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1 厌氧消化的原理

厌氧消化基本原理形成经历了酸碱发酵、三阶段、四种群等理论阶段。

1930年Buswell、Neave对有机物厌氧消化过程的认识延续了Thumm、Reichie(1914年)与Imhoff(1916年)酸性发酵和碱性发酵两阶段理论。

在两阶段理论基础上，M.P.Bryant(1979年)完善形成了三阶段理论，即水解发酵、产氢产乙酸、产甲烷三个阶段。研究认为水解发酵是将复杂有机物在水解发酵菌胞外酶作用下转化成有机酸和醇类，产氢产乙酸阶段是产氢产乙酸菌将有机酸和醇类等水解发酵中间产物转化为H2、CO2和乙酸，在产甲烷阶段是产甲烷菌将由前两阶段产物转化为CH4。

J.G.Zeikus(1979年)则进一步把参与复杂有机物厌氧消化产甲烷过程的微生物分为四种群，即是：水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌。一般认为，四种群微生物又可以分为两大类，即产酸细菌和产甲烷菌。相应也把厌氧消化产甲烷过程分为了产酸阶段和产甲烷阶段。在产酸阶段参与复杂有机物降解的主要为水解发酵细菌，这类细菌的特点主要为：种类多，新陈代谢能力强、倍增时间短、对环境(温度、pH、有毒有害或抑制物等)适应性很强。在产甲烷阶段将产酸阶段代谢产物甲烷化的细菌主要是产甲烷细菌，特点：相对种类少，能利用的代谢产物有限，倍增时间很长，同样对环境因素要求也较高。

2 厌氧消化的分类

厌氧消化根据反应温度、运行形式、污泥含固率等不同有多种分类方法。

(1)反应温度

根据厌氧消化的温度不同，主要分为中温(33-35 ℃左右)、高温(50-55 ℃左右)消化形式。其中高温消化基于温度高的条件，具有消化速率高、污泥处理负荷高、反应容器小等优势。但高温导致高能耗、高成本的缺点，在实际应用中我国以中温消化为主。

(2)运行形式

根据厌氧消化的运行形式不同，分为两级消化和两相消化。其中两级消化是把消化池分为两级，第一级消化池设有加热、搅拌设备，出于节省能量、消化时间与产气量关系的角度出发，污泥在第一级消化池内被降解后，送入第二级消化池。第二级消化池不设加热与搅拌设备，依靠余热继续消化。由于不设搅拌设备，在第二级消化池，污泥成层沉淀的作用兼有污泥浓缩的功能。而两级消化是基于产酸菌与产甲烷菌对生存环境因素的要求不同，设置两个独立的反应器，分别进行产酸阶段和产甲烷阶段反应，减少产酸阶段对产甲烷菌的抑制影响。提高了污泥处理负荷和产气效率。

(3)污泥含固率

根据厌氧消化处理污泥的含固率不同，分为干发酵和湿发酵。其中湿发酵的含固率一般为4~10%，具有启动快，工艺成熟等优点，是目前厌氧消化主流工艺。但存在反应容器大，设备投资造价高、发酵产物固液分离困难等不足。干发酵的含固率一般为20~30%。

具有产气率高、能耗低、设备投资造价低、运行简单等优点。厌氧干发酵和厌氧湿发酵在生化反应本质上是相同的，主要是厌氧和兼性厌氧微生物在厌氧环境下分解有机物产生沼气的过程，包括水解、酸化、乙酰化和甲烷化等反应阶段。鉴于厌氧湿发酵和厌氧干发酵在生化过程上的相似性，并考虑到酸化产物对产甲烷细菌强烈的抑制作用，Ghosh于1983年提出两阶段(酸化阶段和产甲烷阶段)厌氧干发酵模式，在酸化阶段完成对底物的水解酸化，把大分子物质降解成挥发性脂肪酸(VFA)如乙酸、丙酸、丁酸等，这些酸性物质的积累会抑制产甲烷菌的代谢活性和生长繁殖，因此，当酸化阶段完成后"需要对发酵体系总酸含量进行调节，并将其转移至产甲烷反应器中完成产甲烷过程。但是Shankaranand在实践中发现，干发酵与湿发酵之间存在很大差异，这主要是由底物存在状态的差异引起的。在干发酵中，底物是以不流动的固态存在，并且存在严重的异质性，尽管在发酵过程中存在渗出液的渗漏，但这种渗漏仅发生在局部，各种中间代谢产物和微生物的交流受到严重限制;在湿发酵中，底物在发酵过程中不断地搅拌混合，各种中间代谢产物和微生物在底物层中分布均匀。

原标题：污泥处理与处置最全解析附赠污泥堆肥工艺流程

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