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厌氧生物处理的反应过程

  早期的厌氧生物处理研究都针对污泥消化,即在无氧的条件下,在无氧条件下厌氧池内需设置穿孔曝气管或一定量的微孔曝气器,溶解氧不超过1mg/L,避免发生氧化状态,达到充分混合目的,然后由兼性厌氧细菌及专性厌氧细菌降解有机物使污泥得到稳定,其最终产物是二氧化碳和甲烷气(或称污泥气、消化气)等。所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。
  污泥的厌氧处理面对的是固态有机物,所以称为消化。对批量污泥静置考察,可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化,称液化阶段;接着降解产物气化,称气化阶段;整个过程历时半年以上。第一阶段最显著的特征是液态污泥的pH迅速下降,不到10d即可降到最低值(即使在室温下,露在空气中的食物几天内就变馊发酸),这是因为污泥中的固态有机物主要是天然高分子化合物,如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等,在无氧环境中降解时,转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和CO2、H2、NH、H2S等气体分子,由于转化产物中有机酸是主体,因此才会发生pH迅速下降的现象。所以,此阶段常被称为“酸化阶段”。酸化阶段产生的气体大多溶解在泥液中,其中NH,溶解产物NH, . H,0有中和作用,经过长时间的酸化阶段,pH回升后,进人气化阶段。气化阶段产生的气体称为“消化气”,主要成分是CH,因此气化阶段常被称为“甲烷化阶段”。与酸化阶段相应,甲烷化阶段中产生CO2的量也相当多,还有微量H,S。参与消化的细菌,酸化阶段的统称产酸或酸化细菌,几乎包括所有的兼性厌氧细菌;甲烷化阶段的统称产甲烷菌。截至2001年,分离到的产甲烷菌已达到78个种。
  根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果,认为两阶段理论不够完善,提出了三阶段理论(如图15-1所示)。该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸.H2/CO2和甲醇等以外的有机酸和醇类,长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸H2和CO2等后,才能被产甲烷菌利用。
  三阶段理论包括:
  第一阶段为水解发酵阶段。在该阶段,复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下,首先被分解成简单的有机物,如纤维素经水解转化成较简单的糖类;蛋白质转化成较简单的氨基酸;脂类转化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵菌主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。
  第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段,产氢产乙酸菌把除乙酸、甲烷、甲醇以外的第-阶段产生的中间产物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢,并有CO2产生。
第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段中,产甲烷菌把第阶段 和第二阶段产生的乙酸、H,和CO2等转化为甲烷。
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