一、厭氧的四階（jiē）段理論

1、水解階（jiē）段

       水解過程是指複（fù）雜的固體有機物在水解酶的作用（yòng）下（xià）被轉化為簡（jiǎn）單的溶解性單體或二聚體。微生物無法直接代謝碳水（shuǐ）化合物（如澱粉（fěn）、木質纖（xiān）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（huò）者單體（tǐ）化合物才能被酸化菌群利用。澱粉在（zài）澱粉酶作用下被水解（jiě）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，在多種纖維素酶的協同作用下水解成糖。由於自然（rán）狀態下的纖維素一般（bān）都與木質（zhì）素結合成高度聚合狀態，以抵抗微生物的分解，所（suǒ）以纖維素降解是沼氣發酵限速步驟之一。蛋白質是植（zhí）物合成的一種重要產物，它在蛋白酶作用（yòng）下肽鍵斷裂（liè）生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪*先（xiān）在脂肪水解酶（méi）的作用下水解為長鏈脂肪酸（suān）及甘油，甘油在甘油激酶催化下生成磷酸甘油，繼而被氧化為磷酸（suān）二（èr）羥丙酮，再經異構化生（shēng）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（yǎng）化及利用。

2、酸化階（jiē）段

       產酸發酵（jiào）過程是指將溶（róng）解性單體或二聚體形式的有機物（wù）轉（zhuǎn）化為（wéi）以短鏈脂肪酸（suān）或醇為主的末端產物。這些水解成的單體會（huì）進（jìn）一步被微生物降解成揮發性脂肪酸、乳酸、醇、氨（ān）等酸（suān）化產物和氫、二氧化碳，並分泌到細（xì）胞外。產酸菌是一類快速生長的細菌，它們傾向於（yú）生產乙酸（suān），這（zhè）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解條件、底物（wù）種類和參與生化反（fǎn）應的微生物種類同時氨基酸的降解*先通過氧化還原氮反應實現脫氨基作用，生成有機酸、氫（qīng）氣及二氧化（huà）碳。

3、產氫（qīng）產乙（yǐ）酸階段

       該階段（duàn）主要是將水解產酸階段產生的兩個碳以上的（de）有機酸或醇（chún）類等物質，轉化為乙酸等可為甲烷菌直接利用的小分（fèn）子物質的過程。標準情況下，有機酸的（de）產氫產乙酸過程不（bú）能自發進（jìn）行，氫氣會抑製此步反應的進行，降低係統的氫分壓（yā）有利於產物（wù）產（chǎn）生。如果氫分壓超過大氣壓，有機酸濃度增大，甲烷產量受（shòu）到抑製。避免氫氣在此（cǐ）階段的積累尤其重要。在厭氧過程（chéng）中，氫分壓的降（jiàng）低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷化階段

       產甲烷階段是由嚴（yán）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（jiǎ）烷來自於乙（yǐ）酸的分解，是由乙酸歧化菌通過代（dài）謝乙酸鹽的甲基基團生（shēng）成（chéng），剩（shèng）下的28%由CO2和（hé）H2合成（chéng）。產甲烷細菌的（de）代謝速率一般較慢，對於溶解性有機物厭氧消（xiāo）化過程，產甲烷階段是整個（gè）厭氧消化工（gōng）藝的限速。

二、水解(酸化)池與（yǔ）厭氧消化的區別（bié）

       從原理上講（jiǎng），水解(酸化)是厭氧消化過程的*、二（èr）兩個階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求的目標不同，因此（cǐ）是（shì）截然不同的處理方法。

       水解(酸化)係統（tǒng）中的的目的主要是將原水中的非溶解態有（yǒu）機物轉變為溶解態有機物，特別是工（gōng）業（yè）廢水處理，主要是將其中難生物降解物質（zhì）轉（zhuǎn）變為（wéi）易生物降解物質，提高廢水的可生化性，以利（lì）於後續的好氧生物處理。考慮（lǜ）到（dào）後續好氧處理的能耗（hào）問題，水（shuǐ）解(酸化)主要用於低濃度（dù）難降解廢水的（de）預處理。在混合厭氧消化係統中，水解酸化是和整個消化過程有機（jī）地結合（hé）在（zài）一起，共處於一（yī）個反（fǎn）應器（qì）中，水解、酸（suān）化的目的是為混合厭氧（yǎng）消化過程中的甲（jiǎ）烷化階段提（tí）供基質。而兩相厭氧消化中的（de）產酸段(產酸相)是將混合厭氧消化中的產酸（suān）段和產（chǎn）甲烷（wán）段分開，以便形成各自的*佳環境，同時，產酸相對所產生的酸的形態也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水中（zhōng）如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這（zhè）些物質及其轉化產物不僅（jǐn）對甲烷苗有毒（dú），而且影（yǐng）響沼氣的（de）質量（liàng），也在產酸相中（zhōng）予以去除（chú）。因此，盡管水解(酸化)一好氧（yǎng）處理（lǐ）工藝中的水解(酸化)段、兩（liǎng）相法厭氧發酵工藝中的產酸（suān）相和混合厭氧消（xiāo）化工藝中的產酸過程均產生有機酸，但（dàn）由（yóu）於三者的處理目的不同，各自的運行環境（jìng）和條件存在著明顯的差異，主要（yào）表現在以下幾個方麵：

(1)Eh不同

       在混合厭（yàn）氧消（xiāo）化（huà）係統中，由於完成水解、酸化的微生（shēng）物和（hé）產甲烷（wán）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（zhì）必須（xū）*先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般（bān）為（wéi）一300mv以下，因此（cǐ）。係統中（zhōng）的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的（de）。而兩相厭氧消化係統中，產酸相的氧（yǎng）化還原（yuán）電位一般控製在一100mv一一300mv之間。據研究，水解(酸化)一（yī）好氧（yǎng）處理工藝中的水解（jiě）(酸化)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

       在混合厭氧消化係統中，消化液的pH值控製在（zài）甲烷菌生氏（shì）的*佳pH範圍，一般為6.8—7.2。而（ér）在兩相厭（yàn）氧（yǎng）消化係統中，產酸相的pH值一般控製在（zài）6.0一6.5之間，pH降低時（shí），盡管產酸的（de）速率增大，但形成的有機（jī）酸（suān）形態（tài）將發生變化，丙酸（suān）的相（xiàng）對含（hán）量增（zēng）大，而丙酸（suān）對後續的（de）甲烷（wán）相中的產甲烷菌會產生強烈的抑製作（zuò）用。對於水解(酸化)一好氧（yǎng）處（chù）理係統來說，由於後續處理為好氧氧（yǎng）化，不存在丙酸（suān）的抑製問題，因此，控（kòng）製的（de）pH範圍也較寬，從而可獲得較高的水解(酸化)速（sù）率，一般pH維持在5.5—6.5之間（jiān）。

(3)溫度不同

       三種工藝對溫度的控製也不同（tóng），通常混合厭氧消化（huà）係統以及兩相厭氧消化係統的溫（wēn）度均嚴格控製，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高溫消化(50一55℃)。而水解(酸化)一好氧（yǎng）處理工藝中（zhōng）的水解(酸化)段對工作溫度無特殊要求，通常在常溫（wēn）下運行，也可（kě）獲（huò）得較為滿意的水解(酸化)效果。

三、影響水（shuǐ）解(酸化)過程的（de）主（zhǔ）要因素

1)基質的種類和形態（tài）

       基質的種（zhǒng）類和形態對水解（jiě）(酸化)過程的速率有著重要影響。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說，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，水解越困難，相（xiàng）應池水解速率（lǜ）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（shuǐ）解（jiě）。就分子結構來說，直鏈（liàn）比支鏈易於水解；支鏈比環狀易（yì）於水（shuǐ）解；單環化合物比雜（zá）環或多環化合（hé）物易於水解。

2)水解液的pH值（zhí）

       水解液的pH值主（zhǔ）要影響水解的速率、水解(酸（suān）化)的（de）產物以及汙泥的形態和結構。大量研究結果表（biǎo）明，水解(酸化)微生物對pH值變化的適應性較強，水（shuǐ）解過程可（kě）在pH值寬達3.5—10.0的範圍內順利進行（háng），但*佳的pH值為5.5—6.5。pH朝酸性（xìng）方向或堿性方向移（yí）動時，水解（jiě）速率都將減小。水（shuǐ）解（jiě）液pH值同時還影響水解產物的種類和含量。

3)水力停留時間（jiān）

       水力停留時間是水解反應器運行控製（zhì）的重要參數之（zhī）一。它對反應器的影響（xiǎng），隨著反應器的功能不同而不同。對於單純以水解（jiě）為目的的反應器，水（shuǐ）力停留時間越長，被水解物（wù）質與水解微生物接觸時間也（yě）就（jiù）越（yuè）長，相應的水解效率也就越高。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（cǐ），溫（wēn）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（lǜ）越（yuè）大。但研究表明，當溫度在（zài）10一20℃之間變化時，水解（jiě）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（jìng）是影響顆（kē）粒狀（zhuàng）有機（jī）物（wù）水（shuǐ）解（jiě）(酸（suān）化)速率的重要因素之—粒徑越大，單位重量（liàng）有機物的比表麵積越小．水解速（sù）率也就越小。由於（yú）顆粒態有（yǒu）機物（wù）的粒徑對水（shuǐ）解（jiě）速率影響較大，因此，一些研究者建議，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（lì）用泵或研磨（mó）機破碎，以減小汙染物的粒徑，從而（ér）加快水解反（fǎn）應的進行。

四、影響厭氧消化的主要因素

1）溫度（dù）

       在厭氧消化過程中，溫度的範圍是很寬泛的，從（cóng）低溫到高溫都存在。例如北極下水道中（zhōng）發現（xiàn）有（yǒu）極低溫度（dù）下存活的（de）甲烷菌。通常我們依據微生物活性把溫度範圍分為三類（lèi）：一（yī）類是嗜寒的，溫度（dù）範圍（wéi）從10℃~20℃；—類（lèi）是（shì）嗜溫的，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用（yòng）37℃；一類是嗜熱的，溫（wēn）度（dù）範圍從50~65℃，通常是55℃。

2）碳氮比

       碳氮比的關係是指（zhǐ）有（yǒu）機（jī）原料中總碳和總氮（dàn）的比例。厭氧消化過程中碳氮比是有*適範圍的，一般是從20:1到30:1，既不（bú）能太高也不能太低，否則都會（huì）對厭氧（yǎng）發酵過程產生影響。不合（hé）適的碳氮比會造成大量的（de）氨態氮的釋（shì）放或是揮發性脂肪酸的過度累積（jī），而氨態氮和揮發性（xìng）脂肪酸都是厭氧消化中重要的中間產物，不合適的濃度都會抑製甲烷（wán）發酵（jiào）過程。

3）酸堿度

       pH值是反映水相體係中酸（suān）濃度的重要指標之一。厭（yàn）氧發酵菌尤其（qí）是產甲烷菌對反（fǎn）應（yīng）體係中的酸濃度是極（jí）為敏感的。較低（dī）pH值條件下，甲烷菌的生長就（jiù）會受到抑製。許多研究者已經研（yán）究厭氧消化中不同階段的*佳pH值。甲烷菌的（de）*佳pH值是7.20左右。

4）有（yǒu）機負荷（hé）量

       有機負荷是指消化反應器單位容積單位時間內所承受的揮發性有機物量，它是消化反應器設計（jì）和（hé）運行的重要參數。有機負（fù）荷的高低與處理物料的性（xìng）質、消化溫度、所采用的工藝等有關。研究表明，對於處理蔬菜（cài）、水果（guǒ）、廚餘等易降解的有機垃圾，有機負荷（hé）一般為1～6.8kg VS/(m3·d)。