污泥厌氧消化：原理、阶段及预处理方法

厌氧消化是一种普遍存在于自然界的微生物降解有机物的代谢过程，凡是有水和有机物存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧消化现象，使有机物经厌氧分解而产生CO2、H2S和CH4等气体。污泥厌氧消化技术作为一种高效的污泥处理技术，近年来备受关注。

厌氧消化的四个阶段

厌氧消化是一个极其复杂的过程，根据微生物的生理种群的不同，可以分为以下四个阶段：

水解阶段: 复杂的不溶性聚合物被水解酸化菌转化为简单的可溶性单体或二聚体（如氨基酸、单糖和甘油）。由于污泥细胞壁与胞外聚合物(EPS)会限制胞内物质的释放和再利用，导致水解阶段成为限制污泥厌氧消化的主要步骤。
产酸阶段: 水解过程中形成的组分在产酸过程中被分解，产酸细菌产生挥发性脂肪酸(VFA)、醇类和其他副产物。
产乙酸阶段: 水解产酸阶段产生的简单可溶性有机物在产氢产酸菌的作用下进一步分解为乙酸、二氧化碳和氢气等。
产甲烷阶段: 产甲烷菌将乙酸、H2和CO2转化为甲烷，其中约三分之二的甲烷直接来自于乙酸的分解。

预处理方法提高厌氧消化效率

水解过程是限制污泥厌氧消化产甲烷的主要步骤，可以通过污泥预处理达到较高的厌氧反应水解速率，常采用的预处理措施有物理处理、化学处理、超声处理等。研究表明，热预处理的效率更高，污泥的高温消化导致甲烷生产率提高160.8%。此外，超声预处理、添加碱等方法也能改善水解效果和甲烷产量。

总结

厌氧消化是一种复杂的微生物代谢过程，通过水解酸化菌、产氢产酸菌和产甲烷菌的协同作用，将有机物质分解为CO2、H2S和CH4等气体。预处理方法可提高水解速率和甲烷产率，为污泥稳定化处理提供了可行的途径。未来，随着对厌氧消化机理研究的深入和预处理技术的进步，污泥厌氧消化技术将在污泥处理处置领域发挥更大的作用。