UASB厌氧反应器优化工艺的研究(4)

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UASB反应器工艺系统组成

UASB反应器主要是靠污泥悬浮层区厌氧微生物与废水有机物发生的厌氧反应进行工作的，与大多数的厌氧生物处理工艺流程相似，是一种颇为复杂的生物反应过程。在厌氧反应处理过程中，复杂的厌氧微生物种群分解污废水中的有机物。厌氧降解污水中有机物的过程，最早提出的是两阶段理论，认为不产甲烷的发酵细菌和产甲烷的细菌共同作用来完成有机物的厌氧消化过程。

两阶段过程包括为酸化阶段和产甲烷阶段:第一阶段是经发酵性细菌水解和发酵作用后的复杂有机物，转化为分子量较小的醇类、脂肪酸、H2和CO2等。第二阶段是在产甲烷菌的作用下将第一阶段所产生一些发酵产物转化为CH4和CO2的过程。

当对厌氧微生物学的进行深入研究后，发现可以将厌氧消化的过程简单地划分为以上阐述的两个过程，但是这并不能真实反映出厌氧反应过程的本质，研究表明：在厌氧微生物学中，产甲烷菌是一类比较特别的古细菌（Archea），其除了在分类学和其特殊的学报结构以外最为主要的特点是：产甲烷细菌只能够利用一些较为简单的有机物来作为基质，其中一些简单的一碳物质如H2/CO2、甲醇、甲酸以及甲基胺类等是主要的几类，两碳物质中也只有乙酸，而其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类是不能被产甲烷菌所利用的。

在上世纪70年代，Bryant在实验中发现：被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌原来被认为只是一种，但实际上却由两种细菌共同组合而成，首先其中的一种细菌将乙醇氧化为乙酸和H2（也就是一种产氢产乙酸细菌），然后由另一种细菌利用上一步产物 H2和CO2来产生CH4（这是一种真正意义上的产甲烷细菌——嗜氢产甲烷细菌）；因而，Bryant提出了厌氧消化过程分为水解、发酵阶段，产氢产乙酸阶段，产甲烷阶段即“三阶段理论”。

主要可概括如下：一是水解、发酵阶段：首先复杂的有机物由厌氧菌胞外酶分解成为简单的有机物，例如纤维素经由水解而转化成较为简单的糖类、蛋白质则会被转化成为较简单的氨基酸、而脂类也会被转化成脂肪酸以及甘油等。然后经过厌氧发酵和氧化，在产酸菌的作用下这些简单的有机物继而转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸以及醇类等。二是产氢产乙酸阶段：丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等在产氢产乙酸菌的作用下转化成为乙酸、H2/CO2小分子物质。三是产甲烷阶段：最后乙酸和H2、CO2在产甲烷菌利用下产生CH4。

在三段论提出不久后的1979年，在第一届国际的厌氧消化会议上J.GZeikus提出了四种群说理论(即四阶段理论)。该理论表明参与厌氧消化的细菌，除了水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌以外，还有一个同型的产乙酸菌种群。这类菌能够把中间代谢产物的H2和CO2转化成为乙酸。

上述的四种群说理论将厌氧发酵过程分成四个阶段，各类群菌的有效代谢均相互密切的连贯，进而达到一定的平衡状态，不能够将其单独的分开，它们是相互制约且相互促进的过程。在第I类菌(水解发酵菌)作用下将复杂的有机物被转化为简单的有机酸和醇类，在第II类菌(产氢产乙酸菌)作用下继而将有机酸和醇类转化为甲醇、甲酸、H2/CO2、乙酸等。少部分H2和CO2在第III类菌(同型产乙酸菌)作用下转化为乙酸。最后，第IV类菌(产甲烷菌)作用下将乙酸、H2/CO2、甲醇、甲酸等进行从而分解得到最终的产物CH4和CO2。在厌氧消化过程如若存在硫酸盐，那么硫酸盐还原菌也将参与其中。

近年来随着对厌氧机理的多方面不断的发展与研究，以三阶段和四阶段理论为基础，人们己经进一步发现了，在厌氧降解过程中的物质和能量的转化和流通途径的相互关系。当前所了解到的较为清楚的步骤主要一共有9个，且每个步骤均有特定的微生物进行参与，并且在其各自所特有的酶的促作用下来完成。具体步骤简介如下：