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水解酸化与厌氧消化的区别是什么

一、无氧四阶段理论

1.水解阶段

水解是指复杂的固体有机物在水解酶的作用下转化为简单的可溶性单体或二聚体。微生物不能直接代谢碳水化合物(如淀粉、木质纤维素等。)、蛋白质、脂肪等生物大分子。在被酸化菌群利用之前，它们必须被降解成可溶性聚合物或单体化合物。淀粉被淀粉酶水解成麦芽糖、葡萄糖和糊精。纤维素由纤维二糖通过糖的苦键合成然后聚合，在多种纤维素酶的协同作用下水解成糖。纤维素降解是沼气发酵的限速步骤之一，因为自然状态下的纤维素一般与木质素结合形成高度聚合状态，以抵抗微生物分解。蛋白质是植物合成的重要产物。在蛋白酶的作用下，肽键断裂产生二肽和多肽，进而产生各种氨基酸。首先，脂肪在脂肪水解酶的作用下水解成长链脂肪酸和甘油。甘油被甘油激酶催化，然后氧化成甘油磷酸，甘油磷酸异构化成甘油磷酸，甘油磷酸通过糖酵解途径转化成丙酮酸。最后进入糖酵解途径进行完全氧化利用。

2.酸化阶段

产酸发酵是指将可溶性单体或二聚体形式的有机物转化为主要由短链脂肪酸或醇类组成的终产物。这些水解的单体将被微生物进一步降解成酸化产物，例如挥发性脂肪酸、乳酸、醇和氨以及氢气和二氧化碳，它们将被分泌到细胞外。产酸菌是一种快速生长的细菌。它们倾向于产生乙酸，乙酸可以获得更高的能量来维持它们的生长。产物的最终组成取决于灰分和氧的降解条件、底物的类型和参与生化反应的微生物的类型。同时，氨基酸的降解首先通过氧化还原氮反应实现脱氨，生成有机酸、氢气和二氧化碳。

3.氢气和乙酸生产阶段

这个阶段主要是将产酸阶段产生的有机酸或碳数超过两个的醇类通过水解转化为乙酸、醋酸等可被产甲烷菌直接利用的小分子物质的过程。在标准条件下，有机酸制氢和产乙酸的过程不能自发进行，氢气会抑制该反应的进行。降低系统中氢气的分压有利于产品的生产。如果氢气的分压超过大气压，有机酸的浓度将增加，甲烷的产生将受到抑制。在这一阶段，避免氢气的积聚尤为重要。在厌氧过程中，氢分压的降低必须由氢营养细菌来完成。

4.甲烷化阶段

产甲烷阶段是指乙酸、碳化合物、H2和CO2被严格专性厌氧产甲烷菌转化为CH4和CO2的过程。约20%的甲烷来自乙酸的分解，由乙酸歧化细菌代谢乙酸的甲基产生，其余28%由CO2和H2合成。产甲烷菌的代谢速率一般较慢。对于溶解性有机物的厌氧消化过程，产甲烷阶段是整个厌氧消化过程的限速。

二、水解(酸化)池与厌氧消化的区别

原则上，水解(酸化)是厌氧消化的一个或两个阶段。但是水解(酸化)和厌氧消化的目标不同，所以是完全不同的处理方法。

水解(酸化)系统的目的主要是将原水中的不溶性有机物转化为溶解性有机物，特别是工业废水处理，主要是将难降解物质转化为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。考虑到后续好氧处理的能耗，水解(酸化)主要用于低浓度难降解废水的预处理。在混合厌氧消化系统中，水解和酸化与整个消化过程有机地结合在一起，在同一个反应器中。水解和酸化的目的是为混合厌氧消化工艺中的甲烷化阶段提供底物。两相厌氧消化中，产酸段(产酸相)将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开，形成各自更好的环境。同时，产酸相也需要所产生的酸的形式(主要是乙酸)。此外，如果废水中含有高浓度的硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盆和亚硫酸盐，这些物质及其转化产物不仅对甲烷幼苗有毒，而且影响沼气质量，在产酸阶段也被去除。因此，虽然水解(酸化)-好氧处理工艺中的水解(酸化)阶段、两相厌氧发酵工艺中的产酸阶段和混合厌氧消化工艺中的产酸过程都产生有机酸，但由于处理目的不同，它们各自的运行环境和条件明显不同，主要表现在以下几个方面:

1.呃不一样。

在混合厌氧消化系统中，由于完成水解酸化的微生物与产甲烷微生物同在一个反应器中，整个反应器的氧化还原电位Eh的控制首先要满足对Eh有严格要求的产甲烷菌，一般小于300mV，因此。系统中的水解(酸化)微生物也在这个潜在值下工作。但在两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在100mv-300mv之间。据研究，水解(酸化)-好氧处理工艺中的水解(酸化)阶段是典型的兼氧过程，只要Eh控制在++50mv以下，就可以顺利进行。

2.不同的pH值

在混合厌氧消化系统中，消化液的pH值控制在产甲烷菌的良好pH范围内，一般为6.8-7.2。但在两相厌氧消化系统中，产酸相的pH值一般控制在6之间。o和6.5。当pH降低时，虽然产酸速率增加，但形成的有机酸形态会发生变化，丙酸的相对含量增加，而丙酸对后续甲烷相中的产甲烷菌有强烈的抑制作用。对于水解(酸化)-好氧处理系统，由于后续处理为好氧氧化，不存在丙酸抑制的问题，控制的pH范围也较宽，因此可以获得较高的水解(酸化)率。通常，pH值保持在5.5至6.5之间。

3.不同的温度

三个过程的温度控制也不同。通常，混合厌氧消化系统和两相厌氧消化系统的温度是严格控制的，要么是中温(30-35oC)，要么是高温(50-55oC)。而水解(酸化)-好氧处理工艺中的水解(酸化)阶段对工作温度没有特殊要求，通常在室温下操作，也能获得满意的水解(酸化)效果。

三。影响水解(酸化)过程的主要因素

1.基底的类型和形式

底物的类型和形态对水解(酸化)的速率有重要影响。对于多糖、蛋白质和脂肪，在相同的操作条件下，水解率依次降低。同种有机物分子量越高，越难水解，相应塘的水解率越低。例如，就糖而言，二聚体比三聚体更容易水解；低聚糖比低聚糖更容易水解。就分子结构而言，直链比支链更容易水解；支链比环更容易水解；单环化合物比杂环或多环化合物更容易水解。

2.水解产物的pH值

水解液的pH值主要影响水解速率、水解(酸化)产物以及污泥的形态和结构。大量研究结果表明，水解(酸化)微生物对pH变化的适应性很强，在pH值下水解过程可宽至3。5—10。0，但较好的pH值为5.5—6.5。当pH向酸性或碱性方向移动时，水解速率会降低。同时，水解液的pH值也影响水解液的种类和含量。

3.水力停留时间

水力停留时间是水解反应器运行控制的重要参数之一。它对反应堆的影响因反应堆的功能而异。对于仅用于水解目的的反应器，水力停留时间越长，水解物质和水解微生物之间的接触时间越长，因此水解效率越高。一般3-4小时。

4.温度

水解反应是典型的生物逆反应，因此温度变化对水解反应的影响符合一般生物反应规律，即在一定范围内，温度越高，水解反应速率越大。但研究表明，当温度在10-20℃之间变化时，水解反应速率变化不大，说明水解微生物对低温变化的适应性更强。

5.粒度

粒径是影响颗粒有机物水解(酸化)速率的重要因素之一——粒径越大，单位重量有机物的比表面积越小，水解速率越低。由于颗粒有机物的粒径对水解速率和效率有很大影响，有研究者建议，颗粒有机物浓度高的废水或污泥在进入水解反应器前，可以用泵或粉碎机进行粉碎，以减小污染物的粒径，加快水解反应。

四、影响厌氧消化的主要因素

1.温度

在厌氧消化过程中，温度范围很广，从低温到高温都有。例如，在北极下水道中发现了生活在非常低温度下的产甲烷菌。我们通常根据微生物活性把温度范围分为三类:一类是嗜冷的，温度范围是10℃到20℃；—ⅰ类为中温型，温度范围为20℃-45℃；一般为37℃；一种是嗜热性的，温度在50℃到65℃之间，通常是55℃。

2.碳氮比

碳氮比关系是指有机原料中总碳与总氮的比值。厌氧消化过程中碳氮比处于最佳范围，一般为20:1 ~ 30:1，不能过高也不能过低，否则会影响厌氧发酵过程。不合适的C/N比会造成氨氮的大量释放或挥发性脂肪酸的过量积累，而氨氮和挥发性脂肪酸是厌氧消化的重要中间产物，不合适的浓度会抑制甲烷发酵。

3.ph值

PH值是反映水体系中酸浓度的重复性指标之一。厌氧发酵细菌，尤其是产甲烷菌，对反应体系中的酸浓度极其敏感。在较低的pH值下，产甲烷菌的生长会受到抑制。许多研究者研究了厌氧消化不同阶段的较佳pH值。产甲烷菌较好的pH值为7。20左右。

4.有机负荷量

有机负荷是指消化反应器单位体积和单位时间内挥发性有机物的量，是消化反应器设计和运行中的重要参数。有机负荷与被处理材料的性质、消化温度和所采用的技术有关。研究表明，对于蔬菜、水果、餐厨垃圾等易降解有机废物的处理，有机负荷一般为1 ~ 6。8千克VS/(立方米·天).

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