厌氧消化理论

厌氧消化的一般原理厌氧消化是一种在缺氧条件下进行的微生物分解有机物质的过程。

与有氧消化不同，厌氧消化不需要氧气，因此主要发生在一些缺氧的环境中，比如淤泥池、沼气池等。

厌氧消化的一般原理包括底物的分解、产物的生成以及微生物的生长和代谢过程。

首先，厌氧消化的起始阶段是有机废物的分解。

当有机废物进入厌氧消化系统时，最初需要经过一系列生物化学反应来将有机物质分解成更简单的化合物，比如有机酸、氨、硫化物等。

在这个过程中，一些厌氧菌和古菌积极参与，它们利用有机废物作为碳源和能源，进行代谢反应，释放出一定量的能量。

其次，底物的分解会产生一系列的产物，其中包括一些有机气体和溶解性有机物。

在厌氧条件下，厌氧菌、古菌和一些厌氧细菌能够将产生的有机物质进一步分解，生成一些有机酸、氨和硫化物等。

同时，在厌氧消化过程中，还会生成一定量的甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）等气态产物，这些气体被称为沼气，可以作为可再生能源来利用。

最后，微生物的生长和代谢过程也是厌氧消化的重要原理之一。

在厌氧条件下，厌氧菌和古菌是主要的微生物群落，它们能够利用有机废物来生长和进行代谢活动。

在这个过程中，微生物会针对不同的底物进行代谢反应，产生能量来维持生长和代谢所需的化学活动。

通过不断地吸收和分解有机废物，微生物在厌氧消化系统中不断地生长和繁殖，从而促进有机废物的有效消化和降解。

总的来说，厌氧消化的一般原理主要包括底物的分解、产物的生成以及微生物的生长和代谢过程。

通过这些原理，有机废物能够在缺氧条件下得到有效的分解和处理，同时还能产生一定量的沼气作为可再生能源，具有很高的环保和经济价值。

因此，厌氧消化技术在生活污水处理、农业废弃物处理和工业废水处理等领域有着广泛的应用前景。

厌氧消化理论研究进展在基础理论方面，研究人员对厌氧消化过程的微生物群落、代谢途径、降解机理等进行了深入研究。

研究发现，厌氧消化过程中主要涉及到厌氧菌、产甲烷菌、硫酸盐还原菌等多种微生物。

这些微生物能够利用有机废弃物中的可溶性有机物和可生物降解有机物进行代谢，产生甲烷等有机物质。

同时，微生物还能够通过一系列的酶催化反应将复杂的有机废弃物分解成简单的有机物质。

基于这些理论研究的进展，科研人员能够更好地了解和掌握厌氧消化过程的基本规律和机制。

在应用研究方面，厌氧消化理论已经在废水处理、农业废弃物处理和能源利用等领域得到了广泛应用。

例如，在废水处理领域，厌氧消化技术被广泛应用于城市污水和工业废水的处理中。

通过废水经过预处理后，进入到厌氧消化系统中，微生物能够对有机废弃物进行高效降解，同时产生甲烷等有机物质。

这种有机物质不仅可以被利用为能源，还可以减少处理过程中产生的废物量，实现资源的循环利用。

此外，厌氧消化技术还可以用于处理农业废弃物和生活垃圾等有机废弃物，有效地解决了环境污染和资源浪费的问题。

近年来，随着科学技术的不断发展，对厌氧消化理论的研究也越来越深入。

研究人员正在探索利用基因工程技术来改良和优化厌氧消化过程中的微生物群落和代谢途径，以提高降解效率和产甲烷率。

此外，研究人员还在不断探索新的厌氧消化技术和设备，如厌氧消化反应器的设计和优化等。

这些研究的进展有望为厌氧消化技术的应用提供更好的支撑和保障。

总的来说，厌氧消化理论的研究进展是一个持续发展的过程。

通过对厌氧消化过程中微生物群落和降解机理的深入研究，科研人员已经在废水处理、农业废弃物处理和能源利用等领域取得了一系列的应用成果。

未来，科研人员还需要加强对厌氧消化过程中微生物功能和代谢途径的研究，同时探索新的技术和设备，以更好地应对环境问题和能源需求。

厌氧消化机理
厌氧消化是一种微生物代谢过程，其中有机物在缺氧条件下被微生物降解产生能量和产物。

厌氧消化可以用于处理有机废弃物，并生产甲烷气体作为能源。

在厌氧消化过程中，有机物首先被厌氧微生物分解为有机酸，如乳酸、醋酸和丙酸等。

然后，这些有机酸进一步被其他厌氧微生物转化为二氧化碳、氢气和甲烷。

甲烷是一种可燃气体，可以用作燃料或发电。

厌氧消化的主要步骤包括：
1. 水解：在此步骤中，有机废弃物被水解成一些小分子有机物，如蛋白质、碳水化合物和脂肪。

这种水解作用由水解菌（如厌氧消化中的酸化菌）完成。

2. 酸化：在酸化步骤中，水解产物进一步被厌氧酸化菌转化为有机酸。

这些有机酸可以是乳酸、醋酸、丙酸等。

在这个步骤中，厌氧消化池内的pH值通常较低，维持在4.5-6.0左右。

3. 乙酸生成：在此步骤中，酸化产物主要是乙酸。

在乙酸生成步骤中，一些厌氧乙酸菌将有机酸进一步转化为乙酸，并生成一定量的二氧化碳和氢气。

4. 甲烷生成：在甲烷生成步骤中，乙酸被厌氧甲烷菌转化成甲烷气体。

这个过程还会产生二氧化碳。

总之，厌氧消化是一种微生物代谢过程，其中有机废弃物在缺氧条件下依次被水解、酸化、乙酸生成和甲烷生成，产生能量和产物。

这种过程可以用于处理有机废弃物，并产生可用作能源的甲烷气体。

污泥厌氧消化概述一、基本原理污泥厌氧消化是指在无氧条件下依靠厌氧微生物将污泥中的有机物分解并稳定的一种生物处理方法，通过水解、产酸、产甲烷三个阶段达到有机物分解的目的，同时大部分致病菌和蛔虫卵被杀灭或作为有机物被分解。

一般厌氧消化分为中温和高温两种：中温厌氧消化，温度维持在35℃±2℃，固体停留时间应大于20d，有机容积负荷一般为 2.0～4.0kg/（m3·d），有机物分解率可达到35%～45%，产气率一般为0.75～1.10Nm3/kg VSS；高温厌氧消化，温度控制在55℃±2℃，适合嗜热产甲烷菌生长。

高温厌氧消化有机物分解速度快，可以有效杀灭各种致病菌和寄生虫卵。

二、消化过程污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，厌氧消化三阶段理论是当前较为公认的理论模式。

第一阶段，在水解与发酵细菌作用下，碳水化合物、蛋白质和脂肪等高分子物质水解与发酵成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢气等。

第二阶段，在产氢产乙酸细菌作用下，将第一阶段产物转化成氢气、二氧化碳和乙酸。

第三阶段，通过氢气营养性和乙酸营养性的甲烷菌的作用，将氢气和二氧化碳转化成甲烷，将乙酸脱酸产生甲烷。

在厌氧消化过程中、由乙酸形成的甲烷约占总量的 2/3，由二氧化碳还原形成的甲烷约占总量的 1/3。

三、影响因素（一）温度温度是影响厌氧消化的主要因素，温度适宜时，细菌发育正常，有机物分解完全，产气量高。

实际上，甲烷菌并没有特定的温度限制，然而在一定温度范围内被驯化以后，温度变化速率即使为每天1℃都可能严重影响甲烷消化作用，尤其是高温消化，对温度变化更为敏感。

因此，在厌氧消化操作运行过程中，应采取适当的保温措施。

大多数厌氧消化系统设计为中温消化系统，因为在此温度范围，有机物的产气速率比较快、产气量较大，而生成的浮渣较少，并且也比较容易实现污泥和浮渣的分离。

但也有少数系统设计在高温范围内操作，高温消化的优点包括：改善污泥脱水性能，增加病原微生物的杀灭率，增加浮渣的消化等。

厌氧发酵过程三阶段理论：一、有机物水解与发酵细菌作用下,使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、Ｈ等二、把第一阶段产物转化为H、CＯ２与CＨ3ＣOＯH三、通过两组生理物质上不同产CＨ4菌作用，将H与CO2转化为ＣH４，对CH3脱羧产生CH４。

厌氧消化原理:有机物厌氧消化过程主要包括产酸与产甲烷两个阶段。

而对于不溶性有机物（有机垃圾),一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解阶段”,水解阶段起作用得细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌与蛋白质水解菌; 在水解酶作用下，转化产生单糖、酞与氨基酸、脂肪酸与甘油。

产酸阶段起作用细菌就是发酵性细菌,产氢产乙酸与耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下,转化产生挥发性脂肪酸、醇类、氢与二氧化碳;产甲烷阶段就是产甲烷菌利用H2、ＣO2、乙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷,其中Ｈ２、CO2与乙酸就是主要基质。

名词：VFA： Vｏlatｉle ａcid 挥发酸COD: Chemical oxygen ｄemand 化学需氧量BOD: Bｉochemｉcal oxygeｎ demand 生物需氧量ＴＯD: Tｏtal oxｙｇen deｍand 总需氧量TOＣ： Tａbｌｅｏｆ contenｔ总有机碳TＳ: Tｏtaｌｓoliｄ总固体SS: Susｐend solid 悬浮固体VS: Volaｔile ｓoliｄ挥发固体HRＴ: 水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量ＳRＴ：污泥停留时间:单位生物量在处理系统中得平均停留时间SVＴ: 污泥体积系数:单位体积水样在静置30miｎ后,污泥体积数MRT: 微生物滞留时间PFR：塞流式反应器(Plug flow reactor)高浓度悬浮固体发酵原料一段进入,从另一段排除。

ＵSR:生流式固体反应器（Upｆlｏw soｌid reactoｒ)原料从底部进入消化器,上清从消化器上部溢出UASB:生流式厌氧污泥床(Ｕpfloｗanaｅroｂｉc slｕdge bed)自下而上流动污水通过膨胀得颗粒状污泥床消化分解,消化器分为污泥床、污泥层与三相分离器。

厌氧消化法：在无氧的条件下，由兼性菌及专性 厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲 烷气（biogas ），是污泥得到稳定。

8.3.1厌氧消化的机理（间歇实验）二阶段理论：产酸阶段----产甲烷阶段 四阶段理论：水解、酸化、酸退、甲烷化根据参与甲烷发酵的不同营养类群微生物对基质的代谢厌氧 降解过程分为三个阶段：三阶段理论 :Toerie n et al (1970)Substrate flow in an aerobic digesti on, 5 thIntern ationalConference on water pollution research, San Francisco,CA.书上:Bryant 1979第一阶段第二阶段第三阶段（纤维素分解菌产氢产乙酸菌 甲烷杆菌球菌CH 3CH 2COOH+2H 2O---CH 3COOH+3H 2+CO 2蛋白质分解菌，脂肪分解菌）产酸菌是兼性厌氧菌和专性厌氧菌，对PH ，VFA ，温度变化适应性强， 增殖速度快；甲烷菌是专性厌氧菌，PH=6.4-7.4，对PH ，VFA ，温度变化8.3 污泥的厌氧消化4%24%/单糖 VFA CO2 H2 ；复杂有机物 水解与发酵（水解与发酵菌） 细菌原生动物 真菌76%—H 较高级的有机酸20%生成乙酸与脱氢 （产氢产酸菌）乙酸1H 2CH 4 H Ac2+CO 2 CH 4+2H 2O• I metha ne2CH 3COOH >2CH 4+2CO 2Acetic acid生成甲烷(产甲烷菌)碳水化合物分解菌敏感，增殖速度慢。

产甲烷阶段的能量分析：（以乙酸钠为例）在好氧消化时：C2H3O2Na+2O2 ——NaHCO3+H2O+CO2+848.8 KJ /mol在厌氧消化时：C2H3O2Na +H2 O NaHCO3+CH4+29.3 KJ /mol 在底物相同的条件下，厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20 - 1/30.这些能量大部分都用于维持细菌的生活，而只有很少能量由于细胞合成•（这就是厌氧法产生剩余污泥量少的缘故）虽然厌氧消化过程是要经历多个阶段，但是在连续操作的厌氧消化反应器中这几个阶段同时存在，并保持某种平衡状态•8.3.2 厌氧消化动力学（与好氧相似）甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素动力学方程式：有机物降解dS kSXdt K s S细菌增殖有机物浓度与污泥泥龄的关系:K s(「” c)s(Yk _ b)~ 1833厌氧消化池工作原理与影响因素标准负荷庆氧消化池高负荷厌氧消化池在厌氧消化池中3个阶段同时存在，甲烷发酵阶段的速率最慢，因此甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素，影响厌氧消化池正常工作的主要因素如下：1、温度中温（30-35°C）与高温（50-55°C）mesophilic and thermophilic中温消化：负荷=2.5-3.0 产气量1-1.3 m3/m3d,消化时间20d，灭菌率低高温消化：负荷=6-7kg/m3.d，产气3-4 ,消化时间10 d.灭菌率99%dXdt- dSdt-bX)（消化时间：产气量达到总量的9 0%所需时间）25 30 35 40 45 50 55 60Tempearture ( C)----- OLR kg/m3.d - - biogas (m3/m3.d)l a 3E ^o m^o _e i yS a a o -L b.5.5.5.587654321u —u .3 -Fig.8-22 Relationship among tempearture , OLRand biogas production60 50C 40 T 3020 10 00 15 30 45 60 75 90 105 120digestion time(day)Fig.8-23 Relati on ship betwee n tempearture and digestion time2、生物固体停留时间（SRT）与污泥投配率完全混合消化池的水力停留时间等于污泥龄（无回流，有搅拌，完全混合）泥龄的表达式与活性污泥法相同SRT =池中总生物量/每日排出的生物量从动力学知道有机物降解是污泥泥龄的函数，泥龄=水力停留时间，所以以水力停留时间设计消化池.消化池的水力停留时间以污泥投配率的倒IVn 100%V数表示：式中：V =每日投配的新鲜污泥量，m3/dV=消化池的有效体积，m3n—污泥投配率，%。

厌氧发酵过程三阶段理论：一、有机物水解和发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等二、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH三、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用，将H和CO2转化为CH4，对CH3脱羧产生CH4。

厌氧消化原理：有机物厌氧消化过程主要包括产酸和产甲烷两个阶段.而对于不溶性有机物（有机垃圾）,一般可认为在上述两个阶段之前多一个“水解阶段”,水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌；在水解酶作用下,转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。

产酸阶段起作用细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下，转化产生挥发性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳;产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷,其中H2、CO2和乙酸是主要基质。

名词:VFA： Volatile acid 挥发酸COD： Chemical oxygen demand 化学需氧量BOD： Biochemical oxygen demand 生物需氧量TOD： Total oxygen demand 总需氧量TOC: Table of content 总有机碳TS: Total solid 总固体SS： Suspend solid 悬浮固体VS： Volatile solid 挥发固体HRT: 水利滞留时间=消化器有效容积/每天进料量SRT: 污泥停留时间：单位生物量在处理系统中的平均停留时间SVT: 污泥体积系数:单位体积水样在静置30min后,污泥体积数MRT：微生物滞留时间PFR：塞流式反应器（Plug flow reactor）高浓度悬浮固体发酵原料一段进入，从另一段排除。

USR：生流式固体反应器(Upflow solid reactor）原料从底部进入消化器，上清从消化器上部溢出UASB：生流式厌氧污泥床(Upflow anaerobic sludge bed）自下而上流动污水通过膨胀的颗粒状污泥床消化分解，消化器分为污泥床、污泥层和三相分离器. UBF：污泥床过滤器。

厌氧消化中甲烷产量及沼气中甲烷含量的理论探讨厌氧消化是一种生物转化过程，通过厌氧菌将有机物转化成沼气。

在厌氧消化过程中，有机物中的碳和氢会被转化成甲烷。

因此，厌氧消化中甲烷产量较高。

沼气是由厌氧消化生成的天然气，主要成分是甲烷。

因此，沼气中甲烷含量也较高。

通常情况下，沼气中甲烷含量在50%~75%之间。

厌氧消化中甲烷产量和沼气中甲烷含量受多种因素的影响，包括厌氧菌种类、温度、pH值、氧含量、有机物质种类和浓度等。

通过对这些因素的调控，可以提高厌氧消化中甲烷产量和沼气中甲烷含量。