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生活污水處理設備產生的污泥厭氧消化的機理

 生活污水處理設備產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)酵分為產酸階段和產甲烷階段:產酸階段的作用是產酸細菌或者發(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;產甲烷階段是產甲烷菌利用發(fā)酵產酸階段的有機酸產生 CO2 產生 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酸菌、產氫產乙酸菌和產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、產氫產乙酸階段和產甲烷階段三個連續(xù)的階段。


在水解、發(fā)酵階段水解產酸菌將有機物水解為脂肪酸和醇類;產氫產乙酸階段,產氫產乙酸菌將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙酸、H2 和 CO2;產甲烷階段產甲烷菌利用乙酸和 H2、CO2 產生 CH4。一般認為,在厭氧消化過程中, 有 70%的 CH4 產自乙酸的分解,其余的則產自 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、產氫產乙酸菌、同型產乙酸菌、耗氫產甲烷菌和耗乙酸產甲烷菌。


與三階段理論相比,四階段理論增加了同型產乙酸菌,該菌種的作用是將產氫產乙酸菌產生的 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。


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