一、厭氧的四階段理論

1、水解階段

       水解（jiě）過程是指（zhǐ）複雜的固體（tǐ）有機物在水解酶的作用下被轉化為簡（jiǎn）單的溶解性單體或二聚體（tǐ）。微生物無法直接代謝碳水化合物（如澱粉、木質纖維素（sù）等）、蛋白和脂肪等生物大分子，必須（xū）先降解為可（kě）溶性聚合（hé）物或者單體化合（hé）物才（cái）能被酸化（huà）菌群利（lì）用（yòng）。澱（diàn）粉在澱粉酶（méi）作用下被水（shuǐ）解成麥（mài）芽糖、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖苦鍵結合成纖維二糖再聚合而成的，在多種纖維（wéi）素酶的協同作用下水解（jiě）成糖。由於自然狀態下（xià）的纖維素一（yī）般都與木質素結合（hé）成高度聚合狀態，以抵抗微（wēi）生物（wù）的分解，所以纖維素降解是沼氣（qì）發酵限速步驟之一。蛋（dàn）白（bái）質是植物合成的一種重要產（chǎn）物（wù），它（tā）在蛋白酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽（tài），再生成各種氨基酸。脂肪*先在脂肪（fáng）水解酶的作用下水解（jiě）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（gān）油，繼而被氧化為（wéi）磷酸二（èr）羥丙（bǐng）酮，再經異構化生成磷酸（suān）甘油酸，經糖酵解（jiě）途徑轉化為丙酮酸，*終進入糖酵解途徑實（shí）現徹底氧化及利用。

2、酸化階段

       產酸發酵過程是指將溶解性單體或二聚體形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被微（wēi）生物降（jiàng）解成揮發性脂肪酸（suān）、乳酸、醇、氨（ān）等酸化（huà）產物和（hé）氫、二氧（yǎng）化碳，並分泌到細胞外。產酸菌是一類快速生長的細菌，它們傾向於（yú）生（shēng）產乙（yǐ）酸（suān），這樣能獲取*高的（de）能量以維持（chí）自身生長（zhǎng）。末（mò）端產物組成取決於灰氧降解條件、底物種類（lèi）和參與生化反應的微生物種類同時氨基酸的降解*先（xiān）通過氧化還（hái）原氮反應實（shí）現脫氨基作用，生成有（yǒu）機酸、氫氣及二氧化碳。

3、產（chǎn）氫產乙酸階段

       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（děng）可為甲烷菌直接利用的小（xiǎo）分子物質的過程（chéng）。標（biāo）準情況下，有機酸的產氫產乙酸過程不能自發進行，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（guǒ）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（miǎn）氫氣在此階段的積累尤其重要。在厭氧（yǎng）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

       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（huà）合（hé）物（wù）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，是由乙酸歧化菌通過代謝乙酸鹽的甲基基團生成，剩下的28%由（yóu）CO2和H2合成（chéng）。產甲烷細菌的代謝速率一般較慢，對於溶解性有機物厭氧（yǎng）消化（huà）過程，產甲烷（wán）階段是整個（gè）厭氧消（xiāo）化工藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭氧消化的區別（bié）

       從原理上講，水（shuǐ）解(酸化)是厭氧消化過（guò）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，因此是截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係統中的（de）的目的主（zhǔ）要是將（jiāng）原水中的非溶（róng）解態有機物轉變為溶解態有機物，特別是工業廢水處理，主要是將其中難生物降（jiàng）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（yú）後續的好氧生（shēng）物處（chù）理。考慮到後續好氧處理的能耗問題，水解(酸化（huà）)主要用於低濃度（dù）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（shì）和整個消化（huà）過程有機地結合在一起，共處於一個反應器中，水（shuǐ）解（jiě）、酸化（huà）的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧消（xiāo）化中的產酸段(產酸（suān）相)是將（jiāng）混合厭氧消化中的產酸段和產甲烷段分開，以便形成各（gè）自的*佳環境，同時，產酸相（xiàng）對（duì）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的硝酸鹽、亞硝酸鹽（yán）、硫（liú）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（xiǎng）沼氣的質量，也在產酸（suān）相中予以去除。因（yīn）此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發酵工藝中的產酸相（xiàng）和混（hún）合厭氧消化工藝中的產酸過程（chéng）均產生有機酸（suān），但由於三者的處理目的不同（tóng），各自（zì）的運行環境和條件（jiàn）存在著明顯的差（chà）異，主要表現在以下幾（jǐ）個（gè）方麵（miàn）：

(1)Eh不同

       在混合厭氧消化係統中，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（gé）的甲烷菌，一般為一300mv以下，因（yīn）此。係統中的水解(酸化)微生物也是在這一（yī）電位值下工作的。而兩相厭氧消（xiāo）化（huà）係統中，產酸相的氧化還原電位（wèi）一般控製在一100mv一一300mv之間。據研究，水（shuǐ）解(酸化)一好氧處理工藝中（zhōng）的水解(酸化)段為——典型的兼性過程，隻要置Eh控製在＋50mv以下，該過程即可順利進行。

(2)pH值不同

       在混（hún）合厭氧消化（huà）係統中，消化液的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值一般控製在6.0一6.5之間（jiān），pH降低時，盡管產（chǎn）酸的速率增大，但形成的有機（jī）酸形態將發生變化，丙酸的相對含量增（zēng）大，而丙（bǐng）酸對後續的甲烷相中的產甲烷菌會產生強烈的抑製作用。對於（yú）水解(酸（suān）化)一好（hǎo）氧（yǎng）處理係（xì）統來說，由於後續處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑製問題，因此，控（kòng）製的pH範圍也較寬，從而可獲得較高的水解(酸化)速（sù）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，通常混合厭氧消化係（xì）統以及兩相厭氧消化係統的溫度（dù）均嚴格控（kòng）製，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消化(50一55℃)。而水解（jiě）(酸（suān）化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段對工作溫度無特殊要求，通（tōng）常在常溫下運（yùn）行，也可獲得較為滿意的水解(酸化（huà）)效果。

三、影響水（shuǐ）解(酸化)過程的主要因素

1)基質的種類和形態

       基質的種類和形態（tài）對水解(酸化)過程的速率有著重要影響。就（jiù）多（duō）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（zǐ）量越大（dà），水解越困難，相應池水解速率就越小。比如（rú），就糖類物質來說，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比（bǐ）高聚糖（táng）容易水解（jiě）。就分子結構來說，直鏈比支鏈易於水解；支鏈比環狀易（yì）於水解；單環化合物比雜環或多（duō）環化合物易於水解。

2)水解液的pH值

       水解液的pH值（zhí）主要影響水解（jiě）的速率、水解（jiě）(酸化)的（de）產物以及汙（wū）泥（ní）的形態和結構。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物對（duì）pH值（zhí）變（biàn）化的適應性較強，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朝酸性方向或堿性方向（xiàng）移動時，水解速率都將減小（xiǎo）。水解液pH值同時還影響（xiǎng）水解產物的種類和含量。

3)水力停留時間

       水力停留時（shí）間是水（shuǐ）解反應器運行控製的重要參數之一。它對反（fǎn）應器（qì）的影響，隨（suí）著反應器的功能（néng）不同而不同。對於單（dān）純以水解為目的的反應器（qì），水力停留時間越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越長，相應的水解效率也就越高。一般為（wéi）3-4小時。

4)溫（wēn）度

       水解反應是一典型的生物反應，因此，溫度變化對水解（jiě）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（dù）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，水解微生（shēng）物對低溫變化的適應較強。

5)粒徑

       粒徑（jìng）是影響顆粒狀有（yǒu）機物水解（jiě）(酸化)速率的重要因素之—粒徑越大，單位重量有機（jī）物的比表麵積越小．水解速率也就越小（xiǎo）。由於顆粒態有機物的粒徑對水（shuǐ）解速率影響較大，因此，一些（xiē）研究者（zhě）建議，對含顆粒態有機物濃度較（jiào）高的廢水或（huò）汙泥，在進入水解反應（yīng）器前（qián）可利用泵或研磨（mó）機（jī）破碎，以減小汙染物的粒（lì）徑，從而加快水解反應的進行。

四、影（yǐng）響厭氧消化的主要因素

1）溫度（dù）

       在厭氧消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從（cóng）低溫到（dào）高溫都存在。例（lì）如北極下水道中發現（xiàn）有極低溫度下存活的（de）甲（jiǎ）烷（wán）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（fàn）圍（wéi）從10℃~20℃；—類是嗜溫的（de），溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用（yòng）37℃；一類是嗜熱的，溫（wēn）度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比（bǐ）的關係（xì）是指有機原料（liào）中（zhōng）總碳和總（zǒng）氮的比例。厭氧消化過程中碳氮比是有*適範圍的，一般是從20:1到30:1，既不能太（tài）高（gāo）也不能（néng）太（tài）低，否則都會對厭氧發酵過程產生影響。不合適的（de）碳氮比會造成大量的氨（ān）態氮的釋放或是揮發性（xìng）脂肪酸的過度累積（jī），而氨態氮和揮發性脂肪酸都是厭氧消化中（zhōng）重要的中間（jiān）產物，不合適（shì）的濃度都（dōu）會抑製甲烷發酵過程。

3）酸堿度

       pH值（zhí）是反映水（shuǐ）相體係中酸濃度的重要指標之一。厭氧發酵（jiào）菌（jun1）尤其是產甲烷（wán）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。許多研究者（zhě）已經研究厭氧消化中不同（tóng）階段的（de）*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是7.20左右。

4）有機負荷（hé）量

       有機負荷是指消化反應器單位容積單位時間內所承受的揮發性有機物量，它是（shì）消化反應器設計和（hé）運行的重要參數。有機負荷的（de）高低與處理物料的性（xìng）質、消化溫（wēn）度（dù）、所采用的工藝等有關。研究表明，對於處理（lǐ）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)。