一、厭氧的四階段理論

1、水解階段（duàn）

       水解過程是指複（fù）雜的固體有機物在水解酶的作用下被轉化為簡單的溶解性（xìng）單體（tǐ）或二聚體。微生物無法直接代謝碳水化合物（如澱粉（fěn）、木質纖維素等）、蛋白和（hé）脂（zhī）肪等（děng）生物大（dà）分子，必須先降解為可溶性聚合物（wù）或者單體化合物才能被酸化菌群利用。澱（diàn）粉在澱粉酶作用下被水解成麥芽糖（táng）、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖苦（kǔ）鍵結合成纖維二糖再（zài）聚合而成的，在多種纖維素酶的協（xié）同作用下水解成糖。由於自然狀態下的纖維素一般都與木（mù）質素結合成高度聚合狀態，以抵（dǐ）抗（kàng）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（chóng）要產物，它在蛋白（bái）酶（méi）作用下肽鍵斷裂生成二肽（tài）和多肽，再（zài）生成各（gè）種氨基酸。脂肪*先在脂肪水解酶的作用下水（shuǐ）解為長鏈脂肪酸及甘油（yóu），甘油在甘油激酶催化下生成磷酸甘油，繼而被氧化（huà）為磷酸二羥丙酮，再經異構化生成磷酸甘油酸，經（jīng）糖（táng）酵解途徑轉化為丙酮酸，*終進入糖酵解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溶解性單體或二聚體形式（shì）的有機物（wù）轉化為以短鏈（liàn）脂（zhī）肪酸或醇為主的末端產物。這些（xiē）水解成的單體（tǐ）會進一步被微生物降解成揮發性（xìng）脂肪酸、乳（rǔ）酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧化碳（tàn），並分泌到細胞外。產酸菌是一類快（kuài）速（sù）生長的細菌，它們傾向於生產乙酸，這樣能獲取*高的（de）能量以維持自身生長。末端產物組成取決於灰氧降解（jiě）條件、底物種類和參與生化反應的微（wēi）生物種類同時（shí）氨（ān）基酸的降解*先通過氧化還原（yuán）氮反應（yīng）實（shí）現脫氨基作用，生成有機酸（suān）、氫氣及二氧化碳。

3、產氫（qīng）產乙酸階段

       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（wù）質，轉（zhuǎn）化為乙酸（suān）等可為甲烷菌直接（jiē）利用的小分子物質的（de）過（guò）程。標（biāo）準情況下，有（yǒu）機酸的產氫產乙酸過（guò）程不能（néng）自發進行（háng），氫氣（qì）會抑製此（cǐ）步（bù）反應的進行，降低係統的氫分壓有（yǒu）利於產物產生。如果氫分壓超過大（dà）氣壓，有機酸濃度增大，甲烷產量受到抑製。避免氫（qīng）氣（qì）在此階段的積累尤其重要。在（zài）厭氧（yǎng）過程中（zhōng），氫（qīng）分壓的（de）降低必須依（yī）靠氫營養（yǎng）菌來完成。

4、甲烷化階段

       產甲烷階段是由嚴格（gé）專性厭氧的產甲烷細菌將乙酸、一碳化合物和H2、CO2等（děng）轉化為CH4和CO2的過程。大約（yuē）的甲烷（wán）來自（zì）於（yú）乙酸（suān）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（de）28%由CO2和H2合（hé）成。產甲烷細菌的代謝速（sù）率一般較慢，對於溶解性有機物厭氧消化過（guò）程，產甲烷階段（duàn）是整個厭氧消化工藝的限速。

二、水解(酸（suān）化)池與厭氧消化的區別

       從原理（lǐ）上講，水解(酸化)是厭氧（yǎng）消化過程的*、二兩個階段但水解(酸化)工藝（yì）和厭氧消化追求的目（mù）標不同，因此是截然不（bú）同（tóng）的處（chù）理方法。

       水解（jiě）(酸化)係統中的的目的主要（yào）是將原水中的非溶解態有機物（wù）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解物質轉變為（wéi）易生物降解（jiě）物質，提高廢水的（de）可生化性，以利於後續的好氧生物處理。考慮到後續好氧處理的能耗問題，水解(酸化（huà）)主要用於低濃度難（nán）降解廢水的（de）預處理。在混合（hé）厭氧消化係統中，水解酸化是和整（zhěng）個消化過程有機地結合在一（yī）起，共處於一（yī）個反應器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中（zhōng）的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧（yǎng）消化中的產酸段(產（chǎn）酸相)是將混合厭氧消（xiāo）化中的產酸段和產甲烷段分（fèn）開，以便形成各自（zì）的*佳環境（jìng），同時，產酸相對（duì）所產生的酸的形態也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水（shuǐ）中如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這些（xiē）物質（zhì）及其轉化產物不僅（jǐn）對甲烷苗有毒，而且（qiě）影響沼氣的質量，也在產酸相中予以去除。因此，盡管水解(酸（suān）化)一好氧處理工藝中的（de）水解(酸化)段、兩相法厭氧發酵工藝中（zhōng）的（de）產酸相和混合厭氧消化工藝中的產酸過程均產生有機酸，但由於三者的處理目（mù）的不同，各自的（de）運（yùn）行環境和條件（jiàn）存在著明顯的（de）差異，主要表現在以下幾個方麵：

(1)Eh不同

       在混合厭氧消化係統中，由於完成水（shuǐ）解（jiě）、酸（suān）化的微生物和產甲烷微（wēi）生物共處於同一反（fǎn）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（yī）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工作的（de）。而兩相（xiàng）厭氧消化係（xì）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（xià），該過程即（jí）可順利進行。

(2)pH值不同

       在混合厭氧消化係統（tǒng）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（zài）兩相厭氧消化係（xì）統中，產酸相的pH值一般控製在（zài）6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產酸的速（sù）率增（zēng）大，但形成的有機酸形態將發生變化，丙酸的相對含量增大，而（ér）丙酸對（duì）後續的甲（jiǎ）烷相中的產（chǎn）甲烷菌會產生強烈的抑（yì）製作（zuò）用。對於水解(酸化)一好氧處理係統來說（shuō），由於後續處理為好氧氧化，不存在丙酸的（de）抑製問（wèn）題，因此，控製的pH範圍也（yě）較寬（kuān），從而可獲得較高的水（shuǐ）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（dù）的控製（zhì）也（yě）不（bú）同，通常混合厭氧消化係統以及兩（liǎng）相厭氧消化係統的溫度均嚴格控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消化（huà）(50一55℃)。而水解(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（shū）要求，通常在常溫下運行，也可獲得較（jiào）為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸化)過程的主要因素

1)基質的種類和（hé）形態

       基質的種類（lèi）和形態對水解(酸化)過程的速（sù）率（lǜ）有（yǒu）著重要影響（xiǎng）。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說，在（zài）相同的操作條件下，水解速率依次減小。同類有機物（wù），分（fèn）子量越大，水解越困難，相應（yīng）池水解速率就越小。比（bǐ）如，就糖類物質來說，二聚糖（táng）比三聚糖容易水解；低（dī）聚糖比高聚糖容易水解。就分子（zǐ）結構來（lái）說，直鏈比支鏈易於水解（jiě）；支（zhī）鏈比（bǐ）環狀易（yì）於水解（jiě）；單環化合物比（bǐ）雜環或多（duō）環化（huà）合物易（yì）於水（shuǐ）解。

2)水解（jiě）液的（de）pH值

       水解液的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（yán）究結果表明，水解（jiě）(酸（suān）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（kuān）達3.5—10.0的範圍內順利（lì）進行，但*佳（jiā）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（dōu）將減小。水解液（yè）pH值同時還影響水解產物的種類和含量。

3)水力（lì）停留時間

       水力停留時間是水解反（fǎn）應器運行（háng）控製的重要參數之一。它對反應器（qì）的影響，隨（suí）著（zhe）反應器的功能（néng）不同而不同。對於單純以（yǐ）水解為目（mù）的的反應器，水力停留時間（jiān）越長，被水（shuǐ）解物（wù）質與水解微生物接觸時（shí）間也（yě）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

       水解反應是一典型的（de）生物反應，因此，溫度變化對水（shuǐ）解反應的影響符合一般的（de）生物反應規律，即在一定的範（fàn）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（zhī）間變化時，水解反應速率變化不大，由此說明，水解微生物對低溫變化的適應較強。

5)粒徑

       粒徑是影響顆（kē）粒狀有機物（wù）水解(酸化)速率的重要（yào）因素之—粒徑越大，單位重量有機物的比（bǐ）表麵積越小．水解速（sù）率也就越小。由於顆粒態有機物的粒（lì）徑對水解速率影響較大，因此，一些研究（jiū）者建議（yì），對含顆粒（lì）態有機物濃度較高的廢水或汙泥，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，從而加快水解反應的進行（háng）。

四、影響厭氧消化的（de）主（zhǔ）要因（yīn）素

1）溫度（dù）

       在厭（yàn）氧消化過程中，溫度的（de）範圍是很寬泛的，從低溫到高溫都存在。例如北（běi）極下水道中發現有極低溫（wēn）度下存活（huó）的（de）甲烷菌。通常我們依據微生物活性（xìng）把溫度範圍分為三類：一類是嗜寒的，溫度範圍從10℃~20℃；—類（lèi）是嗜溫的，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用37℃；一類是嗜熱（rè）的，溫度範圍從50~65℃，通常是（shì）55℃。

2）碳氮比

       碳氮比的關（guān）係是指有機原料中總碳和總氮的比（bǐ）例。厭氧消化過程（chéng）中碳氮比是（shì）有*適範（fàn）圍的，一般是從20:1到30:1，既不能太高也（yě）不能太低，否則都會對厭氧發酵過程產生影響。不合適的碳氮比會造成大量的氨態氮的釋放或是揮發性脂（zhī）肪酸的過（guò）度（dù）累積，而氨（ān）態氮和揮發性脂肪酸都是厭（yàn）氧消化中重要的中間產物（wù），不合適（shì）的濃度都會抑製甲烷發酵過程。

3）酸堿度

       pH值（zhí）是反映（yìng）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的酸濃度是極為敏感的（de）。較（jiào）低pH值條（tiáo）件下，甲烷菌的生長就會（huì）受到抑製。許（xǔ）多研（yán）究者已經（jīng）研究厭（yàn）氧消化中不同階（jiē）段的*佳pH值。甲烷菌的*佳pH值是7.20左右。

4）有機負（fù）荷（hé）量

       有機負荷是（shì）指消化反（fǎn）應器單位容積單位時間內所承（chéng）受的揮發性有機物（wù）量（liàng），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（yǔ）處（chù）理物料的性質、消化溫度、所采用的工藝等有關（guān）。研（yán）究表明，對於處理（lǐ）蔬菜、水（shuǐ）果、廚餘等易降解的有機垃圾，有機負荷一（yī）般為1～6.8kg VS/(m3·d)。