一、厭氧消化池

1. 工作原理

厭氧消化是以成分復雜的有機物為基質，由多種群兼性厭氧和專性厭氧微生物參與的復雜代謝過程。在厭氧消化過程中存在基質鏈與生物鏈的交互作用。廢水的厭氧生物處理是在無氧和無其他氧化物存在下，厭氧微生物將復雜的無機化合物降解，轉化為簡單、穩定的無機化合物，并釋放能量。甲烷和二氧化碳是主要終產物，也有N2、H2、NH3、H2S出現。

有機物的厭氧分解是涉及多種微生物生理類群的復雜生物化學反應。大批學者研究了生化過程中不同階段的能量水平不同營養功能菌群的代謝途徑和不同微生物的形狀等。

依據微生物生理類群的代謝差異，Zeikus 提出的“三段四菌群"學說是目前普遍為人接受的觀點，它提出厭氧消化是在四個微生物菌群(水解菌群、產氫產乙酸菌群、同型產乙酸菌群、產甲烷菌群)的作用下完成。其過程可以分為三個階段。

第一階段為水解發酵階段（也稱酸化）。此階段，通過兼性水解發酵菌（即產酸菌）的代謝活動，將復雜有機物——碳水化合物、蛋白質和脂類等發酵成為有機酸、醇類、CO2、H2、NH3和H2S等。第二階段為產氫產乙酸階段。這一階段，主要通過專性厭氧的產氫產乙酸菌的生理活動，將第一階段細菌的代謝產物--丙酸及其他脂肪酸、醇類和某些芳香族酸轉化為乙酸、CO，和H。第三階段為產甲烷階段。主要是由產甲烷菌利用第一階段、第二階段產生的乙酸，CO2，H2(還有甲酸、甲醇和甲胺)等為主要基質，最終轉化為CH和 CO2。產甲烷菌包括兩種特異性很強的細菌:一群產甲烷菌主要利用H把CO還原為CH(也可利用甲酸);另一群產甲烷菌主要以乙酸為基質(也可利用甲醇和甲胺)，把它分解為CH和CO2。在這一階段中，據研究還有一種同型產乙酸菌可把CH。和CO2合成為乙酸。

厭氧消化是一個多種群多層次的混合發酵過程，在這個復雜的系統中，細菌種群之間存在著互相依存、互相影響和互相制約的關系，其代謝產物之間在 系統內也存在著動態平衡。

厭氧消化池中水處理中用來代替化糞池。

二、厭氧消化的影響因素

影響厭氧反應的因素很多，其主要因素是氧化還原電位、溫度和pH值

1.氧化還原電位

厭氧系統中氧化還原電位(OPR)可表示厭氧反應器中含氧濃度，對甲烷菌的影響極為明顯。甲烷菌細胞內具有許多低氧化還原電位的酶系統，當體系中氧化態物質的標準電位高且濃度大時，這些酶系統將被高電位不可逆轉地氧化破壞，使甲烷菌的生長受到抑制甚至死亡。

氧是厭氧發酵系統中拒絕存在的氧化態物質，極少量的氧存在即能毒害甲烷菌的生長一般認為參與中溫消化的甲烷菌要求環境中維持的氧化還原電位低于-350mV;對參與高溫消化的甲烷菌則應低于-600~-500mV。

2.溫度

根據甲烷菌對溫度的適應范圍，可將甲烷菌分為三類:低溫菌、中溫菌和高溫菌。低溫菌的適應范圍為20~25℃，中溫菌為30~45℃，高溫菌為45~75℃。經鑒定，甲烷菌中,低溫菌較少，大多數為中溫菌，而高溫菌的種類也較多。溫度對甲烷菌的影響要比產酸細菌的影響大得多，這種影響十分明顯地表現在影響細胞內部的生長繁殖速度、甲烷產量及細胞外部的環境條件三個方面。實際上，在所說的溫度范圍內，產甲烷菌并沒有特殊的溫度限制，只是在一定的溫度范圍內被馴化后，溫度稍有升降(士2℃)都嚴重影響消化的進行，尤其是高溫消化對溫度變化的敏感性。

3.pH值

厭氧處理過程中，水解細菌和產酸細菌均對PH值有較大的適應性，等你PH值對甲烷菌的生長也有重要影響。影響表現在如下方面：影響菌體及酶系統的生理功能和活性；影響環境的氧化還原電位；影響基質的可利用性。大多數中溫甲烷細菌的最適PH值范圍約在6.8~7.2之間，但各種甲烷菌的最適PH值也有差別，從6.0~8.5各不相同

4.營養物質

厭氧微生物除了對氮和磷兩種元素的需求外，硫也是微生物生物代謝的所需成分，但所需量較少。與好氧過程相比，由于厭氧過程大大減少了生物體的合成量，所以對其他營養的需求都相應減少。一般認為，厭氧過程中有機物和氮、磷之比為COD:N:P-200:5:1即可。

5.代謝時間

為了保證代謝作用，生物處理需要足夠的接觸時間(HRT)，所需的代謝時間與基質的性質有關。簡單的低分子量VFA、糖和乙醇可以在數分鐘內代謝，而大的、復雜的或氯化的分子需要數小時甚至幾天的時間。厭氧反應過程中必須注意保證有機物代謝的充足時間。此外，厭氧反應的影響因素還有微量元素、毒物等。

三、厭氧消化的優缺點

1.厭氧處理的優點

厭氧廢水處理技術有其明顯的優點。

①厭氧廢水處理是把環境保護、能源回收與生態良性循環結合起來的綜合系統的核心技術，具有較好的環境效益與經濟效益。

②厭氧廢水處理技術是一種非常經濟的技術，它在廢水處理成本上比好氧處理便宜得多，特別是對中等以上濃度(COD>1500mg/L)的廢水。

③厭氧處理不但能源需求很少而且能產生大量的能源。據報道，每處理1t含COD的廢水，厭氧法只需要耗電2.7x10°(75kW·h)，而好氧法需耗電36x10°J(1000kW. h)。理論上，厭氧法每除去1kgCOD可產生035m的純甲烷氣(0℃、1.013x10°Pa下)。純甲烷的燃燒值為393x10J/m，高于天然氣353x10J/m的燃燒值，每立方米甲烷可發電864x10J(2.4kw·h)，因此甲烷是很好的能源。含甲烷約60%~80%的沼氣可用作鍋爐。

④厭氧廢水處理技術處理設備負荷高，占地少。厭氧反應器容積負荷比好氧法要高得多，單位反應器容積的有機物去除量也因此要高得多，特別是使用新一代的高速厭氧反應器。

⑤厭氧方法產生的剩余污泥量比好氧法要少得多，且剩余污泥脫水性能好，濃縮時不使用脫水劑，因此剩余污泥處理很容易。

⑥厭氧方法對營養物的需求小。一般認為，若以可生物降解的COD(CODaD)為計算依據。好氧法中氮、磷的需求量為CODu:N:P=100:5:1，而厭氧方法則為(350~500):5∶1。

⑦厭氧方法可處理高濃度的有機廢水。

⑧厭氧方法的菌種可在終止供給廢水與營養的情況下保留其生物活性與良好的沉淀性能至少一年以上。

⑨厭氧系統規模靈活，設備簡單，易于制作，無需昂貴的設備。

2.厭氧處理的不足

厭氧方法用于大規模工業廢水的處理只是近20年間的事，該技術的發展尚不充分，其經驗與知識的積累有一定的局限性。作為一種新的技術，它的不足之處主要體現在如下幾點。

①由于產甲烷菌的敏感性和專性厭氧微生物酶系統對氧的不穩定性，使反應器中的菌群對環境微小的變化比好氧系統表現得更加敏感。因此，厭氧系統的啟動時間較長，短的二三個月，長的達半年甚至一年之久，嚴重影響了厭氧工藝在污水處理中的應用。

②厭氧方法雖然負荷高，但其出水COD濃度高于好氧處理，原則上仍需要后處理才能達到較高的排放標準。

③厭氧微生物對有毒物質較為敏感。因此，對于有毒廢水性質了解不足或操作不當，嚴重時可導致整個反應器運行條件的惡化，使反應器“酸化"。