生活污水处理设备产生的污泥厌氧消化的机理

污泥厌氧消化是个极其复杂的过程。目前对污泥厌氧消化过程比较流行的描述有污泥厌氧消化“两阶段理论”、“三阶段理论”和“四阶段理论”。

① 污泥厌氧消化两阶段理论[18]

1936 年 Barker 提出了沼气发酵两阶段理论[19]。该理论认为发酵分为产酸阶段和产甲烷阶段：产酸阶段的作用是产酸细菌或者发酵细菌将大分子有机物和不溶性有机物水解为脂肪酸、醇类、H2、CO2 等；产甲烷阶段是产甲烷菌利用发酵产酸阶段的有机酸产生 CO2 产生 CH4。图 1.2 为厌氧消化两阶段理论图示：

② 污泥厌氧消化三阶段理论[18]

1967 年 Bryant 提出了污泥厌氧消化三阶段理论[20]。该理论认为厌氧过程主要依靠水解产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌这三大主要类群的细菌完成，因此可将厌氧消化过程划分为水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段三个连续的阶段。

在水解、发酵阶段水解产酸菌将有机物水解为脂肪酸和醇类；产氢产乙酸阶段，产氢产乙酸菌将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2 和 CO2；产甲烷阶段产甲烷菌利用乙酸和 H2、CO2 产生 CH4。一般认为，在厌氧消化过程中， 有 70%的 CH4 产自乙酸的分解，其余的则产自 H2 和 CO2。图 1.3 为厌氧反应三阶段理论和四类群理论：

③ 污泥厌氧消化四阶段理论[18]

污泥厌氧消化四阶段理论认为参与厌氧消化的微生物被分为五大类[21]：水解酸化细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌、耗氢产甲烷菌和耗乙酸产甲烷菌。

与三阶段理论相比，四阶段理论增加了同型产乙酸菌，该菌种的作用是将产氢产乙酸菌产生的 H2、CO2 合成乙酸。实际研究表明给该阶段合成的乙酸只占总乙酸量的 5%左右。图 1.4 为污泥厌氧消化四阶段理论：

④ 污泥厌氧消化微生物学原理[18]

根据污泥厌氧消化三阶段理论，不同的微生物参与了不同的阶段，这也揭示了污泥厌氧消化的阶段性和连续性。参与污泥厌氧消化的微生物主要有以下种类：

1）发酵细菌

发酵细菌大多数为专性厌氧菌也有一些兼性厌氧菌。按照代谢类型可以分为纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。发酵细菌主要有两个功能：一是水解作用，即在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；二是酸化作用，即将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇等。