一、厭氧的四階段理論

1、水解階段

       水解過程（chéng）是指複雜的固體有機物在水解酶的作用（yòng）下被轉（zhuǎn）化（huà）為簡單的溶解性單體或二聚（jù）體。微生物無法直接代謝碳水化合物（wù）（如澱粉、木質纖維素等）、蛋白和脂肪等（děng）生物大分子，必須先降解（jiě）為可溶性聚合物或者單體化合（hé）物才能被酸化菌群利用（yòng）。澱粉在澱粉（fěn）酶作用下被水解成麥芽糖、葡萄糖和糊精。纖維素是由（yóu）糖苦鍵結合成纖（xiān）維二糖再聚合（hé）而成的，在多種纖維素酶的協同作用下水解成糖。由於自然狀態下的纖維素一般（bān）都與木質素結合成（chéng）高度聚合狀態，以抵抗微生（shēng）物的分（fèn）解，所以纖（xiān）維素降解是沼氣發酵限速步驟之一。蛋白質是植物合成的一種重要產（chǎn）物，它在蛋（dàn）白酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各（gè）種氨基酸。脂肪（fáng）*先在脂肪水解酶的作用下水解為（wéi）長鏈脂肪（fáng）酸（suān）及（jí）甘油，甘油（yóu）在（zài）甘油（yóu）激酶催化下生成磷酸甘油，繼（jì）而被氧化（huà）為磷酸二羥丙酮，再經異構化（huà）生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉化為丙酮酸（suān），*終進入（rù）糖酵解途徑實現徹底氧（yǎng）化及利用。

2、酸化階段

       產酸發酵過程（chéng）是指將溶解性（xìng）單體或二聚體形（xíng）式的（de）有機物轉化為以短鏈脂肪酸或醇（chún）為主的末端產物。這些水解成的單體會進一步被（bèi）微生物降解成揮發性脂肪酸（suān）、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧化碳，並（bìng）分泌到（dào）細胞外。產酸菌是一類快速生長的細菌，它們傾向於（yú）生產乙酸，這樣能獲取*高的（de）能量以維持自身生長。末端產物組（zǔ）成取（qǔ）決於灰氧降解條件（jiàn）、底物種類和參與生化（huà）反（fǎn）應的微生（shēng）物種類同時氨基酸的降解（jiě）*先通過（guò）氧化還原氮反應實現脫氨基作用（yòng），生（shēng）成有機酸、氫氣及二氧化碳。

3、產氫產乙酸（suān）階段

       該階段主（zhǔ）要是（shì）將水解產酸階（jiē）段產生的兩個（gè）碳以上的有機酸或醇類等物質，轉化為乙酸等可（kě）為甲烷菌直接利用的小分子物質的過程。標準情況下，有機酸的產氫產乙（yǐ）酸過程不能（néng）自發（fā）進行，氫氣會抑製此步（bù）反應的進行，降低係統的氫分壓有利於產物產生。如果氫（qīng）分壓（yā）超過大氣壓，有機酸濃度（dù）增大，甲烷產量受到抑製。避免氫氣在（zài）此階段的積累尤其重要。在厭氧過程中（zhōng），氫分壓的降低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷化階段

       產（chǎn）甲烷階段是由嚴格專性厭（yàn）氧的（de）產甲烷細菌將乙酸、一碳化合物和（hé）H2、CO2等轉化為CH4和CO2的過程。大約的甲烷來自於乙酸的分解，是由乙酸歧化菌通（tōng）過（guò）代謝乙酸鹽的甲基基（jī）團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌（jun1）的代（dài）謝（xiè）速率一般較慢，對於溶解性有機物厭氧（yǎng）消化過程，產甲烷階段是整個厭氧消化（huà）工藝（yì）的限速。

二、水解(酸（suān）化)池與厭（yàn）氧消化的區別

       從原理上（shàng）講，水解（jiě）(酸化)是厭（yàn）氧消化過程的*、二兩個階段但水（shuǐ）解(酸化（huà）)工藝和厭（yàn）氧消（xiāo）化追求的目標不（bú）同，因（yīn）此是截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係（xì）統中的的目（mù）的主要是將原水中的非溶解態有機物轉變為（wéi）溶解態有機物，特別是工業廢水處理（lǐ），主要是將其中難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提高廢水（shuǐ）的可生化（huà）性，以利於後續（xù）的好氧生物處理（lǐ）。考慮到後續好氧處理的能耗問題，水解(酸化)主要（yào）用於低濃度（dù）難降解廢水的預處理。在混合厭氧消化係統中，水（shuǐ）解酸化是和整個消化過程有機地結合在一起，共處於一個反應器中，水解、酸化的目的是為混合（hé）厭氧消（xiāo）化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧消化中的產酸段（duàn）(產酸相)是將混合厭氧消化中的產酸段和（hé）產甲烷段分開，以便形成各（gè）自（zì）的*佳環境，同時，產酸相對所產生的酸的形態也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃度（dù）的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時（shí），這些物質（zhì）及其轉化（huà）產（chǎn）物（wù）不（bú）僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質量，也在產酸相中予以去除（chú）。因（yīn）此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸（suān）化（huà）)段、兩相法厭（yàn）氧發酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化工藝中的產酸過程均產生有機（jī）酸，但由於三者的處理目的不同，各自的運行環境和條（tiáo）件存在著（zhe）明顯的（de）差異，主要表現在以下幾個方麵：

(1)Eh不同

       在混合厭氧消化係統（tǒng）中，由於完成水解、酸（suān）化的微生物和產甲烷微生物共處於同一反應器中，整（zhěng）個反應器的氧化還原電位Eh的控製必須*先滿足對Eh要（yào）求嚴（yán）格的甲烷菌，一般為一300mv以下，因此。係統中的水（shuǐ）解(酸化)微生物也是在這一電（diàn）位值下工作的（de）。而兩相厭氧消化係（xì）統中，產酸相的氧化還原電位一般控製在一100mv一一300mv之間。據研究，水解(酸化)一好氧處理（lǐ）工藝中的水解(酸化)段為（wéi）——典型的兼性過程，隻要置Eh控製在＋50mv以下，該過（guò）程即可順利進行。

(2)pH值不同

       在混合厭氧消化係統中（zhōng），消化（huà）液的pH值控製在甲烷菌（jun1）生氏的*佳（jiā）pH範圍，一般為6.8—7.2。而在兩相厭氧消化（huà）係統中，產酸相的pH值一（yī）般控製在6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產酸的速（sù）率增大（dà），但形（xíng）成的有機酸（suān）形態（tài）將（jiāng）發生變化，丙酸的相對含量增大（dà），而丙酸對後續的甲烷相中的產甲烷菌會產生強烈的抑製作用。對（duì）於水解(酸化（huà）)一好氧處理係統來說（shuō），由（yóu）於後續處理為好（hǎo）氧氧化，不存在丙酸的抑製問題，因此，控（kòng）製的pH範圍（wéi）也較寬，從而可獲得較高（gāo）的水解(酸化)速（sù）率（lǜ），一般pH維持在5.5—6.5之間。

(3)溫度不同

       三種工（gōng）藝對（duì）溫度的控製（zhì）也不同（tóng），通常（cháng）混合厭氧消化係統以及（jí）兩相厭氧消化係統（tǒng）的溫度均嚴格（gé）控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要（yào）麽高溫消化(50一55℃)。而水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化（huà）)段對工作（zuò）溫（wēn）度無特（tè）殊要求，通（tōng）常在常溫下運行，也可獲得（dé）較為滿意的水解(酸化)效（xiào）果。

三（sān）、影響水解(酸化)過程的（de）主要因素

1)基質的（de）種類和形態（tài）

       基質的種類和形態對水解(酸化)過程的速率有（yǒu）著重要影響。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說，在相同的操作條件下，水解速率依次減小。同類有機（jī）物，分子量越大，水解越困難，相應池水解速率就越小。比如，就糖類物質來說，二聚糖比三聚（jù）糖（táng）容易水解（jiě）；低聚（jù）糖（táng）比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直鏈比支鏈易（yì）於水解；支鏈比（bǐ）環狀易於水（shuǐ）解；單（dān）環化合物比雜環或多環化合物易於水解。

2)水解（jiě）液的pH值

       水解液的pH值主要影響水解的速率（lǜ）、水解(酸化)的產物以及汙泥的形態和結構（gòu）。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物對pH值變化的（de）適應性較強，水（shuǐ）解過程可在pH值寬（kuān）達（dá）3.5—10.0的範圍內順利進行，但*佳的pH值為5.5—6.5。pH朝酸性方向或堿性方向移動時，水解速率都將減小。水解液pH值同時還影響（xiǎng）水解產物的種類和含量。

3)水（shuǐ）力停留時間

       水（shuǐ）力停留時間是水解（jiě）反應器運行控製的重要參數之一。它對反應（yīng）器的影響，隨著反（fǎn）應器的功能不同而不同。對於單純以水（shuǐ）解為目的的反應器，水力（lì）停留時間越長，被水（shuǐ）解物（wù）質與水解微生物接觸（chù）時間也就越長，相應的（de）水解效率也（yě）就越高。一般為（wéi）3-4小（xiǎo）時。

4)溫度

       水解反應是一典型的生物反應，因此，溫度變化對水解反應的影響符合一般的生物反應規律，即（jí）在一（yī）定的範圍內，溫度越高，水解反應的速率越大。但研究（jiū）表明，當（dāng）溫度（dù）在10一20℃之（zhī）間變化時，水解反應速率變（biàn）化不大，由此說明，水（shuǐ）解微生（shēng）物對低溫（wēn）變化的適應較強。

5)粒徑

       粒徑是影（yǐng）響顆粒（lì）狀有機物水解(酸化)速率的重要因素之—粒徑越（yuè）大（dà），單位重量有（yǒu）機物的比表麵積越小．水解速率也（yě）就越小。由於顆粒態（tài）有機物的粒徑對水（shuǐ）解速率影響較大，因此，一些研究者建議，對含顆粒態有機物（wù）濃度較高的廢水或汙泥，在進（jìn）入水解反（fǎn）應（yīng）器前可利用泵或研磨機破碎，以減小汙染物的粒徑，從而加快水（shuǐ）解反應的進行。

四、影（yǐng）響厭氧消化（huà）的主要因素

1）溫度

       在厭氧消化（huà）過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從低溫到高溫都存在（zài）。例如北極下水道中（zhōng）發現有極低溫（wēn）度下存活的甲烷菌（jun1）。通（tōng）常99精品国产综合久久久久五月天依據微生物活（huó）性把溫度範圍分為三類：一類（lèi）是嗜寒的（de），溫度範圍從10℃~20℃；—類是（shì）嗜溫的，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜（shì）熱的（de），溫度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比的關係是指（zhǐ）有機原料中總碳和總氮的比例。厭氧（yǎng）消化過程中碳氮（dàn）比是有*適範圍的（de），一般是從20:1到30:1，既不能太高也不能太低，否則都會對厭氧發酵過程產生影響。不合適的碳氮比會造成大量的氨態氮的（de）釋放或是揮發性脂肪酸的過度（dù）累積，而氨態氮和揮發性脂肪酸都是厭氧消化中重要的（de）中間產物，不（bú）合適的濃（nóng）度都會抑製甲（jiǎ）烷發酵過程。

3）酸堿度

       pH值是（shì）反映水相體係中酸（suān）濃度的重要指標之一。厭（yàn）氧發酵菌尤其是產甲烷菌對反應體係中的酸濃度是極為敏感的。較低pH值條件下，甲烷菌的生長就會受到（dào）抑製。許多（duō）研究者已經研究厭氧消化中不同階段（duàn）的*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是（shì）7.20左右。

4）有機負荷量

       有機負荷是指消化反應器單位容積（jī）單位時間內所承受的揮發性有機物量，它是消化反應器設計和運行（háng）的重要參數。有機負荷的高低與處理物料的性質、消化溫度、所采用的工藝等有關。研（yán）究表明，對於（yú）處理蔬菜、水果、廚餘等易降解的有機垃圾，有（yǒu）機負荷一般為1～6.8kg VS/(m3·d)。