??? 細(xì)菌是完成水解酸化作用的主要微生物，可以統(tǒng)稱為水解與發(fā)酵細(xì)菌；還有一些專門分解或合成乙酸的細(xì)菌，這里可以把它們一起統(tǒng)稱為發(fā)酵產(chǎn)酸細(xì)菌。這些細(xì)菌大多數(shù)為專性厭氧菌，也有不少兼性厭氧菌，根據(jù)其生理代謝功能可分為以下幾類：
??? a、蛋白質(zhì)分解菌。這類細(xì)菌的作用是水解蛋白質(zhì)形成氨基酸，進(jìn)一步分解成有機(jī)酸、硫醇、氨和硫化氫。在一些消化池中，蛋白質(zhì)分解菌主要是革蘭氏陽性菌，其中梭菌占優(yōu)勢。非蛋白質(zhì)的含氮化合物，如嘌呤、嘧啶等物質(zhì)也能被其分解。
??? b、碳水化合物分解菌。這類細(xì)菌的作用是水解碳水化合物成葡萄糖，以具有內(nèi)生孢子的桿狀菌占優(yōu)勢。丙酮、丁醇梭狀芽孢桿菌能分解碳水化合物產(chǎn)生丙酮、丁醇、乙酸和氫等。這些梭狀芽孢桿菌是厭氧的、產(chǎn)芽孢的細(xì)菌，因此它們能在惡劣的環(huán)境條件下存活。
??? c、脂肪分解菌。這類細(xì)菌的功能是將脂肪分解成短鏈的脂肪酸，脂肪酸進(jìn)一步分解成甲烷和二氧化碳。在消化池中弧菌是占優(yōu)勢的脂肪分解菌。
??? d、纖維素分解菌。參與對(duì)纖維素的分解，纖維素的分解是厭氧消化的重要一步，對(duì)消化速度起著制約的作用。這類細(xì)菌利用纖維素并將其轉(zhuǎn)化為CO2、H2、乙醇和乙酸。
??? e、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌及同型產(chǎn)乙酸菌。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌在消化池中降解芳香族酸和其它有機(jī)酸而生成乙酸、H2；在降解奇數(shù)碳素時(shí)還形成CO2。丙酮酸是微生物降解碳水化合物的主要中間產(chǎn)物。一些產(chǎn)氫菌能在厭氧條件下轉(zhuǎn)化丙酮酸成乙酸、CO2并放出H2。同型產(chǎn)乙酸菌可將一碳化合物（如H2/ CO2或甲酸等）或多碳化合物代謝為乙酸。但與甲烷菌代謝H2/CO2的情況相比，同型產(chǎn)乙酸菌的作用也許在于發(fā)酵多碳化合物而不產(chǎn)生氫。無論何種情況，同型產(chǎn)乙酸菌代謝的最后結(jié)果是使系統(tǒng)維持低的氫分壓。
??? 水解和酸化階段在理論上可以區(qū)分，但是大量的研究結(jié)果表明，除去采用水解酶工藝外，在實(shí)際中的混合微生物系統(tǒng)中，即使嚴(yán)格控制條件，水解和酸化也是無法截然分開。這主要是因?yàn)樗饩且环N具有水解能力的發(fā)酵細(xì)菌，水解是耗能過程，發(fā)酵細(xì)菌付出能量進(jìn)行水解的目的，就是為了獲取進(jìn)行發(fā)酵的水溶性基質(zhì)，并通過胞內(nèi)的生化反應(yīng)取得，同時(shí)排出代謝產(chǎn)物(厭氧條件下主要為各種SCFAs )。
??? 2.2污泥發(fā)酵產(chǎn)酸影響因素
??? 污泥產(chǎn)酸很大程度上受到污泥性質(zhì)、環(huán)境因素（如溫度、pH、氧化還原電位等)、運(yùn)行參數(shù)(如水力停留時(shí)間、固體停留時(shí)間等)的影響。此外，污泥的種類、污泥粒徑、產(chǎn)酸采用的工藝類型及反應(yīng)器構(gòu)造等也在一定程度上影響污泥酸化產(chǎn)物的形成。
??? 1）? 水力停留時(shí)間（HRT）
??? HRT是水解反應(yīng)器運(yùn)行控制的重要參數(shù)之一,它對(duì)反應(yīng)器的影響隨著反應(yīng)器的功能不同而不同。對(duì)于單純以水解為目的的反應(yīng)器，HRT越長，被水解物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間也越長，相應(yīng)地水解效率也就越高。Eastman和Ferguson對(duì)城市污水初沉污泥的HRT與水解效率的研究結(jié)果表明，隨著HRT的延長，溶出COD的濃度就越高，亦即水解效率越高。
??? Elefsiniotis和Oldham采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）和完全混合式反應(yīng)器（CMR）研究了HRT對(duì)初沉污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的影響。結(jié)果表明：無論是UASB系統(tǒng)，還是CMR系統(tǒng)，當(dāng)HRT逐漸升高到12h時(shí)，產(chǎn)生的SCFAs的濃度和產(chǎn)率(單位為mgSCFAs/mgVSS·d)逐漸升高，并且沒有發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)生；當(dāng)HRT為12h，得到最大的產(chǎn)率大約為0.12mgSCFAs/mg VSS·d；當(dāng)HRT為15h時(shí)，觀察到了污泥的甲烷化；產(chǎn)生的SCFAs主要為乙酸和丙酸，UASB和CMR系統(tǒng)的數(shù)值略有些差別。
??? 2）? 污泥停留時(shí)間（SRT）
??? 污泥停留時(shí)間是指污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，在連續(xù)流反應(yīng)器中，SRT具有重要的參考意義。SRT與HRT是完全不同的兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)，然而，在多數(shù)研究厭氧消化水解酸化階段的文獻(xiàn)中，HRT和SRT幾乎是相同的，原因是他們采用的工藝是傳統(tǒng)的沒有固體回流的連續(xù)流運(yùn)行系統(tǒng)。有機(jī)物降解程度也是SRT的函數(shù)。由于甲烷菌的增殖較慢，對(duì)環(huán)境條件的變化十分敏感，要獲得足夠多的甲烷菌以及穩(wěn)定的消化效果就需要保持較長的污泥齡。因此，可以通過控制系統(tǒng)的SRT而使得厭氧消化過程處在水解發(fā)酵階段或產(chǎn)甲烷階段。
??? Miron等研究了SRT在初沉污泥消化中脂肪、糖和蛋白質(zhì)的水解和酸化，研究發(fā)現(xiàn)，糖的水解隨著SRT的增加而增加，大約有20％～60％的顆粒性物質(zhì)在產(chǎn)酸階段和甲烷化情況下水解。SRT在2－6d時(shí)，SCFAs占VSS含量的6％到26％之間。SCFAs濃度隨著SRT值增大、發(fā)酵固體濃度降低以及溫度上升而增加。SRT為5d時(shí)的產(chǎn)率最高，為0.26mgSCFAs/mgVSS，比SRT為2d時(shí)的產(chǎn)率高出30％。
??? Mahmoud等考察了不同SRT下，CSTR反應(yīng)器中初沉污泥水解和酸化的程度。研究表明，當(dāng)SRT分別為10、15、20和30d時(shí)，水解的有機(jī)物占進(jìn)水中總有機(jī)物的比例分別為23.85%、40.70%、41.40%和42.10%；酸化的有機(jī)物所占的比例為22.42%、39.03%、40.97和41.62%。
??? 有文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，初沉污泥在SRT=10～20d時(shí)的有機(jī)酸濃度比其在SRT=5d時(shí)濃度有明顯的提高，除此之外，有機(jī)酸的組成及其含量也受到SRT的影響。當(dāng)SRT 由5d增加到20d時(shí)，乙酸和丙酸的含量隨著SRT的增加而逐漸減少，丁酸的含量則逐漸增加；在SRT=10d時(shí)異丁酸、正戊酸、3-甲基丁酸和2-甲基丁酸的百分含量幾乎是SRT=5和20d的二倍。無論SRT如何變化，初沉污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸的主要組份為乙酸和丙酸，二者占總有機(jī)酸的80%左右。
??? Skalsky和Daigger研究了SRT對(duì)初沉污泥厭氧發(fā)酵的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SRT小于5d時(shí)，初沉污泥的有機(jī)酸濃度隨著SRT的增加而增大；在SRT為5d時(shí)，得到最高的有機(jī)酸濃度為0.26mgSCFAs/mgVSS；當(dāng)SRT進(jìn)一步增加到6d時(shí)，有機(jī)酸的濃度有所降低。
??? 因此，較長的SRT有利于污泥的水解發(fā)酵，然而，進(jìn)一步增加SRT并不能使得污泥水解酸化的程度大幅度的提高，相反過長的SRT則使得產(chǎn)生的有機(jī)酸被進(jìn)一步消耗。
??? 3） 溫度
??? 水解酸化細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)性很強(qiáng)，在低溫（5－20℃）、中溫（20－42℃）、高溫（42－75℃）、甚至在更高溫度(100℃以上)的情況下都能生存。溫度對(duì)水解酸化細(xì)菌的影響主要通過對(duì)酶活性的影響來影響微生物生長速率與基質(zhì)的代謝速率，因而與有機(jī)物的降解速率和污泥量的變化有關(guān)。
??? Skalsky和Daigger利用污泥進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)的泥齡控制在2d時(shí)，SCFAs在14℃下的生成速率比它在21℃下的生成速率降低了42%。Ferreiro和Soto在考察溫度對(duì)初沉污泥水解發(fā)酵的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)初沉污泥在10℃、20℃及35℃下的一級(jí)水解速率常數(shù)分別為0.038d-1、0.095 d-1和0.169 d-1，隨著溫度的升高，溶解性COD和SCFAs的濃度都有所增加。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)SCFAs的分布也有一定的影響，即對(duì)于大致相同的VSS濃度（約5g/L左右），當(dāng)溫度由10℃升至20℃再升至35℃的過程中，乙酸的含量逐漸升高，丙酸的含量逐漸下降，丁酸的含量則基本保持恒定。Mahmond等也報(bào)道當(dāng)系統(tǒng)的泥齡為10d時(shí)，污泥在25℃下水解和酸化的COD分別占進(jìn)水總COD的23.85%和22.42%，而在35℃下水解和酸化的COD分別為進(jìn)水總COD的41.1%和40.54%。這些結(jié)果表明，溫度升高有利于污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸。
??? 4）? pH值
??? 微生物對(duì)pH值有一個(gè)適應(yīng)范圍，但微生物對(duì)pH值的變化的適應(yīng)要比其對(duì)溫度變化的適應(yīng)慢得多。pH是影響酶活性的主要因素之一，因此適應(yīng)于每一種酶生長的pH有一定的范圍。大多數(shù)污泥厭氧水解菌與發(fā)酵產(chǎn)酸菌對(duì)pH有較大范圍的適應(yīng)性，水解和發(fā)酵產(chǎn)酸過程可在寬達(dá)3.5－10的范圍內(nèi)順利進(jìn)行。
??? 產(chǎn)酸菌自身對(duì)環(huán)境pH值的變化有一定的影響，而產(chǎn)酸菌對(duì)環(huán)境pH值的適應(yīng)范圍相對(duì)較寬，一些產(chǎn)酸菌可以在pH=5.5－8.5范圍內(nèi)生長良好，有時(shí)甚至可以在pH值為5.0以下環(huán)境中生長。以前的研究大多認(rèn)為酸性條件利用污泥發(fā)酵產(chǎn)酸，如Elefsiniotis等認(rèn)為，pH值范圍在4.3－7.0時(shí)，對(duì)初沉污泥發(fā)酵產(chǎn)酸影響不大，而pH值大于7.0時(shí)則抑制SCFAs的產(chǎn)生；最佳的pH值為5.5－6.5，pH值朝酸性方向或堿性方向移動(dòng)時(shí)，水解速率都將減小。但本課題組的研究卻發(fā)現(xiàn)，堿性條件可以更好的促進(jìn)污泥產(chǎn)酸，污泥在常溫(21±1℃)及8d的發(fā)酵時(shí)間內(nèi)，pH為8-10的短鏈脂肪酸濃度是pH為4-7的3-5倍。
??? pH值對(duì)有機(jī)酸的分布也有一定的影響，不同pH值下水解液中不同的揮發(fā)性有機(jī)酸的組成和相對(duì)含量不同。研究表明，丙酸的含量隨pH值的降低而增加，丁酸的含量則隨著pH值的升高而增加。pH值在4.3－4.6之間，有利于丙酸的產(chǎn)生；而pH值在5.9－6.2之間對(duì)丁酸的產(chǎn)生有促進(jìn)作用。Eastman和Ferguson研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值從7.0降低至5.0的過程中，丙酸在生成的有機(jī)酸中所占的比例逐漸增加。Zoetemeyer等人在考察葡萄糖厭氧發(fā)酵時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值在4.5－8.0的范圍內(nèi)，丙酸的含量在pH=4.5時(shí)最高。Yu 等人采用上向流反應(yīng)器考察了pH值（4.0－6.5）對(duì)乳制品厭氧發(fā)酵的影響，結(jié)果表明，在溫度為37℃，水力停留時(shí)間為12小時(shí)，pH值大于5.5時(shí)乙酸和丁酸為主要產(chǎn)物；pH值小于5.5時(shí)，丙酸為主要產(chǎn)物。
??? Horiuchi等用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬污泥連續(xù)厭氧酸化過程，認(rèn)為將反應(yīng)器中的pH值從6.0調(diào)至8.0，主要產(chǎn)物將從丁酸變?yōu)橐宜岷捅?，并且這個(gè)現(xiàn)象是可重現(xiàn)與可逆的，不受稀釋所影響。
??? 5）? 氧化還原電位(ORP)
??? 污泥發(fā)酵體系中所有能形成氧化還原電對(duì)的化學(xué)物質(zhì)的存在狀態(tài)決定著體系中的ORP值，厭氧狀態(tài)的主要標(biāo)志是污泥發(fā)酵液具有低的ORP值，其值為負(fù)值。
??? 不同的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)要求的ORP值不同；同一系統(tǒng)中，不同細(xì)菌要求的ORP值也不盡相同。研究表明，水解產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)ORP的要求不甚嚴(yán)格，甚至可以在+100~-100mV的兼性條件下生長繁殖，而甲烷細(xì)菌最適宜的ORP值為-350mV或更低?？梢姡绻勰鄥捬醢l(fā)酵的試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱双@取更多的可生化降解的物質(zhì)，則并不要求ORP值低于-350rnV以下，所以也并不需要使裝置保持嚴(yán)格的封閉狀態(tài)，杜絕空氣的深入，而且操作中帶入少量的溶解氧(Dissolved oxygen, DO)影響也不大。
??? Chiu等在采用堿液和對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理的系統(tǒng)中，測得ORP值在-50~-500mV間變化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)ORP值隨著SCOD值的增高而有所降低，當(dāng)SCOD值變化平緩時(shí)，ORP值在漸漸升高然后也趨于平緩。可見，ORP值的變化可以用來判斷SCOD的變化趨勢。Chang等在采用NaOH對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理的發(fā)酵系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)ORP值不僅與SCOD值有很好的線性關(guān)系(線性回歸的相關(guān)系數(shù)在0.96以上)，而且與系統(tǒng)中的pH值也呈直線變化，得到方程ORP=-47.06× pH+506.11(R2=0.98)?？梢?，加入H+或OH-進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，對(duì)SCOD等水解產(chǎn)物的變化有一定的影響。
??? 6）? 污泥性質(zhì)與粒徑
??? 污泥的主要成份為蛋白質(zhì)、碳水化合物及脂肪。在相同的條件下，多糖、蛋白質(zhì)和脂肪的水解速率依次減小。Yu和Fang考察了蛋白質(zhì)和多糖在55℃下的水解過程，他們發(fā)現(xiàn)多糖在2d內(nèi)水解完全，而蛋白質(zhì)在2d后才開始水解。對(duì)于同類有機(jī)物，分子量越大，水解越困難。比如，二聚糖比三聚糖容易水解，低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結(jié)構(gòu)來說，直鏈比支鏈易于水解，支鏈比環(huán)狀易于水解；單環(huán)化合物比雜環(huán)或多環(huán)化合物易于水解。
??? 污泥粒徑也是影響污泥水解酸化速率的重要因素之一。粒徑越大，單位重量有機(jī)物的比表面積越小，水解速率也越小。文獻(xiàn)中用可生物降解纖維素為代表性物質(zhì)，就粒徑對(duì)污泥水解過程的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，當(dāng)進(jìn)水中顆粒態(tài)有機(jī)物的濃度為8g/L、水解液pH值為5.6時(shí)，污泥的粒徑越小，水解液中溶解性的COD濃度就越高，表明水解速率越大。