kh.T)
ρ ——可降解的非溶解性底物浓度(g/L)
ρo———非溶解性底物的初始浓度(g/L)
Kh——水解常数(d^-1)
T——停留时间(d)
发酵或酸化阶段
发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程,在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物,因此这一过程也称为酸化。
在这一阶段,上述小分子的化合物发酵细菌(即酸化菌)的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌,但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中,这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等,产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时,酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质,因此,未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。
在厌氧降解过程中,酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程pH值的范围在6.5~7.5之间,因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗,并进一步引起酸化末端产物组成的改变。
产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的作用下,上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。
其某些反应式如下:
CH3CHOHCOO-+2H2O —> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL
CH3CH2OH+H2O-> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL
CH3CH2CH2COO-+2H2O-> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’

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