一、厭氧的（de）四階段（duàn）理論

1、水解階段

       水（shuǐ）解過程是指複雜的固（gù）體有機物在水解酶的作用下被轉化為簡單的溶解性單體或（huò）二聚（jù）體。微生物無法直接代謝（xiè）碳水化合物（如澱（diàn）粉、木質纖維素等）、蛋白和脂肪等（děng）生物大分子，必須先降解為可溶性（xìng）聚合物或者（zhě）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、葡（pú）萄糖和糊精。纖維素是由糖苦鍵結合成（chéng）纖（xiān）維二糖再（zài）聚合而成的，在多種纖維素酶的協同作用下水解成糖（táng）。由於自然狀態（tài）下的纖維素（sù）一般都與木質素結合成（chéng）高度聚合狀態，以抵抗微生物的分解，所以纖維素降解是沼氣發酵限速步驟之一。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（jiàn）斷裂生成二肽和多肽，再生（shēng）成各種氨基（jī）酸。脂肪*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（xià）生成磷酸（suān）甘油，繼而被（bèi）氧化為磷酸二羥丙酮，再經異構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解（jiě）途徑轉化（huà）為（wéi）丙酮酸，*終（zhōng）進入糖酵（jiào）解途徑實現徹（chè）底（dǐ）氧化及利用。

2、酸化（huà）階段

       產（chǎn）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（de）末端（duān）產（chǎn）物。這些水解成的單體會進一步被微（wēi）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，並分泌到細胞外。產（chǎn）酸菌是一類（lèi）快速生長的細菌，它們傾向（xiàng）於生產乙酸，這樣能獲取*高的能量以維持（chí）自身生長。末端（duān）產（chǎn）物組成（chéng）取決（jué）於（yú）灰氧降解條件、底物種類和參（cān）與生化反應的微生物種類同時氨基酸的降解*先通過氧化還（hái）原（yuán）氮反應實現脫（tuō）氨基作用（yòng），生（shēng）成有機酸、氫氣及二氧化碳。

3、產氫產乙酸階段

       該階段主要是將（jiāng）水解產酸階段產生的兩個碳以上的有機酸或（huò）醇類等物質，轉化為乙酸等可為甲烷菌（jun1）直接利用的小分（fèn）子物質的過（guò）程。標準情況下，有機酸的產氫產乙酸過程不能自（zì）發（fā）進行，氫氣會抑製此步反應的進行，降低係（xì）統的氫分壓有利於（yú）產物產生。如果氫分壓（yā）超過大氣壓（yā），有機酸（suān）濃度增大，甲烷產量受到抑（yì）製。避免氫氣在（zài）此（cǐ）階段的積累尤其重要。在厭氧過（guò）程中，氫分壓的降低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷（wán）化階段

       產（chǎn）甲烷階段是由嚴格專性厭氧的產甲（jiǎ）烷細菌將乙酸、一（yī）碳化（huà）合物和H2、CO2等轉化為（wéi）CH4和CO2的過程。大約的甲（jiǎ）烷來自於乙酸的分解，是由乙酸歧化菌通過代謝乙酸（suān）鹽的甲基基團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代謝速率一般較慢，對於溶解性有機物厭氧消化過程，產甲烷階段是整個厭氧（yǎng）消化工藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭氧消化（huà）的區別

       從原理上講，水解(酸化)是厭氧消化過程的（de）*、二兩（liǎng）個階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追（zhuī）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（yuán）水中（zhōng）的非溶解態有機物轉變為溶解態有機物，特別是（shì）工業廢水處理，主要是將其（qí）中難生物降解物質轉變（biàn）為（wéi）易生物（wù）降解物質，提高廢（fèi）水（shuǐ）的可生化性，以利於後續的好氧生物處（chù）理。考慮到後續好氧處理（lǐ）的能耗問（wèn）題，水解(酸化)主要（yào）用於低（dī）濃度難降解（jiě）廢水的預處理。在混（hún）合厭氧消化係統中（zhōng），水解酸化是和整個消化過（guò）程有機地（dì）結合在一起，共處於一個反（fǎn）應器（qì）中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消（xiāo）化過（guò）程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將（jiāng）混（hún）合厭氧消化中的（de）產酸段和產甲烷段分開，以便形成各自的*佳環境，同時，產（chǎn）酸相對所產（chǎn）生的酸的形態也有要求(主（zhǔ）要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸（suān）鹽、硫酸鹽（yán）、亞（yà）硫酸鹽時，這些物質及其轉化產（chǎn）物（wù）不僅對甲烷（wán）苗有毒，而且（qiě）影響沼氣的質量，也（yě）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（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（huà）工藝中的產酸過程均產生（shēng）有機酸，但由於三者的處理目的不同（tóng），各自的運行（háng）環境和條件存在著明顯的差異，主要表現在以下幾個方麵：

(1)Eh不同

       在混合厭（yàn）氧消化係統中，由於完成水解（jiě）、酸化的微生（shēng）物和產甲（jiǎ）烷微生物共處於同（tóng）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（mǎn）足對Eh要求（qiú）嚴格的甲（jiǎ）烷菌（jun1），一般為（wéi）一300mv以下，因此。係統中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下（xià）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（jiān）。據研究，水解(酸化)一好氧處理工藝（yì）中的水解(酸化)段為——典型的兼性過程，隻要置Eh控製（zhì）在＋50mv以（yǐ）下，該過程即可順利進行。

(2)pH值不同（tóng）

       在混合厭氧消化係統中，消化液（yè）的pH值（zhí）控製在甲烷菌生氏的*佳（jiā）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值一般控製（zhì）在6.0一6.5之（zhī）間，pH降低時，盡（jìn）管產酸（suān）的速率增大，但形成的有機酸形態將發生變化（huà），丙酸的相對含量增大，而丙酸對後續的甲烷（wán）相中的產甲（jiǎ）烷菌會產生強烈的（de）抑製（zhì）作用。對於水解(酸化（huà）)一（yī）好氧處理係統來說，由於（yú）後續處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑製問題，因此，控製的pH範圍也較（jiào）寬，從而可獲得較高的水解(酸化)速率，一般pH維（wéi）持在5.5—6.5之（zhī）間。

(3)溫度不同

       三種工藝對溫度的控製也不（bú）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（gé）控製，要麽（me）中（zhōng）溫（wēn）消化(30一35℃)，要麽高（gāo）溫消（xiāo）化(50一55℃)。而水解(酸化)一好氧處理工（gōng）藝中的水解(酸化)段對工作溫度無特殊要求，通常在常溫下運（yùn）行，也可獲得較（jiào）為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸化)過（guò）程的主（zhǔ）要因素

1)基質的種類和形態

       基（jī）質的種類（lèi）和（hé）形態對水解(酸化（huà）)過程的速率有著重要影響（xiǎng）。就多（duō）糖（táng）、蛋白質和脂肪（fáng）三類物（wù）質來說，在相同的操作條件下，水解（jiě）速率依次減小。同（tóng）類有機物，分（fèn）子量越大，水解越困難，相應池水解速率就越小。比如，就糖類物質來說，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直（zhí）鏈比支鏈易於水解；支鏈比環狀（zhuàng）易於水解；單環化（huà）合物比雜環或（huò）多環化合（hé）物易於水解。

2)水解液的pH值

       水解液（yè）的pH值主要（yào）影響水解的速率、水解(酸化)的產物以及汙泥的形態和（hé）結構。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物對pH值變化的適應性（xìng）較強，水解過程可在pH值寬（kuān）達（dá）3.5—10.0的範圍內順利進行，但（dàn）*佳的pH值為5.5—6.5。pH朝酸性方向或堿性方向移動時，水解速率都將減小。水解液pH值同時還影響水解產（chǎn）物的種類和含量（liàng）。

3)水力停留時間

       水力停留（liú）時間是水解反應器運行控製（zhì）的重要參數之一。它（tā）對反（fǎn）應器的影響，隨著（zhe）反應器的功能不同而不同。對於單純以水解為目的（de）的反應器，水力停（tíng）留時間越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越長（zhǎng），相應的（de）水解效率（lǜ）也就越高。一般為3-4小時。

4)溫度

       水解反應是（shì）一典型的生物（wù）反應，因此（cǐ），溫度變化對水解反應的影（yǐng）響符合一般（bān）的生物反應規律，即在一定的（de）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（míng），水解微生物對低溫變化的適應較強。

5)粒徑

       粒（lì）徑是影響顆（kē）粒狀有機物水解(酸（suān）化)速率的重要因素之—粒（lì）徑越大，單位重量有機物的比表麵積越小．水解速率也就越小。由於顆粒態有機物的粒徑對水解速率（lǜ）影響較大，因此，一些研究者建議，對（duì）含顆粒態有機（jī）物（wù）濃度較高的廢水或汙泥，在進（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（wéi）是很寬泛（fàn）的，從低溫到（dào）高溫都存在。例如北極下水道中（zhōng）發現有（yǒu）極低溫度下存活的甲烷菌。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（shì）嗜（shì）熱的，溫度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比的關係是指（zhǐ）有機（jī）原料中總碳和（hé）總氮的比例。厭氧消（xiāo）化過程中碳氮比是（shì）有*適範圍的，一般是從20:1到30:1，既不能太高也不能太低，否則都會對厭氧發（fā）酵（jiào）過（guò）程產生影響。不合適（shì）的碳氮比（bǐ）會造成大量的氨態氮的釋放或是揮發性脂肪酸的過度累積（jī），而氨態氮和揮發性（xìng）脂（zhī）肪酸都是厭氧消化中重要的中（zhōng）間產（chǎn）物，不合適的濃度都（dōu）會抑製甲烷發（fā）酵過程。

3）酸堿度

       pH值是反映水相體係中酸（suān）濃度的重（chóng）要指標之一。厭氧發酵菌尤其是產甲烷菌對反應體係中的酸濃（nóng）度是極為敏感的。較低pH值條件下，甲烷（wán）菌的生長（zhǎng）就（jiù）會受到抑製。許多（duō）研究者已經研（yán）究厭氧消化中不同階段的*佳pH值（zhí）。甲烷（wán）菌（jun1）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間內（nèi）所承受的揮（huī）發（fā）性有機（jī）物量，它（tā）是消化（huà）反（fǎn）應器設計和（hé）運行的重要參數。有機負荷的高低與處理物料的性質、消（xiāo）化溫度、所采用的工藝等（děng）有關。研究（jiū）表明，對於處理蔬菜、水果、廚（chú）餘等易降解的有機垃（lā）圾，有機負荷一般（bān）為1～6.8kg VS/(m3·d)。