生活污水處理設備產(chǎn)生的污泥厭氧消化的機理

污泥厭氧消化是個極其復雜的過程。目前對污泥厭氧消化過程比較流行的描述有污泥厭氧消化“兩階段理論”、“三階段理論”和“四階段理論”。

① 污泥厭氧消化兩階段理論[18]

1936 年 Barker 提出了沼氣發(fā)酵兩階段理論[19]。該理論認為發(fā)酵分為產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)酸階段的作用是產(chǎn)酸細菌或者發(fā)酵細菌將大分子有機物和不溶性有機物水解為脂肪酸、醇類、H2、CO2 等；產(chǎn)甲烷階段是產(chǎn)甲烷菌利用發(fā)酵產(chǎn)酸階段的有機酸產(chǎn)生 CO2 產(chǎn)生 CH4。圖 1.2 為厭氧消化兩階段理論圖示：

② 污泥厭氧消化三階段理論[18]

1967 年 Bryant 提出了污泥厭氧消化三階段理論[20]。該理論認為厭氧過程主要依靠水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌這三大主要類群的細菌完成，因此可將厭氧消化過程劃分為水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段三個連續(xù)的階段。

在水解、發(fā)酵階段水解產(chǎn)酸菌將有機物水解為脂肪酸和醇類；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙酸、H2 和 CO2；產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和 H2、CO2 產(chǎn)生 CH4。一般認為，在厭氧消化過程中， 有 70%的 CH4 產(chǎn)自乙酸的分解，其余的則產(chǎn)自 H2 和 CO2。圖 1.3 為厭氧反應三階段理論和四類群理論：

③ 污泥厭氧消化四階段理論[18]

污泥厭氧消化四階段理論認為參與厭氧消化的微生物被分為五大類[21]：水解酸化細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)甲烷菌和耗乙酸產(chǎn)甲烷菌。

與三階段理論相比，四階段理論增加了同型產(chǎn)乙酸菌，該菌種的作用是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)生的 H2、CO2 合成乙酸。實際研究表明給該階段合成的乙酸只占總乙酸量的 5%左右。圖 1.4 為污泥厭氧消化四階段理論：

④ 污泥厭氧消化微生物學原理[18]

根據(jù)污泥厭氧消化三階段理論，不同的微生物參與了不同的階段，這也揭示了污泥厭氧消化的階段性和連續(xù)性。參與污泥厭氧消化的微生物主要有以下種類：

1）發(fā)酵細菌

發(fā)酵細菌大多數(shù)為專性厭氧菌也有一些兼性厭氧菌。按照代謝類型可以分為纖維素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等。發(fā)酵細菌主要有兩個功能：一是水解作用，即在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物；二是酸化作用，即將可溶性大分子有機物轉化為脂肪酸、醇等。