剩余污泥厭氧消化技術(shù)研究文獻(xiàn)綜述1.1剩余污泥消化的定義及機(jī)理厭氧過程是指在沒有溶解氧和前驅(qū)物（如H2O）的環(huán)境中，污泥有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行新陳代謝的生物過程，并且由于電子受體的不同，厭氧過程可以分之為厭氧發(fā)酵和厭氧呼吸。厭氧發(fā)酵是指在黑暗的條件并且沒有外部電子受體下，有機(jī)物通過內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)，被專性或兼性厭氧菌分解的代謝過程。在此過程中，有機(jī)物質(zhì)既充當(dāng)電子受體也充當(dāng)電子供體。在產(chǎn)甲烷的過程中，有超過7成由此過程產(chǎn)生。厭氧呼吸是需要額外的電子受體來接受有機(jī)物降解時(shí)釋放出的電子，其中硫酸根、硝酸根、CO2可以作為電子受體。厭氧呼吸相對(duì)于厭氧消化時(shí)釋放的能量顯著增多，在產(chǎn)甲烷過程中大約占三成ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉旭冉</Author><Year>2019</Year><RecNum>160</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[53]</style></DisplayText><record><rec-number>160</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="aat2rt2p6tdvvde5revp5e56vr2sdvzesazv"timestamp="1620672276">160</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉旭冉</author></authors><tertiary-authors><author>王冬波,</author><author>楊麒,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>聚丙烯酰胺對(duì)剩余污泥厭氧消化過程影響行為的解析與調(diào)控</title></titles><keywords><keyword>剩余污泥</keyword><keyword>厭氧消化</keyword><keyword>聚丙烯酰胺</keyword><keyword>污泥預(yù)處理</keyword><keyword>生物降解</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher>湖南大學(xué)</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[53]。厭氧消化就是在無(wú)氧環(huán)境中，利用厭氧菌和兼性厭氧菌所進(jìn)行的生化反應(yīng)，從而降解污泥中的有機(jī)質(zhì)從而產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的一種工藝，他是一個(gè)多級(jí)的過程；在物生物的作用下，把污泥中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過層層轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)甲烷、二氧化碳、水、和硫化氫等物質(zhì)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>趙子升</Author><Year>2018</Year><RecNum>166</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[61]</style></DisplayText><record><rec-number>166</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="aat2rt2p6tdvvde5revp5e56vr2sdvzesazv"timestamp="1620674652">166</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>趙子升</author></authors><tertiary-authors><author>張耀斌,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>MEC及鐵材料強(qiáng)化剩余污泥厭氧消化及其機(jī)理研究</title></titles><keywords><keyword>碳電極</keyword><keyword>零價(jià)鐵</keyword><keyword>四氧化三鐵</keyword><keyword>微生物電解池</keyword><keyword>污泥厭氧消化</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>大連理工大學(xué)</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[61]。目前，厭氧消化的基本原理被廣為接受的是三段理論。過程中的三個(gè)階段分別為：（1）水解發(fā)酵階段；（2）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；（3）產(chǎn)甲烷階段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴曉虎</Author><Year>2011</Year><RecNum>167</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[62]</style></DisplayText><record><rec-number>167</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="aat2rt2p6tdvvde5revp5e56vr2sdvzesazv"timestamp="1620674805">167</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>戴曉虎</author></authors></contributors><auth-address>同濟(jì)大學(xué)城市污染控制國(guó)家工程研究中心;</auth-address><titles><title>我國(guó)城市污泥處理處置現(xiàn)狀及機(jī)遇</title><secondary-title>建設(shè)科技</secondary-title></titles><periodical><full-title>建設(shè)科技</full-title></periodical><pages>55-59</pages><number>19</number><keywords><keyword>污泥處理處置</keyword><keyword>污泥處理設(shè)施</keyword><keyword>污水廠</keyword><keyword>污泥穩(wěn)定化</keyword><keyword>城市污泥處理</keyword><keyword>污泥減量化</keyword><keyword>處置現(xiàn)狀</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><isbn>1671-3915</isbn><call-num>11-4705/TU</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[62]。整個(gè)厭氧消化過程的最終產(chǎn)物是CH4?？梢缘玫綀D1.3所示的厭氧消化過程圖SEQ圖表\*ARABIC1.3污泥厭氧消化流程Fig1.3TheprocessofWasteactivatedsludgeanaerobicdigestion1．水解階段溶出后的復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)在胞外進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步將復(fù)雜有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等）水解成低分子的單體或二聚體有機(jī)物（氨基酸、甘油、單糖等），該過程主要涉及生物水解過程。污泥不能直接使用高分子有機(jī)物，必須通過水解過程通過細(xì)胞膜吸收和代謝小分子有機(jī)物。細(xì)胞外水解酶的活性直接影響有機(jī)物的利用效率，通常水解階段是整個(gè)消化過程的限制階段。2．酸化階段細(xì)胞攝取低分子的有機(jī)物質(zhì)后，在細(xì)胞膜表面或細(xì)胞器表明進(jìn)行厭氧發(fā)酵，即酸化（acidogenesis）階段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2017</Year><RecNum>53</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[63]</style></DisplayText><record><rec-number>53</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="aat2rt2p6tdvvde5revp5e56vr2sdvzesazv"timestamp="1601269807">53</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,Y.L.</author><author>Wang,D.B.</author><author>Liu,Y.W.</author><author>Wang,Q.L.</author><author>Chen,F.</author><author>Yang,Q.</author><author>Li,X.M.</author><author>Zeng,G.M.</author><author>Li,H.L.</author></authors></contributors><titles><title>Triclocarbanenhancesshort-chainfattyacidsproductionfromanaerobicfermentationofwasteactivatedsludge</title><secondary-title>WaterResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>WaterResearch</full-title></periodical><pages>150-161</pages><volume>127</volume><dates><year>2017</year><pub-dates><date>Dec</date></pub-dates></dates><isbn>0043-1354</isbn><accession-num>WOS:000418219000016</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000418219000016</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.watres.2017.09.062</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[63]。該過程中低分子的有機(jī)物即作為電子受體也作為電子供體。污泥水解、酸化的過程，是一個(gè)互助的關(guān)系。水解和發(fā)酵過程均是由相同的污泥微生物來驅(qū)動(dòng)。先前的研究表明，水解過程所消耗的能量是來自于發(fā)酵微生物，該過程的化學(xué)能來自發(fā)酵細(xì)菌，酸化細(xì)菌為了獲得水溶性的低分子有機(jī)物，需要靠自身發(fā)酵體系分泌更多的水解酶。同時(shí)，酸化過程產(chǎn)生更多的有機(jī)酸代謝產(chǎn)物，降低了生化環(huán)境pH值，當(dāng)pH值下降導(dǎo)致水解酶活性抑制時(shí)，水解效率迅速下降，酸化過程也相繼減弱。整個(gè)厭氧發(fā)酵體系依靠水解和酸化兩個(gè)重要的代謝過程實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵系統(tǒng)的平衡。3．產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段是運(yùn)用酸化階段所產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸，然后再一次轉(zhuǎn)化為乙酸和H2，另外，在發(fā)酵過程的最后階段中短鏈脂肪酸的產(chǎn)生可以導(dǎo)致一些氫的產(chǎn)生。發(fā)酵細(xì)菌沒有完整的呼吸鏈電子傳輸鏈，脫氫會(huì)產(chǎn)生過量的電子。為了在細(xì)胞內(nèi)氧化和還原過程之間保持平衡，發(fā)酵微生物形成并釋放H2以確保平穩(wěn)狀態(tài)。因此，通過發(fā)酵直接生產(chǎn)H2是一些微生物采用的調(diào)節(jié)機(jī)制，以解決氧化還原過程中產(chǎn)生的過量電子。如丙酮酸脫羧后形成甲酸，甲酸的一部分或全部轉(zhuǎn)化為H2和CO2。4.產(chǎn)甲烷階段該階段是在產(chǎn)甲烷菌的作用下將上兩個(gè)階段所產(chǎn)生的H2和乙酸以及二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下所示.。在產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷菌主要分為兩類，一類為氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，以H2為基質(zhì)所產(chǎn)的甲烷占三成，一類為乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，以乙酸為基質(zhì)所產(chǎn)的甲烷占七成，。第一類甲烷菌主要利用氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，還有少許是利用甲酸為基底；乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌主要將酸化階段產(chǎn)生的乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。氫營(yíng)養(yǎng)形：4H2+CO2→2H2O+CH4（1.1）乙酸營(yíng)養(yǎng)形：CH3COOH→CH4+CO2（1.2）以上的厭氧消化各個(gè)階段是連續(xù)發(fā)生的，各階段之間相互關(guān)系且相互制約和影響ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張立國(guó)</Author><Year>2008</Year><RecNum>168</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[64]</style></DisplayText><record><rec-number>168</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="aat2rt2p6tdvvde5revp5e56vr2sdvzesazv"timestamp="1620675226">168</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>張立國(guó)</author></authors></contributors><titles><title>中溫兩相厭氧消化處理低有機(jī)質(zhì)剩余污泥效能研究</title></titles><dates><year>2008</year></dates><publisher>哈爾濱工業(yè)大學(xué)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[64]。1.2影響厭氧消化的因素厭氧消化是由一系列的微生物反應(yīng)組成，每個(gè)消化過程均是由相對(duì)應(yīng)的厭氧微生物進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在這系列的生物化學(xué)反應(yīng)中，多種因素均會(huì)對(duì)消化過程產(chǎn)生影響，例如溫度、酸堿度、C/N比、有毒物質(zhì)、固體停留時(shí)間等等。據(jù)研究記載，溫度對(duì)于剩余污泥消化過程來說是一項(xiàng)重要影響。它會(huì)改變污泥消化過程中微生物群落的多樣性，同時(shí)也會(huì)對(duì)體系中的主要功能酶造成影響。目前應(yīng)用較多的是中溫和高溫消化。在實(shí)際應(yīng)用中，中溫消化應(yīng)用較廣，但相比之下，高溫消化可以使剩余污泥中的有機(jī)物高效轉(zhuǎn)化，促進(jìn)消化過程中的水解和酸化過程。酸堿度（PH）是厭氧消化過程一項(xiàng)重要參數(shù)。利于產(chǎn)甲烷菌活性的適宜范圍在6.8-7.2，消化系統(tǒng)溫度維持在此范圍內(nèi)有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，防止酸化。據(jù)報(bào)道，厭氧消化系統(tǒng)進(jìn)料碳/氮比會(huì)對(duì)消化過程中產(chǎn)酸的類型和相對(duì)優(yōu)勢(shì)菌群產(chǎn)生直接影響。最適合厭氧微生物的碳/氮比為12-16，當(dāng)含氮量降低，碳/氮比大于16時(shí)，則可能會(huì)抑制厭氧消化過程中有機(jī)物的降解。剩余污泥中的含有的有毒有害物質(zhì)對(duì)厭氧消化過程中的微生物的活性影響。如高濃度氨氮、抗生素、重金屬、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等等。這些物質(zhì)會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒性。厭氧消化過程中有些微量元素濃度對(duì)消化反應(yīng)的進(jìn)程也起著重要的作用，微量元素的缺失會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷速率產(chǎn)生顯著影響。參考文獻(xiàn)[1] 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