厌氧消化理论研究进展

近三十多年来，我国社会经济的高速发展，由此也带来了环境污染问题，特别是在水资源环境问题上。

例如工业污水成分复杂，其主要成分为生产用料、生产副产品以及生产剩余物，废水中常常含有农药、重金属及放射物等有毒物质，对人类及环境都有很大危害。

城市污水中含有大量的有机物及病菌、病毒，处置不当会威胁人类的健康。

畜禽养殖场废水除排水量大、有机质浓度高、氮磷营养元素含量高等，污水中还常伴有消毒水、残留的兽药以及各种人畜共患病原体等污染物，处理难度大。

水资源的各种类型的点源污染，如工业废水、城镇生活污水、集中式畜禽养殖废水等大量产生，这类污水中含有大量的有机物、氮、磷等物质，且不同区域水质水量变化较大，如不经有效处理直接排放，不仅会引起水体富营养化，也会进一步导致地下水水质受到影响[3]，进而影响我国的水生态环境安全[1-2]。

目前处理有机污水的方法主要有物化法（混凝沉淀、吸附、膜分离和化学氧化法等）、人工湿地法和生物法（活性污泥法、生物膜法、好氧氧化、厌氧消化）。

然而人工湿地占地面积大且处理效果受环境温度影响较大、膜分离工艺具有投资运行成本高的缺点。

厌氧消化技术是一种利用厌氧微生物将有机物降解转化为生物甲烷的生化过程，其具有占地面积小、有机物去除效率高且可获取生物甲烷的特点，已成为处理高浓度有机废水的主要工艺。

1970年，荷兰瓦赫宁根农业大学Lettinga教授发明了处理高浓度有机废水的UASB反应器[4]，在该反应器中首次增加了三相分离器，使反应器厌氧污泥龄大大提高，进而提高了污水中有机物的生化效率，使厌氧发酵废水处理技术获得突破性的进展。

虽然UASB反应器具有较高的生化性能，然而在运行中也常会出现短流、死角和堵塞等一系列问题。

为解决上述问题，进一步增强厌氧微生物与废水的混合与接触，提高负荷及处理效率，适应不同类型的有机废水，90年代后研究人员在第一代UASB反应器基础上进行了改进[5]，包括改进反应器进水布水系统减少堵塞、改进三相分离器减少污泥损失、在UASB反应器基础上设计新型反应器并增加循环装置等；同时对UASB反应器的处理性能进行了研究[6-7]。

标准负荷消化池 （无搅拌） 高负荷消化池 （完全混合）
两级消化工艺：减少耗热量，减少搅拌能耗，
熟污泥含水率低。
一级：二级= 3：1 –2：1—1：1 （一级有搅拌、加热；二级
无搅拌，利用余热消化，兼做浓缩池，排除上清液）消化前 8-10 天
产气量占 80%）两级消化不减少池容,两级池子总池容等于一个单
---污泥的干燥与焚烧 干燥：进一步降低污泥含水率 20%----干燥器---肥料 焚烧：不能做为农肥时（或含有毒）---焚烧：焚烧炉 ---污泥堆肥
污泥堆肥是有机物的好氧发酵的产物。在有氧的条件下，
利用嗜温菌、嗜热菌的作用，使污泥中水分及大量有有机
物质好氧分解。
污泥 1/2
21 天
2 天 1/2 30 天
有机物降解程度，VFA，总碱度，NH3 控制参数：搅拌强度，排泥量，沼气气压 （1000-2000Pa）。 8.3.7 污泥好氧消化
8
机理：污泥的好氧内源呼吸 C5H7NO2+7O2 5CO2+3H2O+H++NO-3
适用小泥量； 特点：无臭，有机物降解程度高，上清液 COD 低，运行管理简单， 缺点：能耗大，无沼气利用。
60
50
40
30
20
10
0
0
15 30 45
60 75
90 105 120
digestion time(day)
Fig.8-23 Relationship between tempearture
and digestion time
T (c)
4
2、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

甲烷厌氧氧化微生物的研究进展沈李东;胡宝兰;郑平【摘要】Methane is a major greenhouse gas, which contributes estimatedly 20％ to global warming. Microbially mediated anaerobic oxidation of methane (AOM) is an important way to reduce methane emission in nature. According to different coupling reactions, AOM can be divided into two types, Sulphate-dependent anaerobic methane oxidation( SAMO ) and Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation ( DAMO ). S024- and NO2-/NO3- function as their terminal electron acceptors, separately. This review summarizes types of AOM and microorganisms involved, elaborates mechanisms of the AOMs, and discusses orientation of the future research and prospects of the application of AOM.%甲烷是一种重要的温室气体,其对全球气候变暖的贡献率约占20%.微生物进行的甲烷厌氧氧化(Anaerobic oxidation of methane,AOM)是减少自然环境中该温室气体排放的重要生物途径.根据耦联反应的不同,可将AOM 分为两类,即硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化(Sulphate-dependent anaerobic methane oxidation,SAMO)和反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation,DAMO),前者以SO2-4作为AOM 的最终电子受体,后者以NO2-/NO3-作为AOM的最终电子受体.深入了解这两种类型AOM的发生机理,有助于更好地理解该生物过程的重要性,为AOM工艺的开发提供理论依据.鉴此,本文简要介绍了不同类型的AOM及其参与的微生物,着重阐述了其发生机理,并探讨了AOM未来的研究方向与应用前景.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2011(048)003【总页数】10页(P619-628)【关键词】硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化(SAMO);反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO);机理【作者】沈李东;胡宝兰;郑平【作者单位】浙江大学环境工程系,杭州,310029;浙江大学环境工程系,杭州,310029;浙江大学环境工程系,杭州,310029【正文语种】中文【中图分类】X172甲烷作为一种重要的能源，在人类的生产生活中扮演着重要的角色。

２ ０ １ ４ 年 第４ ５ 卷 第２ 期
渐； ２化 工
一 ３ ３ 一
低温厌氧 消化废水处理 的现状及展望
王 兴 富 ，王 尧
（ 青岛科 技大学化工学院 ， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ４ ２ ）
摘
要 ：低温厌氧 消化是一种低成本 、 低技 术 门槛 的绿 色生物废水 处理 方法 ， 能 够在 经济
Ｚ ＨＥ Ｊ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｃ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ ＡＬ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
Ｖ ｏ １ ． ４ ５ Ｎ ｏ ． ２ （ ２ ０ １ ４ ）
展 中国家的分散废水 处理 ， 扩展 厌氧消化 的应用 范 围具有广 阔前景 。
１ － ２ 低 温 条 件 下 甲烷 的 生 成
保 护 的 需求 。相 对 于 常规 需 氧 技 术 在 处 理 紧急 情
这些 应用 中 ， 高效厌 氧？ 肖 化 反应器在 常温（ ２ ５℃一
３ ７℃） 或适温（ ４ ５ ｏ Ｃ ～ ６ ０℃） 运行能确保最佳微 生物 活 动。厌氧 消化 属于低 能耗策略 ， 非 常适 用 于发
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ０ 一 叭
基 金项 目： 山 东 省 自然科 学 基 金 资 助 项 目（ Ｑ ２ ０ ０ ６ Ｂ ０ ２ ） 。 作 者简 介 ： 王 兴 富（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 硕 士 生 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ９ ６ ５ ４ ９ ３ ７ ８ ０ ＠ ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
—
—
３ ４— —
群 体水 平功 能 型 的回应 。伴 随着 功能 型宏 基 因
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ — ４ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ４ ） １ — ０ ０ ３ １ — ０ ４

油脂厌氧消化中LCFAs的危害及调控策略研究进展康晓荣; 刘亚利; 周友新; 苏瑛【期刊名称】《《应用化工》》【年(卷),期】2019(048)010【总页数】5页(P2431-2434,2439)【关键词】油脂; 长链脂肪酸; 厌氧消化; 调控【作者】康晓荣; 刘亚利; 周友新; 苏瑛【作者单位】南京工程学院环境工程学院江苏南京210009; 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037; 盐城工学院土木学院江苏盐城224002【正文语种】中文【中图分类】TQ150.9随着肉制品加工、食用油生产和餐饮行业的发展，含脂废水/废物的排放量日益增多、污染日趋增大，其处理处置迫在眉睫[1-3]。

厌氧消化(AD)具有低碳、低能耗、可回收能源等优势，被广泛用于含脂废水/废物处理领域[2-5]。

脂类的理论产甲烷速率为1 014 L/kg，比碳水化合物和蛋白高274%和137%[4-5]。

然而，脂类AD过程中常因长链脂肪酸(LCFAs)积累导致反应器酸化，甚至失败[6-7]。

为了克服油脂AD过程中出现的浮选、发泡、微生物抑制等问题[8-9]，国内外学者对油脂厌氧代谢机理进行深入研究，并采用多种措施对AD进行调控。

1 油脂AD机理1.1 油脂代谢过程油脂主要包括脂肪、油和油脂，含有大量的饱和脂肪酸(SFAs)和不饱和脂肪酸(USFAs)。

油脂AD是一个复杂的生物过程，通过水解酸化菌、产乙酸菌和产甲烷菌的协同作用将有机物转化为甲烷。

脂类在胞外脂肪酶的作用下，快速水解为甘油(10%)和LCFAs(90%)[10]。

甘油降解为乙酸盐和氢气，而LCFAs通过β-氧化转化为短链脂肪酸(SCFAs)、乙酸和氢气，最终在乙酸型和氢型产甲烷菌的作用下转化为甲烷、二氧化碳和水。

最近的研究认为，LCFAs的β-氧化过程是脂类AD的限速步骤[11]。

1.2 微生物作用机理分子生物学研究发现，LCFAs降解微生物通常是质子还原、厌氧氧化菌，需与氢型或乙酸型产甲烷菌相互作用[12]，这些微生物主要包括：Clostridiaceae、Syntrophomonadaceae、Syntrophaceae、Enterobacteriaceae和Bacteroides[13]。

２ ． 试 验 说 明 ．２ ２
② 单位 ｖ 产气 量 ｓ
空 白 测 试 、醋 酸 测 试 、纤 维 素 测 试 、０ ｍ 堆 肥 测 试 、 ４ｒ ａ ８ 堆 肥 测 试 单 位 ＶＳ产 气 量 ， ， 表 ７ ｍｍ ｍ 见 。
表 ７ 各 污 泥 测试 单 位 Ｖ ｓ产 气 量 ｍ ／ Ｌｇ
三 种 泥 中挥 发 性 脂 肪 酸 （ Ｆ 的 含 量 见 表 ２ Ｖ Ａ） 。
表 ２ ３种 污 泥 Ｖ Ａ 含 量 Ｆ ｍｇＬ ／
乙醇
乙酸
丙酸 异丁酸 丁酸 异戊酸 戊酸
天津东郊液体污泥 ｌ ．５１ ．８ ３ ４ ２ １ ８ ３ ３ ５ ４ ６ ２ ０ ６ ６ ．７ ．４ ．９ ． ６ ．２
（ ） 气 阶 段 ２产 将 上 料 后 的反 应 器 放 进 恒 温 培 养 箱 ．在 ４ ℃恒 温 条 件 ０
下反应 。 每 日上 午 摇 晃 各 玻 璃 反 应 器 １ 以 确 保 反 应 器 内 物 料 次
混 合 均 匀 ． 午 ３点 测 量 反 应 器 气 压值 并 排 出反 应 器 内 的气 下
应 器称重并进行 氮气吹 扫
经 过 上 述 筛 选 后 的 堆 肥 再 分 别 经 过 ２ ｍｍ、０ ｍ 的 筛 ０ ５ｒ ａ 子 进 行 筛 分 ．筛 上 和 筛 下 部 分 所 占 比 例 及 其 Ｔ 、 Ｓ含 量 见 ＳＶ
表 ４ 。
表 ４ ０ ｍ堆肥筛分后各粒径成 分的比例和 Ｔ 、 ｓ含量 ％ ４ ｍ ｓＶ
厌氧 消化 试 验
正 确 选 取 启 动 物料 ， 一 次 性 成 功 完 成 干 法工 艺 的 投 料 试 生 产 。 并
关 键 词 垃 圾 处 理
中图分类号 ： ０ Ｘ７ ５

研究论文H A I X I A K E X U E 污泥厌氧发酵产氢研究进展*1.福建师范大学地理科学学院；2.福建能源集团福建华厦建筑设计院；3.福建师范大学环境科学研究所刘常青1陈娜蓉2郑育毅3张江山3**[摘要]生物制氢可有效利用生物能源，并可减少有机废弃物对环境的污染及对化石燃料的使用，具有高效、节能、成本低等诸多优点，污泥作为有机废物产氢近年来颇受青睐。

该文较全面地介绍了国内外以污泥作为接种物，以纯物质、有机废水以及有机固体废物作为基质的研究概况，同时也介绍了污泥本身作为基质进行产氢的概况。

[关键词]污泥生物制氢厌氧发酵研究进展1前言有限储量的化石燃料在不断减少、能源需求在不断增长以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应日益严重，21世纪的能源面临着巨大挑战。

思考未来能源的发展方向，积极寻找化石能源的替代品，许多人把眼光投向了可再生能源——氢气。

在对新能源的研究中，清洁、高效、廉价一直是研究者所追求的目标。

氢是一种理想的清洁能源，它的热值高，最高达3042cals/m3，热转化率也很高，而且能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻2/3。

但氢能属于二次能源，在人类生存的地球上，很少有集中的自然氢存在。

含氢元素的主要资源有水、化石燃料和生物质[1]。

从化石燃料制氢，即以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制氢的主要方法[2]。

化石燃料利用带来的环境污染几乎无法逆转，而且资源有限，作为化工的主要原料已消耗掉大量的矿物资源，如通过重油裂解或天然气蒸汽重整制取氢气来合成氨或甲醇等。

水电解制氢的技术已经成熟，但能耗较高，目前生产每立方米的H2电耗为4.5～5.5kW·h左右。

电作为另一种高品质的二次能源，由一次能源的转化效率本来就很低，因而除了在具有廉价的大规模水力发电和电力过剩的情况以外，电解水制氢的成本相当高。

与物理化学方法相比，生物氢气的生产可有效利用生物能源，并可减少有机废弃物对环境的污染以及对化石燃料的使用，具有高效、节能、成本低等诸多优点而备受关注。

随着 工业 的 飞速 发 展 和 人 口的 不 断 增 加 ， 源 、 能 资 源 和 环 境 等 问 题 日趋 严 重 ， 用 传 统 的 好 氧 生 物 处 理 采
酸、 酸 、 丙 丁酸 等 ， 醇 类 ， 有 Ｈ 、 ０ 、 Ｈ 和 Ｈ Ｓ等 和 并 ２ Ｃ ２Ｎ ２ ２
产 生 。 因 为该 阶段 中 ， 大 量 的脂 肪 酸 产 生 ， 发 酵 液 有 使 的 Ｐ 降 低 ， 以 ， 阶段 被称 为 酸性 发 酵 阶 段 ， 称 产 Ｈ 所 此 或
世 纪 ３ ６ ０ ｏ年代 ， 们 普 遍 认 为 厌 氧 消 化 过 程 可 以简 人
单 地 分 为 酸 性 发 酵 和 碱 性 发 酵 两 个 阶 段 ， 阶 段 学 说 两
可用 图 １１ 示。 ．表
｛
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可 以回 收 生物 能 沼 气 ， 厌 氧 生 物 处 理 的 另 一 显 著 特 且 点 是 污 泥 产 量 少 ， 而 使 污 泥 处 置 费 用 相 对 减 少 。 另 从
第 二 阶段 ： 甲烷 菌 （ 性 厌 氧 菌 ） 第 一 阶 段 产 产 专 将
生 的 中 间产 物 继 续 分 解 成 Ｃ ４和 Ｃ ２ 。 由于 有 机 酸 Ｈ ０等
续 发 展 原 则 的 治理 途 径 ＿ 。 ４ Ｊ
１ 厌 氧 生 物 处 理 的ຫໍສະໝຸດ 基本 原 理 及 其 研 究进 展
随着 对 厌 氧 微 生 物 学 研 究 的 不 断 深 入 ， 多 学 者 很 都 发 现 两 阶段 理 论 并 不 能 真 实 完 整 地 反 映 厌 氧 消 化 过
程 的 本 质 。 Ｍ． ．ｒａｔ １７ ） 据 对 产 甲 烷 菌 和 产 Ｐ Ｂｙｎ ６（９９ 根 ＿ 氢 产 乙 酸菌 的研 究 结 果 ， 出 了 三 阶 段 理 论 。 如 图 １２ 提 ． 所示 ， 理 论 认 为 产 甲烷 菌 不 能 利 用 除 乙 酸 、 ２ Ｃ ２ 该 Ｈ 和 ０ 和 甲 醇 等 以外 的 有 机 酸 和 醇 类 ， 以真 实 的 厌 氧 消 化 所 过 程 在 酸 性 发酵 和碱 性 发 酵 阶 段 之 间应 该 还 有 一 个 中

群体感应信号系统介导的生物质厌氧消化过程及其产业化研究前景陈瑞1,2*，曹丽2，张哲鸣1(1．中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055；2．中兰环保科技股份有限公司 广东省固废危废污染隔离防渗系统工程技术研究中心，广东 深圳 518067)[摘 要]简要介绍了生物质厌氧消化过程及主要影响因素，阐述了产甲烷菌的群体感应信号系统。

针对目前研究和产业化应用较多通过调控环境因素来提高厌氧消化产沼气的效率，提出产甲烷菌群体感应信号系统在生物质利用领域潜在的应用前景。

[关键词]厌氧消化；产甲烷菌；群体感应；生物质；应用前景[中图分类号]X705 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)01-0102-03Quorum Sensing Signal System-mediated Biomass Anaerobic Digestion Processand Its Application ProspectsChen Rui 1,2*, Cao Li 2, Zhang Zheming 1(1. Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055；2. Guangdong Engineering Technology Research Center for Solid Waste and Hazardous Waste Pollution Isolation and Seepage Control System, GAD Environment Technology Co., Ltd.,Shenzhen 518067, China)Abstract: The present paper would like to introduce the biomass anaerobic digestion process and main influencing factors, and describe the quorum sensing signal system of Methanogens. Quorum sensing is a very important regulatory mechanism during the growth of methanogens. However, current studies and industrial application are mainly focused on exploring the influence of environmental factors on biogas production rate. It is for this purpose that we would like to introduce quorum sensing into the biomass utilization field, hoping to expand its application to green energy.Keywords: anaerobic digestion ；Methanogens ；quorum sensing; biomass ；application prospects1 引言发展可再生能源取代化石能源已成为全球共识。

沼气发酵基本原理沼气发酵基本原理沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷以酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。

一、沼气发酵微生物沼气发酵微生物是人工制取沼气最重要的因素，只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到基本的生长条件，沼气发酵原料才能在微生物的条件下转化为沼气。

（一）沼气微生物的种类沼气发酵是一种极其复杂的微生物和化学过程，这一过程的发酵和发展是五大类群微生物生命活动的结果。

它们是：发酵性细菌、产氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌。

这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。

从复杂不机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用完成的。

在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链，从各类群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液酸碱度（pH ）的影响来看，沼气发酵过程可分为产酸阶段和产甲烷阶段。

前三群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。

后二群细菌的活动可使各种有机转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。

1、不产甲烷菌在沼气发酵过程中，不能直接产生甲烷微生物统称为不产甲烷菌。

不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。

它们的种类繁多，现已观察到的包括细菌、真菌和原生动物三大类。

以细菌种类最多，目前已知的有18 个属51 个种，随着研究的深入和分离方法的改进，还在不断发现新的种。

根据微生物的呼吸类型可将其分为好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌三大类型。

其中，厌氧菌数量最大，比兼性厌氧菌、好氧菌多100~200 倍，是不产甲烷阶段起主要作用的菌类。

根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和其他一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。

成分（质量分数%）
有机物种类 CH4 糖类 脂类 蛋白质 CO2 CH4 沼气
C6H12O6
→
3CH4 + 3CO2
产气量（m3/kg）
27 48 27
73 52 73
0.375 1.04 0.49
0.75 1.44 0.98
Copyright Wuhan University 2015
COD转化为沼气的理论计算方法
厌氧消化技术特点
1.
可以将潜在于废弃有机物中的低品 位生物能转化为可以直接利用的高 品位沼气； 与好氧处理相比，厌氧消化不需要 通风动力，设施简单，运行成本低， 属于节能型处理方法；
适于处理高浓度有机废水和废物； 经厌氧消化后的废物基本得到稳定， 可以用作农肥、饲料或堆肥化原料；
2.
3. 4.
5.
有机物厌氧发酵过程的化学反应通式（8-8）可表达为：
C n H aO b N d
a b 3d n H 2O 4 2 4
n n a b 3d a b 3d 2 8 4 8 CH 4 dNH 3 2 8 4 8 CO 2＋能量
d总投资为175万元年产沼气10万立方米固体有机肥540吨codbod去除率分别7075以上全国畜禽粪便资源总量干物质约18亿吨实际可利用量约4000万吨可产沼气近100亿立方米按热值相当于800万tce用于发电可装机500万kw年发电量150亿kwh工业有机废水沼气工程利用工业有机废水废渣生产沼气包括酒精酿酒制糖食品制药造纸屠宰等其中适合厌氧消化的高浓度有机废水排放量年252亿立方米以上年废渣7400万m3可转化为沼气108亿m3热值相当于800万tcetonofstandardcoalequivalent可装机50万kw年发电150亿kwh

第52卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 7 2023年7月 Liaoning Chemical Industry July，2023生物炭在厌氧氨氧化反应中应用的研究进展姜 琦（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）摘 要： 厌氧氨氧化技术因其高效和低能耗等优点被认为是替代常规生物脱氮的主要工艺之一。

但是厌氧氨氧化技术在处理主流城市污水方面仍然存在一些问题，如启动时间较长，颗粒污泥稳定性较差等。

生物炭因其具有廉价易得、环境友好的特点，成为近些年来环境领域的研究热点材料，越来越受到人们的关注。

综述了生物炭在厌氧氨氧化领域的应用，为厌氧氨氧化技术存在的部分问题提供更经济环保的解决措施，旨在推动厌氧氨氧化反应的同时促进环境的友好发展。

关 键 词：生物炭； 厌氧氨氧化； 工艺强化中图分类号：TQ085+.4 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）07-1047-04厌氧氨氧化工艺（Anaerobic ammonium oxidation, Anammox）是以NH4+-N为电子供体，NO2--N为电子受体将NH4+-N转化为N2的过程[1]。

与传统生物脱氮工艺相比具有无需额外碳源、运行成本低、占地小的优点，因此，Anammox工艺被称为是最具有前景的新型脱氮技术[2]。

但是厌氧氨氧化菌具有倍增时间长、生物保留量差、环境敏感性等缺点，在污水处理厂的实际应用中仍存在限制[3-4]。

为了解决这些问题，研究者们进行了诸多尝试，如：换用不同的反应器（如：上流式厌氧污泥床（UASB）、膜生物反应器（MBR）、序批式反应器（SBR））；添加特定金属离子（如：Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+等）和中间肼来缩短其启动时间，稳定其脱氮效果和增加颗粒稳定性。

然而，在实际操作中，考虑到成本和实际性，寻找一种更可靠的材料是更有意义的。

生物炭（Biochar）是生物质（如，秸秆、畜禽粪便等农林废弃物）在限氧条件下通过热化学转化得到的一种固体富碳产物。

厌氧生物处理的三阶段四阶段理论厌氧生物处理的三阶段四阶段理论厌氧生物处理的基本原理:厌氧生物处理（Anaerobic Process）是在厌氧条件下,形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件,通过厌氧菌和兼性菌代谢作用，对有机物进行生化降解的过程。

厌氧处理基本生物过程:厌氧生物处理在早期被称为厌氧消化或厌氧发酵，指的是在厌氧条件下，在多种微生物（厌氧微生物、兼性微生物）的作用下，将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程。

由此可见，厌氧处理过程中产生的是一种气体，主要成分是甲烷和二氧化碳，也就是我们常说的沼气。

厌氧生物处理的基本生物过程有一个很明显的特点，就是其具有阶段性，根据不同的依据，可以分为两阶段、三阶段甚至四阶段。

两阶段理论:该理论认为有机物在厌氧条件下首先进行酸性发酵阶段（产酸阶段），然后进行碱性发酵阶段（产气阶段）。

产酸阶段的主要微生物为发酵细菌或产酸细菌，这些微生物生长快，适应性很强，对环境条件不是非常敏感。

会将有机物进行水解和酸化，产生脂肪酸、醇类、二氧化碳和氢气。

产气阶段的主要微生物为产甲烷细菌，其生长非常缓慢，生长倍增时间会达到几天，而且对于环境条件的变化非常敏感。

会将产酸阶段产生的中间产物转化为甲烷和二氧化碳。

两阶段理论，虽然形象且直接的描述了厌氧生物处理的过程，但是有学者发现，产甲烷细菌只能利用一些简单的有机物（比如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类等）来产生甲烷，并不能利用两个碳以上的脂肪酸（乙酸除外）和醇类（甲醇除外）直接作为它的底物（参与生化反应的物质称为底物）。

还有一种“奥式产甲烷菌”，其实是由两种细菌组合而成，其中一种细菌将乙醇氧化为乙酸和氢气，另一种细菌则利用氢气和环境中的二氧化碳来产生甲烷。

、所以说，两阶段理论是存在一定局限性的，因此1979年，Bryant又提出了“三阶段理论”。

三阶段理论:该理论认为，除了产酸细菌和产甲烷细菌之外，还存在第三种细菌，称为产氢产乙酸细菌，三阶段的过程如下图所示：厌氧生物处理三阶段理论过程图.分为水解、发酵阶段（Ⅰ），产氢产乙酸阶段（Ⅱ）和产甲烷阶段（Ⅲ）。