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（wù）在水解酶的作（zuò）用下被轉化為簡單（dān）的溶解性單（dān）體或二聚體。微生物無法（fǎ）直接（jiē）代（dài）謝碳水（shuǐ）化（huà）合（hé）物（如澱（diàn）粉、木質（zhì）纖維素等）、蛋白和脂肪等生物大分子，必須先降解為可溶性聚合物或者單體化合（hé）物才能被酸化菌群利用。澱粉在澱粉酶作用下被水解成（chéng）麥芽糖（táng）、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖苦（kǔ）鍵結合成纖維二糖再聚合而成的，在多種纖維素（sù）酶的協同（tóng）作用下水解成糖。由於自（zì）然狀態下的纖維素一般都與（yǔ）木質素結合成高度（dù）聚合狀態，以抵抗微生物（wù）的分解，所以纖維（wéi）素降解是沼氣發酵限速步驟之一。蛋白質（zhì）是植物合成的（de）一種重要產（chǎn）物，它在蛋白酶作用（yòng）下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪*先在脂肪水（shuǐ）解酶的作用（yòng）下水解為長鏈脂肪酸及甘油，甘油（yóu）在甘油激酶催化下生成磷酸甘油（yóu），繼而被氧化為（wéi）磷酸二羥丙酮，再經異構化生成磷（lín）酸甘油酸，經糖酵解（jiě）途徑轉化為（wéi）丙酮酸，*終進入糖酵解途徑實現（xiàn）徹底氧化及利（lì）用。

2、酸化階段

       產酸發酵過程是指將（jiāng）溶解性單體或二聚體形式的（de）有機物轉化為以短鏈脂肪酸或醇為主的末端產物。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、乳酸、醇、氨等酸化產（chǎn）物和氫（qīng）、二氧（yǎng）化碳，並（bìng）分泌到細胞外。產酸（suān）菌是一類快速生長的細菌，它們傾（qīng）向於生產乙酸，這（zhè）樣能獲取*高的能量以維持自身生長。末端產物組成取決於灰（huī）氧降解條件、底物種類（lèi）和參與生化反應的微生（shēng）物種類同時氨（ān）基酸（suān）的降解*先通過氧化還原氮反應實現脫氨基作用，生成有機酸、氫氣及二氧化（huà）碳（tàn）。

3、產氫產乙酸（suān）階段

       該階段主要是將水解產酸階段產生的兩個（gè）碳以上的有機酸或（huò）醇類等物質（zhì），轉化為乙酸等可（kě）為甲烷菌直接利（lì）用的小分子物（wù）質的過程。標準情況下，有機酸的產氫產（chǎn）乙酸過程不能自發（fā）進行，氫氣會抑製此步反應的進行，降低係統的氫分壓有利於產物產生。如果氫分壓超過大氣壓，有機酸濃度增大，甲烷產量受到抑製。避免氫氣（qì）在此階段的積累尤其重要。在厭（yàn）氧（yǎng）過程中，氫分壓的（de）降低必須依（yī）靠氫營養菌（jun1）來完（wán）成。

4、甲烷化階段

       產甲（jiǎ）烷階段是由嚴格專性厭氧的產（chǎn）甲烷細菌將乙酸、一碳化合物和H2、CO2等轉化（huà）為CH4和CO2的過程。大約的甲烷來自於（yú）乙酸的分解，是由乙酸歧化菌通過代謝乙酸鹽的甲基（jī）基團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代謝速率一般較慢，對於溶解性有（yǒu）機物厭氧消化過程，產甲烷階（jiē）段是整個厭氧消化工（gōng）藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭氧消化的區別

       從原理（lǐ）上講，水解(酸化)是厭（yàn）氧消化過程的*、二兩個階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求（qiú）的目標不同，因此是截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係統中的（de）的目的主要是將原水中的非溶解態有機物轉變為溶解態有機（jī）物（wù），特別是工業廢水處理，主要是將其中難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提高廢水的可生（shēng）化性，以利於後續（xù）的好氧生（shēng）物處理。考慮到後續好氧處理的能耗問題，水解(酸化)主要用於低（dī）濃度難（nán）降解廢水的預處（chù）理。在混合厭氧消化係統中，水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（mù）的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭（yàn）氧（yǎng）消化中的產酸段(產酸相)是（shì）將混合厭氧消化中（zhōng）的產酸段和產甲（jiǎ）烷段分開，以便形成（chéng）各自的（de）*佳環境，同時，產酸相對所（suǒ）產生的酸的形態也有要求(主要為乙（yǐ）酸)。此外，廢水中如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這些物質及（jí）其轉化產物不僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質量，也在產酸相中予以去除。因此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段（duàn）、兩相法厭氧發酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化（huà）工藝中的產酸過程均產生有機酸，但由於三（sān）者的處理目的不同，各自的運行環境和（hé）條件存在著（zhe）明顯的差異，主要表現在（zài）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、酸化的微生物和產甲烷微生物共處於同一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的控製必須*先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為一300mv以下，因此。係統（tǒng）中的水解（jiě）(酸化)微生物也是在這（zhè）一電位值下工作的。而兩相厭氧消化係統中，產酸相的氧化還原電位一般控製在一100mv一一300mv之（zhī）間。據研（yán）究，水解(酸化（huà）)一好（hǎo）氧處理工（gōng）藝中的水解(酸化（huà）)段為——典型的（de）兼性過程，隻要（yào）置Eh控製在＋50mv以下，該過程即可（kě）順（shùn）利進行。

(2)pH值不同

       在混合厭（yàn）氧消（xiāo）化係統（tǒng）中，消（xiāo）化液的pH值控製在甲烷菌生氏的*佳pH範圍，一般為6.8—7.2。而在兩相厭氧消化係統中，產酸相的pH值（zhí）一般（bān）控製在6.0一6.5之間，pH降（jiàng）低時，盡管產酸的速率增大，但（dàn）形（xíng）成的有機酸（suān）形態將發生（shēng）變化，丙酸的相對含（hán）量增大，而丙酸對後（hòu）續的甲烷相中的產甲烷菌（jun1）會產生強烈的抑製作用。對於水解(酸化（huà）)一好氧處理係（xì）統來說，由於後續處理為好氧氧化，不存（cún）在丙酸的抑製問題，因此，控製的pH範圍也較寬，從而可獲得較高的水解(酸化（huà）)速率，一般pH維持在5.5—6.5之間。

(3)溫度不同（tóng）

       三種工藝對溫度的（de）控製也不同，通常混合厭氧消化係統以及兩相厭氧消化係統的溫度均嚴格控製，要麽（me）中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消化(50一55℃)。而（ér）水解(酸化（huà）)一好氧處理工藝（yì）中的水解(酸化)段對工作溫度無特殊要求，通常在常溫下運行，也可獲得（dé）較為滿意的水解(酸（suān）化)效果。

三、影響水解（jiě）(酸（suān）化)過程的主要因素

1)基質的種（zhǒng）類和形態

       基質的種類和形態（tài）對水解(酸化)過程的速（sù）率有（yǒu）著重（chóng）要影響（xiǎng）。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說，在（zài）相同的操作（zuò）條件下，水解速率依次減小。同類有機物，分子（zǐ）量越（yuè）大，水（shuǐ）解越困（kùn）難，相應池水解速率就（jiù）越小。比如（rú），就糖類物質來說，二聚糖比（bǐ）三（sān）聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就（jiù）分子結構來說，直鏈比支鏈易於水解；支鏈比環狀易於水解；單環化合物比雜環或多環化合（hé）物易於（yú）水解。

2)水解液（yè）的（de）pH值

       水解液的pH值主要影響水解的（de）速（sù）率、水解(酸化)的（de）產物以及汙泥的形態和結（jié）構。大量研究結果表明，水（shuǐ）解(酸化)微生物對pH值變（biàn）化的適應（yīng）性較強，水解（jiě）過程可在pH值寬達3.5—10.0的範圍（wéi）內順利進（jìn）行，但*佳的pH值為（wéi）5.5—6.5。pH朝酸性（xìng）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（hái）影響水解產物的（de）種類和含量。

3)水力停留時間

       水力停留時間是水解反應器運行控製的重要參數之一。它對反應器（qì）的影響，隨（suí）著反應器的功能不同而不同。對於單純（chún）以（yǐ）水解為目的的反應（yīng）器，水力停留時間（jiān）越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越長，相應的水解（jiě）效率（lǜ）也就越高。一般為3-4小時。

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（xiǎng）符合一般的生物反（fǎn）應規律，即在一定的範圍內，溫度（dù）越高，水解反應的速率越大。但研究表明，當溫度（dù）在10一20℃之間變化時，水解反應速率變化不大，由此說明，水解微（wēi）生物對低溫變化的適應較強。

5)粒徑

       粒徑是影（yǐng）響顆粒狀有機物水解(酸化)速率的重要因素之—粒徑越（yuè）大，單位重量有機物的比表麵積越小．水解（jiě）速率也就越小。由於顆粒（lì）態有機物的粒（lì）徑對水解速率影響較大，因此，一些研究者（zhě）建議，對含顆粒態（tài）有機物濃度較高的廢水（shuǐ）或汙泥，在（zài）進（jìn）入水解反應器前可利用泵或研磨機破碎，以減小汙染物的粒徑，從（cóng）而加快（kuài）水解反應的進行（háng）。

四、影響厭氧消化的主要因（yīn）素

1）溫度

       在厭氧（yǎng）消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的（de），從低溫到高（gāo）溫（wēn）都存在。例如北極下水道中發現有極低溫度下存活的甲烷菌（jun1）。通常我們依據微生物活性把（bǎ）溫度範圍分為（wéi）三類：一類是嗜（shì）寒的，溫度範圍從10℃~20℃；—類是嗜溫的，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜熱的，溫度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳（tàn）氮比的關係是指有機原料中總碳和總氮的比（bǐ）例。厭氧消化過程中碳氮比是有*適範圍的（de），一般是（shì）從20:1到30:1，既不能太高（gāo）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釋放或是揮發性脂肪酸的過（guò）度累積，而氨態氮和揮（huī）發性脂肪酸都是厭氧消化中（zhōng）重要的中間產物，不合適的濃度都會抑製（zhì）甲烷發酵過程。

3）酸堿度

       pH值（zhí）是反映水相體係中酸濃度的重要指（zhǐ）標之一。厭氧發酵菌尤其（qí）是產甲烷菌對（duì）反應體係中的酸濃度是極（jí）為敏感的。較低pH值條件下，甲（jiǎ）烷菌的生（shēng）長就會受（shòu）到抑製。許多研究者已經研究厭氧消化中不同階段的*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是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單位時（shí）間內所承受的揮發（fā）性有機物量，它是消化反（fǎn）應（yīng）器設計和運行的重要參數。有機負荷的高低（dī）與處理（lǐ）物料的性質、消化溫度、所采用（yòng）的（de）工藝等有關。研究（jiū）表明，對於處理蔬菜、水果、廚餘等易（yì）降解的有機垃圾，有機負荷一般為（wéi）1～6.8kg VS/(m3·d)。