厭氧發(fā)酵的基本理論與影響因素

　　在制藥、造紙、食品、釀酒等工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢水。工業(yè)廢水的厭氧發(fā)酵處理是一種具有可行性的資源化處理技術(shù)，已經(jīng)有一百多年的歷史，在現(xiàn)階段能源緊缺的情況下，厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水是一種可以在不產(chǎn)生二次污染的同時(shí)供應(yīng)能源的環(huán)保新技術(shù)。厭氧發(fā)酵不僅能夠降低廢水中污染物濃度，過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物甲烷有較高肥效，具有降低溫室氣體排放的巨大潛力，作為目前*具前景的生物質(zhì)能源利用技術(shù)之一而備受關(guān)注。
 
　　一、厭氧發(fā)酵的基本理論
 
　　厭氧發(fā)酵的4個(gè)基本過程可分為水解過程、發(fā)酵過程、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程和產(chǎn)甲烷過程，按基本過程的劃分厭氧發(fā)酵的基本理論可以分為二階段理論、三階段理論和四階段理論。
 
　　1.1二階段理論
 
　　二階段理論包括酸性發(fā)酵階段和甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段是厭氧酸性發(fā)酵細(xì)菌將大分子有機(jī)物分解成小分子中間產(chǎn)物如二氧化碳、氫氣、羧酸類和醇類等。在甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化成甲烷。
 
　　1.2三階段理論
 
　　三階段理論比二階段理論多了一個(gè)水解發(fā)酵階段，在這個(gè)階段，專性厭氧菌和兼性厭氧菌把復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如纖維素分解成簡(jiǎn)單的糖類，蛋白質(zhì)分解成氨基酸，脂類分解成脂肪酸和甘油等。然后產(chǎn)酸菌把這些簡(jiǎn)單有機(jī)物分解成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類等。
 
　　1.3四階段理論
 
　　四階段理論就是把三階段理論的水解發(fā)酵階段分成兩步，四階段包括復(fù)雜有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單有機(jī)物的水解階段、簡(jiǎn)單有機(jī)物發(fā)酵生成揮發(fā)性脂肪酸和醇類的發(fā)酵階段、中間產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、乙酸和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷的產(chǎn)甲烷階段。
 
　　二、厭氧發(fā)酵的影響因素
 
　　厭氧發(fā)酵過程受到多種因素的影響作用，如pH、發(fā)酵溫度、碳氮比、微量元素、有機(jī)負(fù)荷、污泥濃度等。
 
　　2.1pH
 
　　在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)甲烷菌適宜的pH在6.8~7.2之間，pH在6.4以下和9以上都會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用。厭氧發(fā)酵過程中pH的變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，一般情況下不用人為去調(diào)節(jié)。
 
　　2.2溫度
 
　　溫度是通過影響細(xì)菌生長(zhǎng)代謝以及酶活性來影響厭氧發(fā)酵效果的，理論上來講，溫度在10~60℃，厭氧發(fā)酵都能正常產(chǎn)氣。厭氧發(fā)酵按溫度可以分為低溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵：低溫(10~30℃)、中溫(30~40℃)和高溫(50~60℃)。在一定的溫度范圍內(nèi)，厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣率都隨著溫度的升高而增高。
 
　　2.3碳氮比(C/N)
 
　　物料碳氮比能直接影響厭氧發(fā)酵的處理效率和厭氧微生物的增長(zhǎng)。通常認(rèn)為只要C/N比達(dá)到(22~35)：1，就可以滿足厭氧發(fā)酵的營養(yǎng)要求。如果C/N高，反應(yīng)器內(nèi)氮源不足，系統(tǒng)的緩沖能力比較低，容易造成揮發(fā)性脂肪酸的累積，使得pH下降。如果C/N低，反應(yīng)器內(nèi)氮量過多，pH容易上升，會(huì)導(dǎo)致銨鹽的累積，進(jìn)而抑制厭氧發(fā)酵進(jìn)程。總之，過高或過低的C/N都會(huì)減弱厭氧微生物的活性，進(jìn)而影響厭氧發(fā)酵效果。
 
　　2.4微量元素
 
　　微量元素鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等可以促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，在微生物的酶系統(tǒng)中對(duì)產(chǎn)甲烷階段起調(diào)控作用，加快甲烷的生成進(jìn)度。微量元素不僅可以提高揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)化效率，從而消除揮發(fā)性脂肪酸在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的積累，提高甲烷產(chǎn)量，而且還可以拮抗氨氮和鈉離子的抑制作用，進(jìn)一步保證了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
 
　　2.5有機(jī)負(fù)荷
 
　　有機(jī)負(fù)荷是厭氧發(fā)酵的重要影響因素，在一定范圍內(nèi)沼氣和甲烷產(chǎn)量隨著有機(jī)負(fù)荷的增加而增加。但有機(jī)負(fù)荷如果過高的話，往往會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)丙酸的累積，使得反應(yīng)器“酸化冶，從而抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，嚴(yán)重的話會(huì)使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。而有機(jī)負(fù)荷過低的話，會(huì)影響厭氧發(fā)酵效率，降低產(chǎn)氣率，增加厭氧發(fā)酵的運(yùn)行成本。
 
　　2.6污泥濃度
 
　　厭氧發(fā)酵反應(yīng)體系中的污泥濃度也是影響厭氧發(fā)酵的關(guān)鍵因素，污泥濃度低，發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的濃度也低，難以快速降解在產(chǎn)酸過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，會(huì)造成揮發(fā)性脂肪酸的累積，使得發(fā)酵速率變慢，產(chǎn)氣周期增長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。污泥濃度高，會(huì)縮短厭氧發(fā)酵的啟動(dòng)周期，提高厭氧發(fā)酵處理效率，但過高的污泥濃度則會(huì)降低厭氧發(fā)酵物料的處理效率。
 
　　2.7有毒物質(zhì)
 
　　氨氮、重金屬、硫酸鹽等物質(zhì)，都會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)增殖，特別是硫酸鹽，很容易抑制厭氧發(fā)酵的產(chǎn)甲烷過程，使得反應(yīng)失敗。加入鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等金屬元素，可以有效緩沖有毒物質(zhì)的毒害，促進(jìn)產(chǎn)甲烷進(jìn)程。