一、厭氧的四階段（duàn）理論

1、水解階段（duàn）

       水解過程是指複雜的固（gù）體有機物在水解酶的作（zuò）用下被（bèi）轉化為簡單（dān）的溶解性單體（tǐ）或二聚體。微生物無（wú）法直接代謝碳水化合物（如（rú）澱粉、木質纖維素等）、蛋白和（hé）脂肪等生物（wù）大分子，必須先降解為可溶性聚合物或者單體化合物才能被酸化菌群利用。澱粉在澱粉酶作用下被水解成麥芽糖（táng）、葡萄糖和糊精。纖維素是（shì）由糖苦鍵結合成纖維二糖再（zài）聚合而成的，在（zài）多種纖（xiān）維素酶的協同作用下水解成糖。由於自然狀態（tài）下的纖維素一般都與木質（zhì）素結合（hé）成（chéng）高度聚合（hé）狀（zhuàng）態，以抵（dǐ）抗（kàng）微（wēi）生物的分（fèn）解，所以纖維素降解是沼（zhǎo）氣發酵限速步驟之一（yī）。蛋白質是植物合（hé）成的一種重要產物，它（tā）在蛋白酶作用下肽鍵斷裂生成（chéng）二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪*先在脂肪水解酶的作用下水（shuǐ）解為（wéi）長鏈脂（zhī）肪酸及甘（gān）油，甘油在甘油激酶催化下生成磷酸甘油，繼而被氧化（huà）為磷酸（suān）二（èr）羥丙（bǐng）酮，再經異構化生成（chéng）磷酸甘（gān）油酸，經糖酵解途徑轉化為丙酮（tóng）酸，*終進入糖酵解途徑（jìng）實現徹底氧化及利用。

2、酸（suān）化階段

       產酸發酵過程是指將溶解性單體或二（èr）聚（jù）體形（xíng）式的有機物轉化為以短鏈脂肪酸或醇為主的末端產物。這些（xiē）水解成的單體會進一步（bù）被微生物降解成揮發性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧化碳，並分泌到細胞（bāo）外。產酸（suān）菌是一類快速生長的（de）細菌，它們傾向（xiàng）於生產乙酸，這樣（yàng）能獲取*高的能量以維持自身生長。末端產物（wù）組成（chéng）取決於灰氧降解條件、底物種類和參與生化反應的微生物種類同時氨（ān）基酸的降解（jiě）*先通（tōng）過氧化還原氮反應實（shí）現脫氨基作用，生成（chéng）有機酸、氫（qīng）氣及二氧化碳。

3、產氫產乙酸階段

       該階段主要（yào）是將水解產酸階段產生（shēng）的兩個（gè）碳以上的有機酸或醇類等物質，轉化為乙酸等（děng）可（kě）為甲（jiǎ）烷菌（jun1）直接利用的（de）小（xiǎo）分子物質的過（guò）程。標準情況下，有機酸（suān）的（de）產氫產乙酸（suān）過程不能自發進行，氫氣（qì）會（huì）抑製此步反應（yīng）的進行，降低係（xì）統（tǒng）的氫分壓（yā）有利於產物產（chǎn）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。避免氫氣在此階段的積（jī）累尤其重（chóng）要。在厭氧過程（chéng）中，氫（qīng）分壓的降低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷化階段

       產甲烷階段是由嚴格專性厭（yàn）氧的產（chǎn）甲烷細菌將乙酸（suān）、一碳化合物和H2、CO2等轉化為（wéi）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（guò）代謝（xiè）乙酸鹽的甲基基團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產（chǎn）甲烷細菌的（de）代（dài）謝速率（lǜ）一般較慢，對於溶解性有（yǒu）機物厭氧消化過程，產甲烷階段是整個厭氧消化工藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭氧消化的區別

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

       水解(酸化)係統中的的目的主要是將原水中的非溶解（jiě）態（tài）有機（jī）物（wù）轉變為溶解態（tài）有機物，特別是工業廢水處理（lǐ），主要是將其中難生（shēng）物降解物質轉變為易生物降解物質（zhì），提高（gāo）廢水的可生化性，以利於後（hòu）續的好氧生物處理。考慮到後續好氧處（chù）理的能耗問題，水解(酸化)主要用於低濃度難降解廢水（shuǐ）的預處理。在混合厭氧消化係（xì）統中，水解酸化是和（hé）整（zhěng）個消化過程有機地結合在一起，共處於（yú）一（yī）個（gè）反（fǎn）應器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消（xiāo）化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩（liǎng）相厭氧消（xiāo）化中的產（chǎn）酸段(產酸相)是將混合厭（yàn）氧消化中（zhōng）的產酸段和產甲烷段分開，以便形（xíng）成各自的*佳環境，同時，產酸相對所（suǒ）產生的酸的形態也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水中如（rú）含有高濃度的硝酸（suān）鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這些物質及其轉化（huà）產（chǎn）物（wù）不僅對甲（jiǎ）烷苗有毒，而且影響沼氣的質（zhì）量，也在產酸相中予以去除。因此，盡（jìn）管水解(酸化)一（yī）好氧處理（lǐ）工藝中的水（shuǐ）解(酸化)段、兩相法厭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酸，但由於三者（zhě）的（de）處理目的不同，各（gè）自的運行環境和條件存在著明顯的（de）差異，主要表現在（zài）以下幾個方（fāng）麵（miàn）：

(1)Eh不同

       在混合（hé）厭氧消（xiāo）化係統（tǒng）中，由於完成水解（jiě）、酸化的微生物（wù）和產甲烷微生物共處於同一反應器（qì）中，整個（gè）反應器的氧化還原（yuán）電位Eh的控製必須*先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為（wéi）一300mv以下，因此。係統中的水解(酸化)微生（shēng）物也是在這一電位值下工作（zuò）的。而兩相厭氧消化係統中，產酸相的氧化還原電位一般控（kòng）製（zhì）在一100mv一一（yī）300mv之間。據研究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段為（wéi）——典（diǎn）型的（de）兼性過程，隻要置Eh控製在＋50mv以下，該過程即可順利進行（háng）。

(2)pH值不同

       在混合厭氧消化係統中，消化液的pH值控製在甲（jiǎ）烷（wán）菌生氏的*佳pH範圍，一（yī）般為6.8—7.2。而在兩相厭氧消化係統中，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（guǎn）產酸的速率增大，但形成的有（yǒu）機酸形態（tài）將發生變化，丙酸的相對含（hán）量增大，而丙酸對（duì）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)一好氧處理係（xì）統來說，由於（yú）後續（xù）處理（lǐ）為好氧氧化，不存在（zài）丙酸的抑製問題，因此，控（kòng）製的pH範圍也較寬，從而可獲得較高的水（shuǐ）解(酸化)速率，一般（bān）pH維持在5.5—6.5之間。

(3)溫度（dù）不同

       三種工藝（yì）對溫度的控製也不同，通（tōng）常混合厭氧（yǎng）消化係統以及兩相厭氧消（xiāo）化係統的溫度均嚴格控製，要麽中（zhōng）溫消（xiāo）化(30一35℃)，要麽高溫消化(50一55℃)。而水解(酸化)一好（hǎo）氧處理工藝中的水解(酸化)段對工（gōng）作溫度無特殊要求，通常在常溫下運行，也可獲（huò）得較為滿意的水解(酸化)效果（guǒ）。

三、影響水解(酸化)過程的主要因素

1)基質的（de）種類和形（xíng）態

       基質的種（zhǒng）類和形態（tài）對水解(酸化)過程的速（sù）率有著重要影響。就多糖、蛋白質和脂（zhī）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（tóng）類有機物，分子量越大，水（shuǐ）解越困難，相應池水解速率就越（yuè）小。比如，就糖類物質（zhì）來說，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖（táng）比高聚（jù）糖容易水解。就分（fèn）子結（jié）構來說，直鏈比支鏈易於水解（jiě）；支鏈比環狀易於水解；單環化合（hé）物比雜環或多（duō）環化合物易於水解。

2)水（shuǐ）解液的pH值

       水解液的pH值主要影響水（shuǐ）解（jiě）的速率、水解(酸化)的產物以及汙泥的形態和結構。大量研究結果（guǒ）表明，水解(酸化)微生物對pH值（zhí）變化的適應性（xìng）較強，水解過程可在pH值寬達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（xìng）方向移動時，水（shuǐ）解速率都將減小。水解（jiě）液pH值同時還影響水解產物的種類和含量。

3)水力停留時間

       水力停留時間是水解反應器運行控（kòng）製的重要參數之一。它對反應器的影響，隨著反應器的功能不同而不（bú）同。對於（yú）單純以水解為目的的（de）反（fǎn）應器，水（shuǐ）力停留時間越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越（yuè）長，相應（yīng）的水（shuǐ）解效率也就越高。一般為3-4小時。

4)溫度

       水解反（fǎn）應是一典型的生物反（fǎn）應，因此，溫度變化對水（shuǐ）解反應的影響符合一般的生物反應規律，即在一定的範圍內，溫度越高，水解反應的速率越大。但研究表明，當溫度在10一20℃之間變（biàn）化時，水解反應速率變化不大，由此說（shuō）明，水解微生物對低溫（wēn）變化（huà）的適應較強。

5)粒徑

       粒（lì）徑是影響顆粒狀有機物（wù）水解(酸化)速率的重要因素（sù）之—粒徑越大，單位（wèi）重量有機物的比表麵積越（yuè）小．水解速率也就越小。由於顆（kē）粒態有機物的粒徑對（duì）水（shuǐ）解速率影（yǐng）響較（jiào）大，因此，一些（xiē）研究者建（jiàn）議，對含顆粒態有機物濃度較高的廢水或汙泥（ní），在進入水解反應器前可利用泵或研磨機破碎，以減小汙染物的（de）粒（lì）徑，從而加快水解反應的進行（háng）。

四、影響厭氧消化的（de）主要因素

1）溫度

       在厭氧消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從低溫到（dào）高溫都存在。例如北（běi）極下水道中發（fā）現有極低溫（wēn）度下存活的甲烷菌。通常我（wǒ）們依據微生物活性把溫度範圍分（fèn）為三類：一類是嗜寒的，溫度範圍從10℃~20℃；—類是嗜溫的，溫度範（fàn）圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜熱（rè）的，溫度範圍從50~65℃，通（tōng）常是55℃。

2）碳（tàn）氮比

       碳氮比（bǐ）的關（guān）係是指有機原料中總碳和總氮的比例。厭氧消化過程中碳氮比是有*適（shì）範圍的，一般是從20:1到30:1，既不能太高也不能（néng）太低，否（fǒu）則都會對厭氧發（fā）酵過程產生影響。不合適的碳氮比會造成大量的氨態（tài）氮的釋放或是揮發性脂肪酸的過度累積，而氨態氮和揮發性脂肪酸都是厭（yàn）氧消化中重（chóng）要的中間產物，不合（hé）適的濃度都會抑製甲（jiǎ）烷發酵過程。

3）酸堿度

       pH值是反映水（shuǐ）相體係中酸濃度的重要指標之一。厭氧發酵菌尤其是產甲烷菌對反應體係中的（de）酸濃度是極為敏感的。較低pH值（zhí）條件下，甲（jiǎ）烷菌的生（shēng）長就會受到抑製。許多（duō）研究者已經研究厭氧消化中不同階（jiē）段的（de）*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是7.20左右。

4）有機負荷量（liàng）

       有（yǒu）機負荷是指消化反應器單位容積單位時間內所承受（shòu）的揮（huī）發性有機物量，它是消化反應器（qì）設計和運行（háng）的重要（yào）參數。有機負荷（hé）的高低與處（chù）理物料（liào）的（de）性質、消化溫度、所采用的工藝等有（yǒu）關。研究表明，對於處理蔬菜、水果、廚餘（yú）等易降解的（de）有機垃圾，有機負（fù）荷一般為1～6.8kg VS/(m3·d)。