水(shuǐ)解酸化與厭氧消化的(de)區别

厭氧的(de)四階段理(lǐ)論
1、水(shuǐ)解階段

水(shuǐ)解過程是指複雜的(de)固體有(yǒu)機物(wù)在水(shuǐ)解酶的(de)作用(yòng)下被轉化爲簡單的(de)溶解性單體或二聚體。微生物(wù)無法直接代謝碳水(shuǐ)化合物(wù)（如(rú)澱粉、木質纖維素等）、蛋白和(hé)脂肪等生物(wù)大(dà)分(fēn)子，必須先降解爲可(kě)溶性聚合物(wù)或者單體化合物(wù)才能(néng)被酸化菌群利用(yòng)。澱粉在澱粉酶作用(yòng)下被水(shuǐ)解成麥芽糖、葡萄糖和(hé)糊精。纖維素是由糖苦鍵結合成纖維二糖再聚合而成的(de)，在多種纖維素酶的(de)協同作用(yòng)下水(shuǐ)解成糖。
由于自然狀态下的(de)纖維素一般都(dōu)與木質素結合成高(gāo)度聚合狀态，以抵抗微生物(wù)的(de)分(fēn)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(wù)合成的(de)一種重要産物(wù)，它在蛋白酶作用(yòng)下肽鍵斷裂生成二肽和(hé)多肽，再生成各種氨基酸。脂肪首先在脂肪水(shuǐ)解酶的(de)作用(yòng)下水(shuǐ)解爲長鏈脂肪酸及甘油，甘油在甘油激酶催化下生成磷酸甘油，繼而被氧化爲磷酸二羟丙酮，再經異構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉化爲丙酮酸，最終進入糖酵解途徑實現徹底氧化及利用(yòng)。

2、酸化階段

産酸發酵過程是指将溶解性單體或二聚體形式的(de)有(yǒu)機物(wù)轉化爲以短鏈脂肪酸或醇爲主的(de)末端産物(wù)。這些水(shuǐ)解成的(de)單體會(huì)進一步被微生物(wù)降解成揮發性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化産物(wù)和(hé)氫、二氧化碳，并分(fēn)泌到(dào)細胞外。産酸菌是一類快速生長的(de)細菌，它們傾向于生産乙酸，這樣能(néng)獲取最高(gāo)的(de)能(néng)量以維持自身生長。末端産物(wù)組成取決于灰氧降解條件(jiàn)、底物(wù)種類和(hé)參與生化反應的(de)微生物(wù)種類同時氨基酸的(de)降解首先通過氧化還原氮反應實現脫氨基作用(yòng)，生成有(yǒu)機酸、氫氣及二氧化碳。

3、産氫産乙酸階段

該階段主要是将水(shuǐ)解産酸階段産生的(de)兩個(gè)碳以上(shàng)的(de)有(yǒu)機酸或醇類等物(wù)質，轉化爲乙酸等可(kě)爲甲烷菌直接利用(yòng)的(de)小(xiǎo)分(fēn)子物(wù)質的(de)過程。标準情況下，有(yǒu)機酸的(de)産氫産乙酸過程不能(néng)自發進行(xíng)，氫氣會(huì)抑制(zhì)此步反應的(de)進行(xíng)，降低系統的(de)氫分(fēn)壓有(yǒu)利于産物(wù)産生。如(rú)果氫分(fēn)壓超過大(dà)氣壓，有(yǒu)機酸濃度增大(dà)，甲烷産量受到(dào)抑制(zhì)。避免氫氣在此階段的(de)積累尤其重要。在厭氧過程中，氫分(fēn)壓的(de)降低必須依靠氫營養菌來完成。

4、甲烷化階段

産甲烷階段是由嚴格專性厭氧的(de)産甲烷細菌将乙酸、一碳化合物(wù)和(hé)H2、CO2等轉化爲CH4和(hé)CO2的(de)過程。大(dà)約的(de)甲烷來自于乙酸的(de)分(fēn)解，是由乙酸歧化菌通過代謝乙酸鹽的(de)甲基基團生成，剩下的(de)28%由CO2和(hé)H2合成。産甲烷細菌的(de)代謝速率一般較慢(màn)，對于溶解性有(yǒu)機物(wù)厭氧消化過程，産甲烷階段是整個(gè)厭氧消化工(gōng)藝的(de)限速。

水(shuǐ)解酸化與厭氧消化的(de)區别

從原理(lǐ)上(shàng)講，水(shuǐ)解(酸化)是厭氧消化過程的(de)第一、二兩個(gè)階段但(dàn)水(shuǐ)解(酸化)工(gōng)藝和(hé)厭氧消化追求的(de)目标不同，因此是截然不同的(de)處理(lǐ)方法。

水(shuǐ)解(酸化)系統中的(de)的(de)目的(de)主要是将原水(shuǐ)中的(de)非溶解态有(yǒu)機物(wù)轉變爲溶解态有(yǒu)機物(wù)，特别是工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)處理(lǐ)，主要是将其中難生物(wù)降解物(wù)質轉變爲易生物(wù)降解物(wù)質，提高(gāo)廢水(shuǐ)的(de)可(kě)生化性，以利于後續的(de)好氧生物(wù)處理(lǐ)。
考慮到(dào)後續好氧處理(lǐ)的(de)能(néng)耗問題，水(shuǐ)解(酸化)主要用(yòng)于低濃度難降解廢水(shuǐ)的(de)預處理(lǐ)。在混合厭氧消化系統中，水(shuǐ)解酸化是和(hé)整個(gè)消化過程有(yǒu)機地(dì)結合在一起，共處于一個(gè)反應器(qì)中，水(shuǐ)解、酸化的(de)目的(de)是爲混合厭氧消化過程中的(de)甲烷化階段提供基質。而兩相(xiàng)厭氧消化中的(de)産酸段(産酸相(xiàng))是将混合厭氧消化中的(de)産酸段和(hé)産甲烷段分(fēn)開(kāi)，以便形成各自的(de)最佳環境，同時，産酸相(xiàng)對所産生的(de)酸的(de)形态也(yě)有(yǒu)要求(主要爲乙酸)。
此外，廢水(shuǐ)中如(rú)含有(yǒu)高(gāo)濃度的(de)硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽時，這些物(wù)質及其轉化産物(wù)不僅對甲烷苗有(yǒu)毒，而且影響沼氣的(de)質量，也(yě)在産酸相(xiàng)中予以去除。因此，盡管水(shuǐ)解(酸化)一好氧處理(lǐ)工(gōng)藝中的(de)水(shuǐ)解(酸化)段、兩相(xiàng)法厭氧發酵工(gōng)藝中的(de)産酸相(xiàng)和(hé)混合厭氧消化工(gōng)藝中的(de)産酸過程均産生有(yǒu)機酸，但(dàn)由于三者的(de)處理(lǐ)目的(de)不同，各自的(de)運行(xíng)環境和(hé)條件(jiàn)存在著(zhe)明(míng)顯的(de)差異，主要表現在以下幾個(gè)方面：(1)Eh不同

在混合厭氧消化系統中，由于完成水(shuǐ)解、酸化的(de)微生物(wù)和(hé)産甲烷微生物(wù)共處于同一反應器(qì)中，整個(gè)反應器(qì)的(de)氧化還原電位Eh的(de)控制(zhì)必須首先滿足對Eh要求嚴格的(de)甲烷菌，一般爲一300mv以下，因此。系統中的(de)水(shuǐ)解(酸化)微生物(wù)也(yě)是在這一電位值下工(gōng)作的(de)。而兩相(xiàng)厭氧消化系統中，産酸相(xiàng)的(de)氧化還原電位一般控制(zhì)在一100mv一一300mv之間。據研究，水(shuǐ)解(酸化)一好氧處理(lǐ)工(gōng)藝中的(de)水(shuǐ)解(酸化)段爲——典型的(de)兼性過程，隻要置Eh控制(zhì)在＋50mv以下，該過程即可(kě)順利進行(xíng)。
(2)pH值不同

在混合厭氧消化系統中，消化液的(de)pH值控制(zhì)在甲烷菌生氏的(de)最佳pH範圍，一般爲6.8—7.2。而在兩相(xiàng)厭氧消化系統中，産酸相(xiàng)的(de)pH值一般控制(zhì)在6.0一6.5之間，pH降低時，盡管産酸的(de)速率增大(dà)，但(dàn)形成的(de)有(yǒu)機酸形态将發生變化，丙酸的(de)相(xiàng)對含量增大(dà)，而丙酸對後續的(de)甲烷相(xiàng)中的(de)産甲烷菌會(huì)産生強烈的(de)抑制(zhì)作用(yòng)。對于水(shuǐ)解(酸化)一好氧處理(lǐ)系統來說，由于後續處理(lǐ)爲好氧氧化，不存在丙酸的(de)抑制(zhì)問題，因此，控制(zhì)的(de)pH範圍也(yě)較寬，從而可(kě)獲得較高(gāo)的(de)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(gōng)藝對溫度的(de)控制(zhì)也(yě)不同，通常混合厭氧消化系統以及兩相(xiàng)厭氧消化系統的(de)溫度均嚴格控制(zhì)，要麽中溫消化(30一35℃)，要麽高(gāo)溫消化(50一55℃)。而水(shuǐ)解(酸化)一好氧處理(lǐ)工(gōng)藝中的(de)水(shuǐ)解(酸化)段對工(gōng)作溫度無特殊要求，通常在常溫下運行(xíng)，也(yě)可(kě)獲得較爲滿意的(de)水(shuǐ)解(酸化)效果。

影響水(shuǐ)解酸化的(de)主要因素
1、基質的(de)種類和(hé)形态

基質的(de)種類和(hé)形态對水(shuǐ)解(酸化)過程的(de)速率有(yǒu)著(zhe)重要影響。就多糖、蛋白質和(hé)脂肪三類物(wù)質來說，在相(xiàng)同的(de)操作條件(jiàn)下，水(shuǐ)解速率依次減小(xiǎo)。同類有(yǒu)機物(wù)，分(fēn)子量越大(dà)，水(shuǐ)解越困難，相(xiàng)應池水(shuǐ)解速率就越小(xiǎo)。比如(rú)，就糖類物(wù)質來說，二聚糖比三聚糖容易水(shuǐ)解；低聚糖比高(gāo)聚糖容易水(shuǐ)解。就分(fēn)子結構來說，直鏈比支鏈易于水(shuǐ)解；支鏈比環狀易于水(shuǐ)解；單環化合物(wù)比雜環或多環化合物(wù)易于水(shuǐ)解。

4.溫度水(shuǐ)解反應是一典型的(de)生物(wù)反應，因此，溫度變化對水(shuǐ)解反應的(de)影響符合一般的(de)生物(wù)反應規律，即在一定的(de)範圍内，溫度越高(gāo)，水(shuǐ)解反應的(de)速率越大(dà)。但(dàn)研究表明(míng)，當溫度在10一20℃之間變化時，水(shuǐ)解反應速率變化不大(dà)，由此說明(míng)，水(shuǐ)解微生物(wù)對低溫變化的(de)适應較強。

2、水(shuǐ)解液的(de)pH值

水(shuǐ)解液的(de)pH值主要影響水(shuǐ)解的(de)速率、水(shuǐ)解(酸化)的(de)産物(wù)以及污泥的(de)形态和(hé)結構。大(dà)量研究結果表明(míng)，水(shuǐ)解(酸化)微生物(wù)對pH值變化的(de)适應性較強，水(shuǐ)解過程可(kě)在pH值寬達3.5—10.0的(de)範圍内順利進行(xíng)，但(dàn)最佳的(de)pH值爲5.5—6.5。pH朝酸性方向或堿性方向移動時，水(shuǐ)解速率都(dōu)将減小(xiǎo)。水(shuǐ)解液pH值同時還影響水(shuǐ)解産物(wù)的(de)種類和(hé)含量。

3、水(shuǐ)力停留時間

水(shuǐ)力停留時間是水(shuǐ)解反應器(qì)運行(xíng)控制(zhì)的(de)重要參數之一。它對反應器(qì)的(de)影響，随著(zhe)反應器(qì)的(de)功能(néng)不同而不同。對于單純以水(shuǐ)解爲目的(de)的(de)反應器(qì)，水(shuǐ)力停留時間越長，被水(shuǐ)解物(wù)質與水(shuǐ)解微生物(wù)接觸時間也(yě)就越長，相(xiàng)應的(de)水(shuǐ)解效率也(yě)就越高(gāo)。一般爲3-4小(xiǎo)時。

4、溫度

水(shuǐ)解反應是一典型的(de)生物(wù)反應，因此，溫度變化對水(shuǐ)解反應的(de)影響符合一般的(de)生物(wù)反應規律，即在一定的(de)範圍内，溫度越高(gāo)，水(shuǐ)解反應的(de)速率越大(dà)。但(dàn)研究表明(míng)，當溫度在10一20℃之間變化時，水(shuǐ)解反應速率變化不大(dà)，由此說明(míng)，水(shuǐ)解微生物(wù)對低溫變化的(de)适應較強。

5、粒徑

粒徑是影響顆粒狀有(yǒu)機物(wù)水(shuǐ)解(酸化)速率的(de)重要因素之—粒徑越大(dà)，單位重量有(yǒu)機物(wù)的(de)比表面積越小(xiǎo)．水(shuǐ)解速率也(yě)就越小(xiǎo)。由于顆粒态有(yǒu)機物(wù)的(de)粒徑對水(shuǐ)解速率影響較大(dà)，因此，一些研究者建議，對含顆粒态有(yǒu)機物(wù)濃度較高(gāo)的(de)廢水(shuǐ)或污泥，在進入水(shuǐ)解反應器(qì)前可(kě)利用(yòng)泵或研磨機破碎，以減小(xiǎo)污染物(wù)的(de)粒徑，從而加快水(shuǐ)解反應的(de)進行(xíng)。

影響厭氧消化的(de)主要因素
1、溫度

在厭氧消化過程中，溫度的(de)範圍是很寬泛的(de)，從低溫到(dào)高(gāo)溫都(dōu)存在。例如(rú)北極下水(shuǐ)道中發現有(yǒu)極低溫度下存活的(de)甲烷菌。通常我們依據微生物(wù)活性把溫度範圍分(fēn)爲三類：一類是嗜寒的(de)，溫度範圍從10℃~20℃；—類是嗜溫的(de)，溫度範圍從20℃~45℃：，通常使用(yòng)37℃；一類是嗜熱(rè)的(de)，溫度範圍從50~65℃，通常是55℃。

2、碳氮比

碳氮比的(de)關系是指有(yǒu)機原料中總碳和(hé)總氮的(de)比例。厭氧消化過程中碳氮比是有(yǒu)最适範圍的(de)，一般是從20:1到(dào)30:1，既不能(néng)太高(gāo)也(yě)不能(néng)太低，否則都(dōu)會(huì)對厭氧發酵過程産生影響。不合适的(de)碳氮比會(huì)造成大(dà)量的(de)氨态氮的(de)釋放(fàng)或是揮發性脂肪酸的(de)過度累積，而氨态氮和(hé)揮發性脂肪酸都(dōu)是厭氧消化中重要的(de)中間産物(wù)，不合适的(de)濃度都(dōu)會(huì)抑制(zhì)甲烷發酵過程。

3、酸堿度

pH值是反映水(shuǐ)相(xiàng)體系中酸濃度的(de)重要指标之一。厭氧發酵菌尤其是産甲烷菌對反應體系中的(de)酸濃度是極爲敏感的(de)。較低pH值條件(jiàn)下，甲烷菌的(de)生長就會(huì)受到(dào)抑制(zhì)。許多研究者已經研究厭氧消化中不同階段的(de)最佳pH值。甲烷菌的(de)最佳pH值是7.20左右。

4、有(yǒu)機負荷量

有(yǒu)機負荷是指消化反應器(qì)單位容積單位時間内所承受的(de)揮發性有(yǒu)機物(wù)量，它是消化反應器(qì)設計(jì)和(hé)運行(xíng)的(de)重要參數。有(yǒu)機負荷的(de)高(gāo)低與處理(lǐ)物(wù)料的(de)性質、消化溫度、所采用(yòng)的(de)工(gōng)藝等有(yǒu)關。研究表明(míng)，對于處理(lǐ)蔬菜、水(shuǐ)果、廚餘等易降解的(de)有(yǒu)機垃圾，有(yǒu)機負荷一般爲1～6.8kg VS/(m3·d)。