一、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機物在水解酶的作用下（xià）被轉化為簡單（dān）的溶解性單體（tǐ）或二聚體。微生物（wù）無（wú）法直接代謝碳水化合物（wù）（如澱粉、木質纖維素等）、蛋白和脂肪等生（shēng）物大分子，必須先降解為（wéi）可溶性聚合（hé）物或（huò）者單體化合物才能被酸化菌群利用。澱粉在澱粉（fěn）酶作用下被水解成麥（mài）芽糖（táng）、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖（táng）苦（kǔ）鍵結合成纖維二糖再聚合而成的（de），在多種纖維素酶的協同作用下水解成糖。由於（yú）自然狀態下的纖維素一般都與木質素結合成高度聚合（hé）狀態，以（yǐ）抵抗微生物的分（fèn）解，所以纖維素降解是沼氣發酵限速步驟之一。蛋（dàn）白質是植物（wù）合成的一種重要產物，它在蛋白（bái）酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪*先在脂肪水解酶的作用下水解為長鏈脂肪酸及甘油，甘油在甘油激酶催化下生成磷酸甘油，繼而（ér）被氧化為磷酸（suān）二羥丙酮，再經異構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉化為丙酮（tóng）酸，*終進入糖酵解途徑實現徹底氧化及（jí）利用。

2、酸化階段

       產酸發酵過程是指將溶（róng）解（jiě）性單體或（huò）二聚體形式的有（yǒu）機物轉化為以短鏈脂肪酸或醇為主的末端產物。這些水解成的單體會進一步被微生物降解成（chéng）揮發性脂肪酸、乳酸、醇（chún）、氨等酸化產物和氫、二氧化碳，並分泌到細胞外。產酸菌是一類快速生長（zhǎng）的細菌，它們傾向於生（shēng）產乙酸（suān），這樣能（néng）獲取*高的（de）能量以（yǐ）維持自身生長。末端產（chǎn）物組成（chéng）取決於灰氧降解（jiě）條（tiáo）件、底物種類和參與生化反（fǎn）應的微生物種類同時氨（ān）基（jī）酸的降解*先通過氧化還原（yuán）氮反應實現脫氨基作用，生成有機酸、氫氣及二氧化碳（tàn）。

3、產氫產乙（yǐ）酸階段

       該階（jiē）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（de）小分子物質的過程。標準情況下，有機酸的產氫產乙酸過程不能自發進行，氫氣會抑製此步反應的進行，降低係統的氫分壓有利（lì）於產物產生。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累尤其（qí）重要。在厭氧過程中（zhōng），氫（qīng）分壓的降低必須依靠氫營養菌來（lái）完成（chéng）。

4、甲烷化階段

       產（chǎn）甲烷階段是由嚴格專性厭氧的產（chǎn）甲烷（wán）細菌（jun1）將乙酸、一碳化合物和H2、CO2等（děng）轉化為CH4和CO2的過程。大（dà）約的甲烷來自（zì）於（yú）乙酸的分解，是由乙酸歧化菌（jun1）通過代謝乙酸鹽的甲基基團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代謝速率一般較（jiào）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消化工藝的限速。

二、水解(酸化)池（chí）與厭氧消化（huà）的區別

       從原理上講，水解（jiě）(酸化)是厭氧消化過程的*、二（èr）兩個階段但水解(酸化)工（gōng）藝和厭氧消化追求的（de）目（mù）標不同，因（yīn）此是截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係統中的（de）的目的（de）主要是將原（yuán）水中的非溶解態有機物轉（zhuǎn）變為溶解態有機物，特別是工業廢水（shuǐ）處理，主要是將其中難生物（wù）降解物質轉變為易生物降解物質（zhì），提高廢水的（de）可生化性，以利於後續的好氧生物（wù）處理（lǐ）。考慮到後續好氧處理的能（néng）耗問題，水解(酸化（huà）)主要用於低濃度難降解廢水的預處理。在混合厭（yàn）氧消化係（xì）統中，水解酸（suān）化是（shì）和整個消（xiāo）化過（guò）程有機地結合在一（yī）起，共處於一個反應器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧（yǎng）消化過程中的（de）甲烷（wán）化階（jiē）段提供基（jī）質。而兩相厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將混合厭氧（yǎng）消化中的產酸段和（hé）產甲烷（wán）段分開，以便形成各自的*佳（jiā）環境，同時，產酸相對所產生的酸的形（xíng）態也有（yǒu）要求(主要為乙酸)。此（cǐ）外，廢水中如含有高濃度的硝酸（suān）鹽、亞硝酸（suān）鹽（yán）、硫酸鹽、亞硫（liú）酸鹽時，這些物質及其（qí）轉化（huà）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（yǐ）去除。因此，盡管水解(酸（suān）化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發酵工（gōng）藝中的產酸（suān）相和混合厭氧消化（huà）工藝中的產酸過程均產生有機酸，但由於三者的處理目（mù）的不同，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（yǐ）下幾個方麵：

(1)Eh不同

       在（zài）混合厭氧消化係（xì）統中，由於完成水（shuǐ）解、酸化的（de）微生物和產（chǎn）甲烷微生物共處於同一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的控製必須*先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般（bān）為一300mv以下，因此。係統（tǒng）中的水解（jiě）(酸化)微生物也（yě）是在這一電位（wèi）值下工作的。而兩相厭氧消化係統中，產酸相的氧化還（hái）原電位一（yī）般控製在（zài）一100mv一一300mv之間。據（jù）研（yán）究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的（de）水解(酸化)段為——典型的兼性過程，隻要（yào）置Eh控製在＋50mv以下（xià），該過（guò）程即可順利進行。

(2)pH值（zhí）不同

       在混合厭氧消化係統中，消化液（yè）的pH值控製在甲烷菌生氏的*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值一般控製在6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產酸的速率增大，但形成的（de）有（yǒu）機酸形態將發生變化（huà），丙酸的相對（duì）含量增大，而丙酸對（duì）後續的甲烷相中（zhōng）的（de）產甲烷菌會產生（shēng）強烈的抑製作用。對於水解(酸化)一好氧處理係統來說，由於後續處理為（wéi）好氧氧（yǎng）化（huà），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)速率，一般pH維持在5.5—6.5之（zhī）間。

(3)溫度（dù）不同

       三種工（gōng）藝對溫度的控製也（yě）不同，通常混合厭（yàn）氧消化係統以及兩相厭氧消化係統的溫度（dù）均（jun1）嚴格控製，要麽中溫消（xiāo）化(30一35℃)，要（yào）麽高溫消化（huà）(50一55℃)。而水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段（duàn）對（duì）工作溫度無特殊要求，通（tōng）常在常溫下運行，也可獲（huò）得較為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸化)過程的主要因素（sù）

1)基質的種類和形態

       基質的種類和形態對水解(酸化)過程的速率有著（zhe）重要影（yǐng）響。就多糖、蛋白質和脂肪三（sān）類物質來說（shuō），在相同的操作條件下，水解速（sù）率依次減（jiǎn）小。同類有機物，分子量越大，水解越困難，相應池水（shuǐ）解（jiě）速率就越小。比如，就糖類物質來說，二（èr）聚糖比三聚糖容易水解；低聚（jù）糖比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直鏈比支鏈易於水解；支鏈比環狀（zhuàng）易（yì）於水解；單環化合物比雜環或多環化合物易於水解。

2)水解（jiě）液的pH值

       水（shuǐ）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態和結構。大量研（yán）究結果表明，水解(酸化)微生物對pH值變化的適（shì）應性較強，水解（jiě）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移動時，水解速率（lǜ）都將（jiāng）減小。水（shuǐ）解液pH值同時（shí）還影響水解產物（wù）的種類和含量。

3)水力停留時（shí）間

       水力停（tíng）留（liú）時間是水（shuǐ）解反應器運（yùn）行控製的重要參數之一。它對反應器的影響，隨（suí）著反應器的功能不同（tóng）而不同。對於單純以水解為目的的反應器，水力停留時間越（yuè）長，被水解物質與水解（jiě）微（wēi）生物（wù）接觸時間也就越長，相應的水解效率也就越高。一（yī）般為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（biàn）化對水解（jiě）反應的（de）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（de）速率越大。但研究表明，當（dāng）溫度在（zài）10一20℃之間變化時，水（shuǐ）解反應速率變化不大，由此說明，水解微生（shēng）物對低溫變化（huà）的（de）適應較強。

5)粒徑

       粒徑（jìng）是（shì）影響顆粒狀有機物水解(酸化（huà）)速率的重要（yào）因素之—粒徑越（yuè）大，單位重量有機物（wù）的（de）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影響（xiǎng）較大，因此，一些研究者建議，對含顆粒態有機物濃度較高的廢水（shuǐ）或汙泥，在進入水解反應器前可利用泵或研磨機破碎，以減小汙染物的粒徑（jìng），從而加（jiā）快水解反應的進行。

四、影響厭（yàn）氧消化的主要因素

1）溫度

       在厭氧消化過程中，溫（wēn）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（dào）中發（fā）現有極低溫度下存活的甲烷菌。通常我們依（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（cóng）10℃~20℃；—類（lèi）是嗜（shì）溫的，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜熱的，溫度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比的關係是指有機原料中總碳和（hé）總氮的比例。厭氧消化過程中碳氮比是有*適範圍的，一般是從（cóng）20:1到30:1，既（jì）不能太（tài）高也不能太低，否則都（dōu）會對厭氧發酵過程產生影響。不合適的碳氮（dàn）比會造成大量的（de）氨態氮的釋放或是（shì）揮發性脂肪酸的過（guò）度累積，而氨態氮和揮發性（xìng）脂（zhī）肪酸都是（shì）厭氧（yǎng）消化（huà）中重要的中間產物，不合適的濃度都會抑製甲烷發酵過程。

3）酸堿度（dù）

       pH值是反映水相體係中酸濃度的重要指標之一。厭氧（yǎng）發酵菌尤（yóu）其是產甲（jiǎ）烷菌（jun1）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製。許多研究者已經研究厭（yàn）氧消化中不同階段的*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是7.20左右。

4）有機負荷量

       有機負（fù）荷是指消（xiāo）化反應器單位容積單位時間內所（suǒ）承受的揮發性有機物量，它是消化反應器設計（jì）和運行的重要參數。有機負荷的高低與處理物（wù）料的性質、消化溫度、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（jī）垃圾，有機負荷一般為（wéi）1～6.8kg VS/(m3·d)。