一、厭氧的四階段（duàn）理論

1、水（shuǐ）解階段（duàn）

       水解（jiě）過程是指複雜的固體有機（jī）物在（zài）水解酶的作用下被轉化為簡單的溶（róng）解性單體或二聚體（tǐ）。微生物無法直接（jiē）代謝碳（tàn）水化合（hé）物（如澱粉、木質纖維素等）、蛋白和脂肪等生物大分子，必須先降解為可溶性聚合物或者單體化合物才能（néng）被酸化菌（jun1）群利用。澱（diàn）粉在澱粉酶作用下被水解成麥芽糖、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（xiān）維素酶的協同作用下（xià）水解成糖。由（yóu）於自然狀態下的纖維素一般（bān）都與木質素結合成高度聚合狀態，以抵抗微生物的分解，所以纖維（wéi）素降解（jiě）是沼氣發酵限速步驟（zhòu）之一。蛋白質是植（zhí）物合成的一種（zhǒng）重要產（chǎn）物，它在蛋白（bái）酶作用下肽鍵（jiàn）斷裂生成（chéng）二肽和多（duō）肽，再（zài）生（shēng）成各種氨基酸。脂肪*先在脂肪（fáng）水解酶的作用下水解為長鏈脂（zhī）肪酸及甘油，甘油在甘油激（jī）酶催化下生成磷酸甘油，繼而被氧化為磷酸二羥丙酮，再經異（yì）構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉（zhuǎn）化為丙酮酸，*終進入糖（táng）酵解（jiě）途徑實現徹底氧化及利用。

2、酸化階段

       產酸發酵過程是指將（jiāng）溶解性單體或二聚體形式的有機（jī）物轉化（huà）為以短鏈脂（zhī）肪酸或醇為主的末端產（chǎn）物。這些水解成的單體會進一步被（bèi）微生物降解成揮發性脂肪（fáng）酸、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二（èr）氧化碳，並（bìng）分泌到細胞外。產酸菌（jun1）是一類快速生長的細菌，它們傾向於生（shēng）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（jué）於灰氧降解條件、底物種類和參與生化反應的微生物（wù）種（zhǒng）類同時氨（ān）基酸的（de）降解*先通過氧化（huà）還原氮反應（yīng）實現（xiàn）脫氨基作用（yòng），生成有機酸（suān）、氫氣及二氧化碳。

3、產氫產乙酸階段

       該階段主要是將水解產酸階段產生的（de）兩個碳以上的有機酸或醇類等物（wù）質，轉化為乙酸等可為甲烷菌直接利用的小分子物質的過程。標準情況（kuàng）下，有（yǒu）機酸的產氫產乙酸（suān）過程不能（néng）自（zì）發進行，氫氣會抑製此步反應的進行，降低（dī）係統的氫分壓有利於產物產生。如果氫分壓超過（guò）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（yàn）氧的產甲烷細菌將乙酸、一碳化合物和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（dài）謝乙（yǐ）酸鹽的甲基基團生成，剩下（xià）的（de）28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代（dài）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消（xiāo）化（huà）工藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭（yàn）氧消化的區別

       從原理上講，水解(酸化)是（shì）厭氧消化過程的*、二兩（liǎng）個階段但水（shuǐ）解(酸化)工（gōng）藝和厭氧消化追求的目標不同，因此是截然不同的處理（lǐ）方法。

       水解(酸化)係統中（zhōng）的的目的主要（yào）是將原水中的（de）非溶解態有機物轉變為溶解態有機物，特別是工（gōng）業廢水處理，主要是將其（qí）中（zhōng）難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提高廢水的可生化性（xìng），以利於後續的好氧生物處（chù）理。考慮到（dào）後續好氧（yǎng）處（chù）理的能耗問題，水解(酸化)主要用於低濃度（dù）難降解廢水的預處（chù）理（lǐ）。在（zài）混合厭氧消化係統中，水解酸化是和整個消化過程有機地結合在（zài）一起，共（gòng）處於一個反應器中，水解、酸（suān）化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供（gòng）基質（zhì）。而（ér）兩相厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將混合厭氧消（xiāo）化中的產酸段和產甲烷段分（fèn）開（kāi），以便形（xíng）成各自的*佳（jiā）環境，同時，產酸相對所產生的酸的形態也有要求（qiú）(主要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫（liú）酸鹽、亞硫酸鹽時，這些物質及其轉化產物不（bú）僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質量，也（yě）在產酸相中予以（yǐ）去除。因此，盡管水解(酸化)一好氧處理（lǐ）工藝（yì）中的水解（jiě）(酸（suān）化)段、兩相（xiàng）法厭氧發酵工（gōng）藝中的產酸相和（hé）混合厭（yàn）氧消（xiāo）化工藝中的產酸過程均（jun1）產生有機酸，但（dàn）由於三（sān）者的處理目的不同，各自的運行環境（jìng）和條件（jiàn）存在著明顯的差異，主要表現在以（yǐ）下幾個方麵：

(1)Eh不（bú）同

       在混合厭氧（yǎng）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（tóng）一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的控製必須*先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為一300mv以下，因此（cǐ）。係統中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消（xiāo）化係統中，產酸相的氧（yǎng）化還原電位一般控製在一100mv一一300mv之間。據（jù）研究，水解（jiě）(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸（suān）化)段為（wéi）——典型的兼性過程，隻要置Eh控製在＋50mv以下，該過程即（jí）可（kě）順利（lì）進行。

(2)pH值不同

       在混合（hé）厭氧（yǎng）消化係統中，消（xiāo）化液的pH值控製在甲烷（wán）菌生氏的*佳pH範（fàn）圍，一般為6.8—7.2。而在兩相厭氧消化係統中，產（chǎn）酸（suān）相的pH值（zhí）一般（bān）控（kòng）製在6.0一6.5之（zhī）間，pH降低時，盡管產酸的速率增大，但形成的有機酸形態（tài）將發生變化，丙酸的相對含量增大，而丙酸對後續的甲烷（wán）相中的產甲烷菌會產生強烈的抑製作用。對於水解(酸化)一好氧處理係統來說，由於後續處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑製問題（tí），因此（cǐ），控製的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（xiàng）厭氧消化係統的溫度均嚴格控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消（xiāo）化(50一55℃)。而水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸（suān）化)段對工作溫度無特殊要求，通常在常溫下運（yùn）行，也可獲得較為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸化)過程的主要因素

1)基質的種類和形態

       基質的種類和形態對水解(酸化（huà）)過（guò）程的速率有著重要影響。就多糖、蛋白質和脂肪三類物（wù）質來說，在相同的操作條件下，水解速率依次減小。同類有機物，分子量越大（dà），水解越困難，相應池水解速率就越小。比如，就糖（táng）類物質來說，二聚糖比三聚糖容（róng）易水解（jiě）；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直鏈比支鏈易於水解；支鏈比環狀易（yì）於（yú）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

       水解液（yè）的pH值（zhí）主要影響水解的速率、水解(酸化（huà）)的產（chǎn）物以及汙（wū）泥的形態和結構。大量研究結果表明，水（shuǐ）解(酸化)微生物對pH值（zhí）變化的適應性較強，水解過程可在pH值寬達3.5—10.0的（de）範圍內順（shùn）利（lì）進行，但*佳的pH值為5.5—6.5。pH朝酸性方向或（huò）堿性方向移動時，水解速率都（dōu）將減小。水解液pH值同時還影響水解產物的種類和含量（liàng）。

3)水力停留時間

       水力停留時（shí）間是水解反應器（qì）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。對於單純（chún）以水解為目的（de）的反應器，水力停留時間越長，被水解（jiě）物（wù）質（zhì）與水（shuǐ）解微生物接觸時間也（yě）就越長，相應的水解效率也就越高。一般為3-4小（xiǎo）時。

4)溫度

       水解反應是一典型的生物反應，因（yīn）此，溫度變化對水解反應的影響符合一般的生（shēng）物反應規律，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（yī）20℃之（zhī）間變化時（shí），水解反應速（sù）率變化不大，由此說明，水解微生物對低溫變化的適應較強。

5)粒徑

       粒（lì）徑是影響顆粒狀有機物水解(酸化)速率的重要（yào）因（yīn）素之—粒（lì）徑越大，單位重量有機物的比表（biǎo）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較大，因此，一些（xiē）研究者建議，對含（hán）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（kě）利用泵（bèng）或研磨機破碎（suì），以減小汙染物的粒徑，從而加快水解反應的進行。

四、影響厭氧消（xiāo）化的主要因素

1）溫度

       在厭（yàn）氧消化過程中，溫度（dù）的範圍是很寬泛的，從低溫到高溫都存在（zài）。例如北極下水道中發現有極低溫度下存活（huó）的甲烷菌。通常我們（men）依據（jù）微生物活（huó）性把溫度範圍分為三類：一類是嗜寒的，溫度範（fàn）圍從10℃~20℃；—類是嗜溫（wēn）的（de），溫度範（fàn）圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜熱的（de），溫度範圍從（cóng）50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮（dàn）比的關係是指（zhǐ）有機原料中總碳和總氮的（de）比例。厭氧消化過（guò）程中碳氮比（bǐ）是有*適範圍的（de），一般是從20:1到30:1，既不能太高也（yě）不能太低，否則（zé）都會對厭氧發酵（jiào）過程產生（shēng）影（yǐng）響。不合適的碳氮比會造成大（dà）量的氨態氮的釋放或是揮發性脂（zhī）肪酸的過度（dù）累積（jī），而氨態氮和揮發性脂肪酸都是厭氧消化中重要的中間產物，不合適的（de）濃度都會抑製甲烷（wán）發酵過程。

3）酸堿度

       pH值是反映水（shuǐ）相體係中酸濃度的重要指標之一。厭氧發酵菌尤其是產甲烷菌對反應體係中（zhōng）的酸濃度是極為敏感的。較低pH值條件下，甲烷菌的生（shēng）長（zhǎng）就（jiù）會受到（dào）抑製。許（xǔ）多研究者已經研（yán）究厭氧消化中不同階段的*佳pH值。甲烷菌（jun1）的*佳pH值是7.20左右（yòu）。

4）有機負荷量

       有機負荷是指消化反應器單位容積（jī）單位時間內（nèi）所承受（shòu）的揮（huī）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（chù）理物料的性質、消化溫度、所（suǒ）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（wéi）1～6.8kg VS/(m3·d)。