表面活性剂烷基糖苷促进活性污泥发酵生产短链脂肪酸的研究(3)
1.2.1 厌氧消化技术原理
污泥厌氧消化过程复杂，凭借其成本较低、生物质产出率高等优势成为大多数污水厂采用的生物处理方法之一。在厌氧消化的三个阶段（水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段[9]）中，污泥中的各类微生物将有机物分解，并使其趋于稳定。
第一阶段是水解酸化，该过程发生在污泥厌氧消化初始阶段。大分子有机物在水解菌作用下被水解为小分子有机物，即可溶性糖、可溶性蛋白质与脂肪转化为氨基酸、甘油、脂肪酸、单糖及二氧化碳、氢等。具体表现为大分子有机物扩散到微生物细胞的周围（或表面）后被水解酶水解为小分子有机物，之后这些小分子有机物又被释放在溶液中，反复进行这一过程直到微生物能够直接同化利用水解产物[10,11]。
第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段产生的小分子有机物进一步分解为以SCFAs为主的末端产物，并分泌到细胞外。若能够将消化过程长时间的停留在这一阶段，那么消化液中就会积攒大量的SCFAs，从而可以将此消化液用作污水处理厂中脱氮除磷的碳源。同时，在小分子有机物进行降解的过程中，发酵阶段的SCFAs也被降解为乙酸、二氧化碳和氢气[1]。
第三阶段是产甲烷菌利用第二阶段的产物进行产甲烷的过程，其中利用氢和二氧化碳生成甲烷是其中的一种途径，另一种途径是以乙酸为底物进行脱羧反应。
上述厌氧消化的三阶段是瞬时连续发生的，它们之间相互依存、不可或缺。有机物的水解过程为酸化阶段提供微小的基质，这些基质可以被微生物直接吸收利用；酸化阶段的产物直接作为甲烷化阶段的底物。因此，只有每一阶段产生的中间产物能够被微生物吸收利用，厌氧过程才会继续进行下去；反之，产物的不断累积会严重阻碍污泥厌氧消化过程。
1.2.2 厌氧消化的影响因素
污泥厌氧消化过程中受到很多因素的影响，众多研究者对温度、pH、污泥泥龄、氧化还原电位(ORP)、C/N、污泥粒径和污泥的类型性质等因素进行了研究。
1.2.2.1 温度
简单来说，温度在污泥厌氧发酵过程中的影响主要表现在：（1）温度影响了水解酸化过程中菌类体内的酶活性，从而得以影响其生长速率以及微生物的数量、产酸速率等；（2）温度影响消化过程中生化反应的反应方向以及大部分物质在水中的溶解性，从而影响了产物的形成；（3）温度还会影响工程应用时的运行成本[12]。针对温度因素的影响，Banerjee等[13]对初沉污泥和工业废水的混合物（1:1）进行了研究。实验结果显示，将HRT设置为30h的情况下，30℃时SCFAs的产量比22℃时明显增多。此研究在一定程度上说明了温度的上升有利于水解产酸过程的进行。
1.2.2.2 pH
微生物对pH值的变化比较敏感，不适宜pH都会对微生物的生长繁殖造成影响，主要表现在：（1）pH过低时，各种菌类表面所带的电荷会发生变化，从而影响微生物对营养物质的吸收；（2）pH不适宜会导致有机物的离子化作用，使微生物间接受到影响；（3）同温度类似，pH同样会影响菌体内的酶活性；（4）不适宜的pH会影响菌类对温度变化所引起环境改变的抵抗能力。Banerjee等[13]在研究中发现，将某些废水加入到污泥中进行消化产酸实验时，pH值调至6以下污泥不会产生甲烷气体，当pH调至4.5时有利于产酸量的增加。
1.2.2.3 固体停留时间
污泥泥龄指的是在反应器中微生物的平均停留时间，直接影响消化效果的好坏。较长的污泥泥龄有助于获得更多的甲烷菌以及稳定持久的消化效果，因此，可以通过控制污泥泥龄使系统处于水解发酵阶段或者产甲烷阶段。Elefsiniotis和Oldham[14]通过研究发现，若保持其它变量一致，仅仅将SRT从5天增加至10~20天，此时污泥的产酸量有显著的提高，同时产酸速率也加快了将近一倍。
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