一、厭氧（yǎng）的四階段理論

1、水解階（jiē）段

       水解過程是指複雜的固體有機物在水解（jiě）酶的作用下被轉化（huà）為簡單的溶解性（xìng）單體或二聚體。微生物無法直接代謝碳水化合物（如澱粉、木質纖維素等）、蛋（dàn）白和脂肪等生物大分子（zǐ），必須先降解為可溶性聚合物或（huò）者單體化合物（wù）才能被（bèi）酸化菌群利用。澱粉在澱（diàn）粉（fěn）酶作用下被水解成麥芽糖（táng）、葡萄（táo）糖和糊精。纖（xiān）維素是由糖苦鍵結合成纖維（wéi）二（èr）糖再聚合而成的，在多種纖維素酶的協同（tóng）作用下水解成糖。由於自然狀（zhuàng）態下的纖維素一般都與木（mù）質素結合成高度聚合狀（zhuàng）態，以抵抗微生物（wù）的分解，所以纖維素（sù）降解是沼氣發酵限速步驟之一。蛋（dàn）白質是植物（wù）合成的一（yī）種重要產物，它在蛋白（bái）酶作用下肽鍵斷裂生成二肽（tài）和多肽（tài），再生成各種氨基酸。脂（zhī）肪*先在（zài）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下生成磷酸（suān）甘油，繼而被氧化為磷（lín）酸二（èr）羥丙酮，再經異（yì）構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉化為（wéi）丙酮酸，*終進入糖酵解途徑實現徹底氧（yǎng）化及（jí）利用。

2、酸化階段（duàn）

       產酸（suān）發酵過程是指（zhǐ）將溶解性單體或二聚體（tǐ）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。這些水解成的單（dān）體會進一步被微生物降（jiàng）解成揮發性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧（yǎng）化碳，並分泌到細胞外。產酸菌是（shì）一類快（kuài）速生長的細（xì）菌，它們傾向於生產乙酸，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（jiàng）解條件、底物種類和參與生（shēng）化反應的微生（shēng）物種類（lèi）同時氨基酸的降解*先通過氧化還原氮反應實現脫氨基作用，生成（chéng）有機（jī）酸、氫氣及（jí）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的（de）兩個（gè）碳以上的有機（jī）酸或醇類等物質，轉化為乙酸等可為甲烷菌直接利用的（de）小分子物質的過程。標準情況下，有機酸的產（chǎn）氫產乙（yǐ）酸過程不能自發進行，氫氣（qì）會抑製此步反應的（de）進行（háng），降低係統的氫分壓有利於產物（wù）產生（shēng）。如果氫分壓（yā）超過大氣壓（yā），有機酸濃度增大（dà），甲烷產量受到抑製。避免氫氣在此階段的（de）積累尤其重要。在厭氧過程中，氫（qīng）分壓的降（jiàng）低必須依靠氫營養菌來完成（chéng）。

4、甲烷化階段

       產甲烷階段是由嚴格專性厭（yàn）氧的產甲烷細菌將（jiāng）乙酸、一碳化合（hé）物和H2、CO2等（děng）轉化為CH4和CO2的過程。大約的甲烷（wán）來自於乙酸的分解，是由乙（yǐ）酸（suān）歧（qí）化菌通過代謝乙（yǐ）酸鹽的甲基基團（tuán）生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代謝速率一（yī）般較慢，對於溶解性有機物厭氧消化過（guò）程，產甲（jiǎ）烷階段是整個厭氧消化工藝的限（xiàn）速。

二（èr）、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（yǎng）消化過程（chéng）的*、二兩個階段但水解(酸化)工藝和厭氧消（xiāo）化追求的目標不同，因此是截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係統中的的目的主要是將原水中的非溶解（jiě）態有機物轉（zhuǎn）變為溶解態有機物，特別是工（gōng）業廢水處理，主要是將（jiāng）其中難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提（tí）高廢水的可生化性，以利於後續的好氧生物處理。考慮到後續（xù）好氧（yǎng）處理的能耗（hào）問題，水解(酸化)主要用於（yú）低濃度難降解廢水的預處（chù）理。在混合厭氧消化係統中，水解酸化是和整個（gè）消化過程有機地結合在一起，共處於（yú）一個反應器（qì）中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提（tí）供基質。而兩相厭氧（yǎng）消化中的產酸段(產（chǎn）酸相)是將混合（hé）厭氧消化中的產酸段和（hé）產甲烷段分（fèn）開，以（yǐ）便形（xíng）成各自的*佳環境，同時（shí），產（chǎn）酸相對所產生的（de）酸的形態也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃（nóng）度的硝（xiāo）酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這些物質及其轉化產物不僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣（qì）的質量，也在產（chǎn）酸相中予以去除。因（yīn）此，盡管水解（jiě）(酸化)一好氧處理（lǐ）工藝中（zhōng）的水解(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（yú）三（sān）者的處理目的不（bú）同，各自的運行環境和條件存在著明顯的差異，主要表（biǎo）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、酸化（huà）的（de）微生物和產（chǎn）甲烷微生物共處（chù）於同一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的（de）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。係統中的（de）水解(酸化)微生物（wù）也是在這一（yī）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之間。據研究，水（shuǐ）解(酸化)一好氧處理工藝中的水（shuǐ）解(酸化（huà）)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（tóng）

       在混合厭氧消化（huà）係統中，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（ér）在兩相厭氧消化係統中，產酸相的pH值一般（bān）控製在6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產酸的速率增大，但形成的有機酸形態將發生變（biàn）化，丙酸的相對含量增大，而丙酸對後續的甲烷相中的產甲烷（wán）菌會產生強烈的抑製作用（yòng）。對於水解(酸化)一好氧處理係統來（lái）說，由於後續處理為好氧氧化，不存在丙酸（suān）的抑製問題，因此，控製的pH範圍也較（jiào）寬，從而可（kě）獲得較高的水解(酸化)速率（lǜ），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統以及兩相厭（yàn）氧消化係統的溫度均嚴（yán）格控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要（yào）麽高溫消化(50一55℃)。而水解(酸化（huà）)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段對工作溫度無特殊要求，通常在常（cháng）溫下運行，也可獲得較為滿意的（de）水解(酸化)效（xiào）果。

三（sān）、影響水解(酸化)過程的主要因素

1)基（jī）質（zhì）的種類和形態

       基質的種類和形態對水解（jiě）(酸化)過程（chéng）的（de）速率（lǜ）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（shuǐ）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（chí）水解速率就（jiù）越小。比如（rú），就糖類物質來說，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就（jiù）分子結構來說，直鏈比支鏈易（yì）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物易於水解。

2)水解液（yè）的pH值

       水解（jiě）液的pH值主要影響水解的速率、水解(酸（suān）化)的產物以及（jí）汙泥（ní）的形態和結構。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物對pH值變化（huà）的適應性（xìng）較強，水解過程（chéng）可在pH值寬達3.5—10.0的範圍內順利進行，但*佳的pH值（zhí）為5.5—6.5。pH朝酸性方向或堿（jiǎn）性方向移動時，水解（jiě）速率都將減（jiǎn）小。水解液pH值同時還影響水解產物的種類和含（hán）量。

3)水力停留時間（jiān）

       水力停留時間是水解反應器運行控製的重要參數之一。它對反應器的影響，隨著反應器的功（gōng）能不同而不（bú）同。對於單純以水解為目的的反應器（qì），水力停留時間越（yuè）長，被水解物質（zhì）與水解微生物（wù）接觸（chù）時間也就越長，相應的水解效率也（yě）就越高。一般為3-4小時。

4)溫度

       水解（jiě）反（fǎn）應是一典型的生物反應，因此，溫度變化（huà）對水解（jiě）反應的影響（xiǎng）符合一般的生物反應規（guī）律（lǜ），即在一定的範圍內，溫度（dù）越高，水解反（fǎn）應的速率越大。但（dàn）研究表明，當溫度在10一20℃之間變化時，水（shuǐ）解反應速率（lǜ）變化不大，由此說明，水解微生物對低溫變化的適（shì）應較強。

5)粒徑（jìng）

       粒徑是影響顆粒狀有機物水解(酸化（huà）)速（sù）率的重要因（yīn）素之—粒徑越大，單位（wèi）重量（liàng）有機物的比表麵積越小．水解速率也（yě）就越小。由於顆粒態有（yǒu）機物的粒徑對水解速率影（yǐng）響較（jiào）大，因（yīn）此，一些研究者建議，對含顆粒態有機（jī）物（wù）濃度較（jiào）高的廢水或汙泥，在進入水解反應器前可（kě）利用泵（bèng）或研（yán）磨機破碎，以減小汙染物的（de）粒徑，從而加快水解反應的進行。

四（sì）、影響厭氧消化的主要因素

1）溫度

       在厭氧消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從低溫到高溫都存在。例如北極（jí）下水道中發現有極低溫度下存活的甲（jiǎ）烷菌。通常我（wǒ）們依（yī）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℃；一類是嗜熱的，溫度範（fàn）圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比（bǐ）的關係是（shì）指有機原料中（zhōng）總碳和總氮的比（bǐ）例。厭氧消化（huà）過程中碳氮比是有*適範圍的（de），一般是從20:1到（dào）30:1，既不能太高也不能太低，否則（zé）都會（huì）對厭氧發酵過（guò）程產生影（yǐng）響。不合適（shì）的碳氮比會造成大量的氨態（tài）氮的釋放或（huò）是揮發（fā）性脂（zhī）肪酸的過度累積（jī），而氨態氮和揮發性（xìng）脂肪酸都是厭氧消化中重要的中間產物，不合適的濃度都（dōu）會抑製甲烷發酵過程。

3）酸（suān）堿度

       pH值（zhí）是反映水相體係中酸濃度的重（chóng）要（yào）指標之（zhī）一。厭氧發酵菌（jun1）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抑（yì）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（de）*佳pH值是7.20左右。

4）有機負荷量

       有機負（fù）荷是指消化反應器單位容積單位時間內所承受（shòu）的揮發性有機物量，它是消化反應器設計和運（yùn）行的重要參數。有機負荷的高低與處理（lǐ）物料的（de）性質（zhì）、消（xiāo）化溫度、所采（cǎi）用的工藝等有關。研究表明，對於處理（lǐ）蔬菜、水果（guǒ）、廚（chú）餘等易降解的有（yǒu）機垃（lā）圾，有機負荷一般為1～6.8kg VS/(m3·d)。