环保工艺之——厌氧技术的基本原理及污染物的厌氧降解过程（一）

厌氧消化是一个复杂的生物学过程，在自然界内厌氧发酵过程也广泛存在着。在厌氧条件下，在有水的地方，有机物很容易发生厌氧消化，厌氧消化的代表性产物为甲烷和硫化氢。厌氧微生物，即为能在无氧条件下分解有机物的微生物。它们在地球上的分布是十分广泛的。其中包括人和动物的肠胃、植物的木质组织、海底、湖底、塘底和江湾的沉积物，以及各种污泥、沼泽、粪坑和稻田土壤中，都有不同数量的厌氧微生物存在。人们所开发的厌氧消化处理工艺，则是用人工的办法在一种反应器内创造厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，使设备内积累高浓度的厌氧微生物，以加速厌氧发酵过程，使人工厌氧发酵的速度大大超过自然界中自发的厌氧发酵。在废水的厌氧处理过程中，废水中的有机物经微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响、相互制约，形成复杂的生态系统。一般有机废水中的污染物为高分子有机物，这些有机物在废水中以溶解性、悬浮物或胶体的形式存在。高分子有机污染物的厌氧降解的过程可划分为四个阶段，污染物厌氧降解过程示意图见图：

一、水解阶段

水解定义为复杂的非溶解性的聚合糖被转化为简单的溶解性单糖或二聚糖的过程。高分子有机物因相对分子质量较大，不能透过细胞膜，因此不可能被细菌直接利用，所以水解过程通常较缓慢，被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。

多种因素可能影响水解的速度与水解的程度，一般包括：水解温度；有机质在反应器内的停留时间；有机质的组成，例如木质素、碳水化合物、蛋白质与脂肪的质量分数；有机质颗粒的大小；pH值；氨的浓度：水解产物的浓度(例如挥发性脂肪酸)。

二、发酵(或酸化)阶段

发酵定义为有机化合物既是电子受体也是电子供体的生物降解过程(自身氧化还原反应)，在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的产物。因此这一过程也称之为酸化。在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌(即酸化菌)的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(VFA)、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。在此阶段中，脂肪酸发酵会产生氢气，因此这一反应的顺利进行，必须依赖于消耗氢的产甲烷过程以便使氢浓度维持在较低水平。此外，脂肪酸的降解能使pH下降，因此在反应系统中应当有足够的缓冲能力。在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程在pH下降到4时仍可以进行，例如在青饲料的熟化中人们即利用了这一特性。但是产甲烷过程的最佳pH值在6.5～7.5间，因此pH值的下降将会减少甲烷生成和氢的消耗，并进一步引起酸化产物组成的改变。一些产物例如丙酸会大量生成。产乙酸菌没有足够的能力克服这种改变，甲烷菌活力的下降又进一步加剧了酸的积累，使pH值进一步下降。厌氧降解过程因之恶化，严重时可使甲烷的形成完全中止。