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 提出了沼氣發酵兩階段理論[19]。該理論認為發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的階段。


在水解、發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性。參與污泥厭氧消化的微生物主要有以下種類:


1)發酵細菌


發酵細菌大多數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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