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水解酸化與厭氧消化是最常見的細菌厭氧代謝的應用，兩者有什么異同點，本文將具體進行介紹。

一、厭氧的四階段理論

1、水解階段

水解過程是指復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單體或二聚體。微生物無法直接代謝碳水化合物（如淀粉、木質纖維素等）、蛋白和脂肪等生物大分子，必需先降解為可溶性聚合物或者單體化合物才可以被酸化菌群應用。淀粉在淀粉酶作用下被降解成麥芽糖、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖苦鍵聯合成纖維二糖再聚合而成的，在多種纖維素酶的協(xié)同作用下水解成糖。由于自然狀態(tài)下的纖維素通常都與木質素聯合成高度聚合狀態(tài)，以抵御微生物的降解，所以纖維素降解是沼氣發(fā)酵限速步驟之一。蛋白質是植物合成的一種重要產物，它在蛋白酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪首先在脂肪水解酶的作用下水解為長鏈脂肪酸及甘油，甘油在甘油激酶催化下生成憐酸甘油，繼而被氧化為憐酸二輕丙酮，再經異構化生成磷酸甘油酸，經糖酵解途徑轉化為丙酮酸，最終進入糖酵解途徑完成徹底氧化及應用。

2、酸化階段

產酸發(fā)酵過程是指將溶解性單體或二聚體方式的有機物轉化為以短鏈脂肪酸或醇為主的末端產物。這些水解成的單領會進一步被微生物降解成揮發(fā)性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化產物和氫、二氧化碳，并分泌到細胞外。產酸菌是一類快速生長的細菌，它們傾向于產生乙酸，這樣能獲取最高的能量以維持本身生長。末端產物組成取決于灰氧降解條件、底物品種和參與生化反響的微生物品種同時氨基酸的降解首先經過氧化復原氮反響完成脫氨基作用，生成有機酸、氫氣及二氧化碳。

3、產氫產乙酸階段

該階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質，轉化為乙酸、和等可為甲烷菌直接應用的小分子物質的過程。規(guī)范狀況下，有機酸的產氫產乙酸過程不能自發(fā)實行，氫氣會抑止此步反響的實行，降低系統(tǒng)的氫分壓有利于產物產生。假如氫分壓超越大氣壓，有機酸濃度增大，甲烷產量遭到抑止。防止氫氣在此階段的積聚特別重要。在厭氧過程中，氫分壓的降低必需依托氫營養(yǎng)菌來完成。

4、甲烷化階段

產甲烷階段是由嚴格專性厭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。大約的甲烷來自于乙酸的合成，是由乙酸歧化菌經過代謝乙酸鹽的甲基基團生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產甲烷細菌的代謝速率通常較慢，關于溶解性有機物厭氧消化過程，產甲烷階段是整個厭氧消化工藝的限速。

二、水解(酸化)池與厭氧消化的區(qū)別

從原理上講，水解(酸化)是厭氧消化過程的第一、二兩個階段，但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求的目的不同，因而是截然不同的處置辦法。

水解(酸化)系統(tǒng)中的的目的主要是將原水中的非溶解態(tài)有機物轉變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機物，特別是工業(yè)廢水處理，主要是將其中難生物降解物質轉變?yōu)橐咨锝到馕镔|，提升廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處置。綜合考量后續(xù)好氧處置的能耗問題，水解(酸化)主要用于低濃度難降解廢水的預處置。在混合厭氧消化系統(tǒng)中，水解酸化是和整個消化過程有機地結合在一塊兒，共處于一個反響器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將混合厭氧消化中的產酸段和產甲烷段分開，以便構成各自的最佳環(huán)境，同時，產酸相對所產生的酸的形態(tài)也有請求(主要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸盆、亞硫酸鹽時，這些物質及其轉化產物不只對甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質量，也在產酸相中予以去除。因而，雖然水解(酸化)一好氧處置工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發(fā)酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化工藝中的產酸過程均產生有機酸，但由于三者的處置目的不同，各自的運轉環(huán)境和條件存在著明顯的差別，主要表如今以下幾個方面：

1、Eh不同

在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產甲烷微生物共處于同一反響器中，整個反響器的氧化復原電位Eh的控制必需首先滿足對Eh請求嚴的甲烷菌，通常為一300mV以下，因而。系統(tǒng)中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產酸相的氧化復原電位普通控制在一100mV逐個300mV之間。據研討，水解(酸化)一好氧處置工藝中的水解(酸化)段為——典型的兼性過程，只需置Eh控制在＋50mv以下，該過程即可順利實行。

2、pH值不同

在混合厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生氏的最佳pH范圍，通常為6．8—7．2。而在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產酸相的pH值通常控制在6．o一6．5之間，pH降低時，雖然產酸的速率增大，但構成的有機酸形態(tài)將產生變化，丙酸的相對含量增大，而丙酸對后續(xù)的甲烷相中的產甲烷菌會產生激烈的抑止作用。關于水解(酸化)一好氧處置系統(tǒng)來說，由于后續(xù)處置為好氧氧化，不存在丙酸的抑止問題，因而，控制的pH范圍也較寬，從而可取得較高的水解(酸化)速率，通常pH維持在5．5—6．5之間。

3、溫度不同

三種工藝對溫度的控制也不同，通常混合厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴厲控制，要么中溫消化(30一35oC)，要么高溫消化(50一55oC)。而水解(酸化)一好氧處置工藝中的水解(酸化)段對工作溫度無特殊請求，通常在常溫下運轉，也可取得較為稱心的水解(酸化)效果。

三、影響水解(酸化)過程的主要要素

1、基質的品種和形態(tài)

基質的品種和形態(tài)對水解(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，水解難度越大，相應池水解速率就越小。例如，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解。就分子構造來說，直鏈比支鏈易于水解；支鏈比環(huán)狀易于水解；單環(huán)化合物比雜環(huán)或多環(huán)化合物易于水解。

2、水解液的pH值

水解液的pH值主要影響水解的速率、水解(酸化)的產物以及污泥的形態(tài)和構造。大量研討結果標明，水解(酸化)微生物對pH值變化的順應性較強，水解過程可在pH值寬達3.5—10.0的范圍內順利停止，但最佳的pH值為5．5—6．5。pH朝酸性方向或堿性方向挪動時，水解速率都將減小。水解液pH值同時還影響水解產物的品種和含量。

3、水力停留時間

水力停留時間是水解反響器運轉控制的重要參數之一。它對反響器的影響，隨著反響器的功用不同而不同。關于單純以水解為目的的反響器，水力停留時間越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越長，相應地水解效率也就越高。普通為3-4小時。

4、溫度

水解反響是一典型的生物反應，因而．溫度變化對水解反響的影響遵守普通的生物反響規(guī)律，即在一定的范圍內，溫度越高，水解反響的速率越大。但研討標明，當溫度在10一20 oC之間變化時，水解反響速率變化不大，由此闡明，水解微生物對低溫變化的順應較強。

5、粒徑

粒徑是影響顆粒狀有機物水解(酸化)速率的重要要素之—，粒徑越大，單位重量有機物的比外表積越?。馑俾室簿驮叫　Ｓ捎陬w粒態(tài)有機物的粒徑對水解效率影響較大，因而，一些研討者倡議，對含顆粒態(tài)有機物濃度較高的廢水或污泥，在進入水解反響器前可應用泵或研磨機破碎，以減小污染物的粒徑，從而加快水解反響的實行。

四、影響厭氧消化的主要要素

1、溫度

在厭氧消化過程中，溫度的范圍是很廣泛的，從低溫到高溫都存在。例如北極下水道中發(fā)現有極低溫度下存活的甲烷菌。通常我們根據微生物活性把溫度范圍分為三類：一類是嗜寒的，溫度范圍從10℃~20℃；—類是嗜溫的，溫度范圍從20℃~45℃，通常在37℃；一類是嗜熱的，溫度范圍從50~65℃，通常是55℃。

2、碳氮比

碳氮比的關系是指有機原料中總碳和總氮的比例。厭氧消化過程中碳氮比是有最適范圍的，普通是從20:1到30:1，既不能太高也不能太低，否則都會對厭氧發(fā)酵過程產生影響。不適宜的碳氮比會形成大量的氨態(tài)氮的釋放或是揮發(fā)性脂肪酸的過度累積，而氨態(tài)氮和摔發(fā)性脂脅酸郁是厭氧消化中重要的中間產物，不適宜的濃度都會抑止甲烷發(fā)酵過程。

3、酸堿度

pH值是反映水相體系中酸濃度的重耍指標之一。厭氧發(fā)酵菌特別是產甲烷菌對反響體系中的酸濃度是極為敏感的。較低pH值條件下，甲烷菌的生長就會遭到抑止。許多研討者己經研討厭氧消化中不同階段的最佳pH值。甲烷菌的最佳pH值是7.20左右。

4、有機負荷量

有機負荷是指消化反響器單位容積單位時間內所接受的揮發(fā)性有機物量，它是消化反響器設計和運轉的重要參數。有機負荷的上下與處置物料的性質、消化溫度、所采用的工藝等有關。研討標明，關于處置蔬菜、水果、廚余等易降解的有機渣滓，有機負荷普通為1～6.8kg VS/(m3·d)。