一（yī）、厭氧的四階段理論

1、水解階段

       水解過程是指複雜的固體有（yǒu）機物在水解酶的作（zuò）用下（xià）被轉化為簡單的溶（róng）解性單（dān）體或二聚體。微生物無法直接代謝碳水化合物（如澱粉、木質（zhì）纖維素等）、蛋白和脂肪（fáng）等生物大分子（zǐ），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（xià）被水解（jiě）成麥芽糖、葡萄糖和糊精。纖維素是（shì）由糖苦鍵結合成纖維二糖再聚合而成（chéng）的，在多種纖維素酶的協（xié）同作（zuò）用下水解（jiě）成糖。由於自然狀態下的（de）纖（xiān）維素一般都與木質素結合成高度聚（jù）合狀態，以抵抗微生物的分（fèn）解，所以纖維素（sù）降解是沼氣發酵限速步驟之（zhī）一。蛋白質是植物合成的一種重要產物，它在蛋白酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸（suān）。脂肪（fáng）*先在脂肪水解酶的作用下水解為長鏈脂肪酸及甘油，甘油在甘油激酶催化（huà）下（xià）生（shēng）成（chéng）磷酸甘油，繼而被氧（yǎng）化為磷酸二（èr）羥丙酮，再（zài）經異構化生成磷酸甘油酸，經（jīng）糖酵解途徑轉化為（wéi）丙酮酸，*終進入糖酵解途徑（jìng）實現（xiàn）徹底氧化（huà）及利用（yòng）。

2、酸（suān）化階段

       產酸發酵過（guò）程是指（zhǐ）將溶解性單體或二聚體形式的有機物轉化為以短（duǎn）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微生（shēng）物降解（jiě）成（chéng）揮發性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧化碳（tàn），並分泌到（dào）細胞外。產酸（suān）菌是一類快速生長的細菌，它（tā）們傾（qīng）向於生產乙酸，這樣能獲取*高的能量以維持自身生長。末端產物組成取決於灰氧降解條（tiáo）件、底物種類和參與生化反應的微生物種類同時（shí）氨基酸的降解*先通過氧化還原氮反應實現脫氨基作用，生成（chéng）有機酸、氫氣及二氧化碳（tàn）。

3、產氫產乙酸階（jiē）段

       該階段主要是將水解產酸階段產生的兩個碳以上的有機酸或醇類等物質，轉化為乙酸等可為甲烷菌直接利用的小分子（zǐ）物質的過程。標準情況下，有機酸的產氫產（chǎn）乙酸過程不能自發進行，氫氣會抑製此步反應的進行（háng），降低係統的氫分壓有利於產物產生。如果氫分壓超過大氣（qì）壓，有機酸濃度增大，甲烷產量受到抑（yì）製。避免氫氣在此階段的積累尤（yóu）其重要。在厭氧過程中，氫分壓的降低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷化階段（duàn）

       產甲烷階段是由嚴格專性厭氧的產甲烷細菌將乙酸、一碳化合物（wù）和H2、CO2等（děng）轉化為CH4和CO2的過程。大約的甲烷來自於乙酸的分（fèn）解，是由乙（yǐ）酸歧化菌通過代謝乙酸鹽的（de）甲基基團生成，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（xìng）有機物厭氧消化過程，產甲烷階段是整個厭氧消化工藝的限速。

二、水（shuǐ）解(酸化)池與厭氧消化的區別

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

       水（shuǐ）解(酸化)係統中的的目的主要（yào）是將原水中的非溶（róng）解態有機物轉變為溶解態有機物，特別是（shì）工業廢水處理（lǐ），主要是將其中難生物降解物質轉變（biàn）為易生物（wù）降解物質（zhì），提高廢水的可（kě）生化性，以（yǐ）利於後續的好氧生物處理。考（kǎo）慮到後續（xù）好氧處（chù）理的能耗問題，水解(酸化)主要（yào）用（yòng）於低濃（nóng）度難降解廢水的（de）預處理。在混合厭氧消化係統中，水解酸化是和整個消（xiāo）化過程有機地結合在一起，共處於一個反應器中（zhōng），水（shuǐ）解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質。而（ér）兩相（xiàng）厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將混（hún）合（hé）厭氧消化中的產酸段和產（chǎn）甲烷段分（fèn）開，以便形成（chéng）各自的*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（shuǐ）中（zhōng）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（wù）質及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（yǎng）處理工藝中的水解(酸化)段（duàn）、兩相法（fǎ）厭氧（yǎng）發酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化工藝（yì）中的產酸過程均產生（shēng）有機酸，但由於三者的處理目的不（bú）同，各自的（de）運行（háng）環境和條件存在（zài）著明顯的差異，主要表現在以下（xià）幾個方麵（miàn）：

(1)Eh不同

       在混合厭氧消化係統中，由於（yú）完成水解（jiě）、酸（suān）化的微生物和產（chǎn）甲烷微生物共處於同一反應器中，整個反應器的氧（yǎng）化（huà）還原電位（wèi）Eh的控（kòng）製必須*先滿足對（duì）Eh要求（qiú）嚴（yán）格的甲烷（wán）菌，一般為一300mv以（yǐ）下，因此。係統中（zhōng）的水解(酸化)微生物也是在這一電位（wèi）值（zhí）下工（gōng）作（zuò）的。而兩相厭氧（yǎng）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之間。據研究，水解(酸（suān）化)一好氧處理工藝中（zhōng）的水（shuǐ）解(酸化)段為——典型的兼性過程，隻要置Eh控製在＋50mv以（yǐ）下，該過程即可順利進行。

(2)pH值不同

       在混合厭氧（yǎng）消化（huà）係統中，消化液的（de）pH值控製在甲烷菌生（shēng）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值一般控製在（zài）6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產酸的速率增大，但（dàn）形（xíng）成的有機（jī）酸形態將發生變化，丙酸的相對（duì）含量（liàng）增大，而丙酸對後（hòu）續的甲烷相中的產甲烷菌會產（chǎn）生強烈的抑製作用。對於水解(酸化)一好氧處理係統來說，由於後續處理（lǐ）為好氧（yǎng）氧化，不存在丙酸的抑製問題，因此，控製的pH範圍也較寬，從（cóng）而可獲得較高的水解(酸化)速率，一般pH維持在5.5—6.5之間。

(3)溫度不同

       三種工藝對溫度的控製也不同，通常混合厭氧消（xiāo）化係統以及兩相（xiàng）厭氧（yǎng）消化係統的溫（wēn）度均嚴（yán）格控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消化(50一55℃)。而水（shuǐ）解(酸化)一好氧（yǎng）處理工（gōng）藝中的水解(酸化)段（duàn）對工作溫度（dù）無（wú）特殊要求，通常在常溫下運行，也可（kě）獲得較為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸（suān）化)過程的主要因（yīn）素

1)基質的種類和形態

       基質的種類和形態（tài）對水解(酸化)過程（chéng）的速率有著重（chóng）要影響。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說（shuō），在相同的操（cāo）作條件下，水解速率依次減小。同類有機物，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（lái）說，二聚糖（táng）比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直鏈比支鏈易於水（shuǐ）解；支鏈比環狀易於水解；單（dān）環化合物比雜環或多環化合物易於水解。

2)水解液的pH值（zhí）

       水解液的pH值主要影響水解的速率、水解(酸化)的產物以及汙泥的形（xíng）態（tài）和結構。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物（wù）對pH值變化的適（shì）應（yīng）性較強，水解過程可在（zài）pH值寬達3.5—10.0的範（fàn）圍內順利進行，但*佳的（de）pH值為5.5—6.5。pH朝酸性方向或堿性方向移動時（shí），水解速率都將減小（xiǎo）。水解（jiě）液pH值同時還影響水解產物（wù）的種類和含（hán）量（liàng）。

3)水力停留時間

       水力停留時間是水解（jiě）反應器運行控製的重要參數之一。它對反應器的影響，隨著反應器的功能不同而不同。對於單（dān）純（chún）以水（shuǐ）解為目的的反應器，水力停留（liú）時間越長，被水解物質與水解微生（shēng）物接觸時間也就越長，相（xiàng）應的水解效率也就越高。一（yī）般（bān）為3-4小時。

4)溫度

       水解反應是一典型的生（shēng）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（guī）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℃之間變化時，水解反應速率變化不大，由此說明，水（shuǐ）解微生物對低溫（wēn）變化的適應較強。

5)粒徑

       粒徑是影響顆（kē）粒（lì）狀有機（jī）物水解(酸化)速率的重要因素之—粒徑越大，單位重量有機物（wù）的比表麵積越小．水解速率（lǜ）也就越小。由於顆粒態有機物的（de）粒徑對水解速率（lǜ）影響較大，因此，一些研究者建議，對含顆粒態有機物濃度較高的（de）廢（fèi）水或汙（wū）泥，在進入水（shuǐ）解反應器前可利用泵或研（yán）磨機破碎，以減（jiǎn）小汙染物（wù）的粒徑，從而（ér）加快水解反應的進行。

四、影響厭氧消化（huà）的主要因素

1）溫度（dù）

       在（zài）厭氧消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從低溫到高溫都存在。例如北極下水道中發現有極低溫度（dù）下存活的（de）甲烷菌。通常我們依據微生物活性把溫度範圍分為三類：一類是嗜寒的，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（rè）的，溫度範圍從（cóng）50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳（tàn）氮比的關係（xì）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*適範圍的，一（yī）般是從20:1到30:1，既不能（néng）太高也不能太低，否則（zé）都會對厭氧發酵過程產生影響。不合適的碳氮比會造（zào）成大量的氨態氮的釋放或是揮（huī）發性脂肪酸的過度累積，而氨態氮和揮發性脂肪酸都是厭氧消化中重要的（de）中間（jiān）產物，不合適的濃度都會抑製甲烷發酵過（guò）程。

3）酸堿度

       pH值（zhí）是反映水相體係（xì）中酸濃（nóng）度的重要指標之一。厭（yàn）氧發（fā）酵菌（jun1）尤其（qí）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（shòu）到抑製（zhì）。許多研究者已經研究厭氧消化中（zhōng）不同階（jiē）段的（de）*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值（zhí）是7.20左右。

4）有（yǒu）機負荷量

       有機負荷（hé）是指消化（huà）反應器單位容積單位時間內所承受的揮發性有（yǒu）機物量，它是（shì）消化反應器設計和運行的重要參數。有（yǒu）機負荷的高（gāo）低（dī）與處理（lǐ）物料的性質、消化溫度、所采用的工藝等有關。研究（jiū）表明，對於處理蔬菜、水果、廚餘等易降解的有機垃圾，有機負荷一般為1～6.8kg VS/(m3·d)。