好的，我們接著來詳細介紹水處理中的厭氧菌種。

如果說好氧菌是水處理中在“有氧環境”下**降解有機物的“主力軍”，那么厭氧菌就是在“無氧環境”下進行深度降解和能源回收的“特種部隊”。它們的工作原理、菌種構成和應用場景與好氧菌有顯著區別。

### 一、 厭氧菌的核心特點與作用

厭氧菌是指在**無分子氧**條件下生長，且氧氣對其有毒性抑制作用的微生物。它們通過**無氧呼吸**或**發酵**來分解有機物獲取能量。

在水處理中，厭氧菌的核心作用可概括為：

1.  ****降解大分子有機物**：將污水中復雜的、難降解的有機物（如纖維素、木質素、脂肪、蛋白質）分解為小分子物質。

2.  **產生沼氣（能源回收）**：*終將有機物轉化為以**甲烷**為主的沼氣，這是一種有價值的可再生能源，實現了“變廢為寶”。

3.  **大幅減少污泥產量**：厭氧菌的生長速率遠低于好氧菌，用于合成自身細胞的有機物比例低，因此產生的剩余污泥量比好氧工藝少得多（通常可減少50%-90%）。

4.  **無需曝氣，節能降耗**：由于不需要消耗能量進行曝氣，厭氧工藝的運行能耗極低。

### 二、 厭氧消化的三階段理論與核心菌群

厭氧消化是一個由多種不同功能的厭氧菌群協同完成的復雜過程，經典理論將其分為三個階段：

****階段：水解發酵階段**

*   **執行者**：**水解發酵菌**

*   **功能**：將大分子的碳水化合物、蛋白質和脂肪分別水解為單糖、氨基酸和長鏈脂肪酸，并進一步發酵成有機酸、醇、氨、二氧化碳和氫氣等。

*   **代表菌屬**：*梭菌屬*、*擬桿菌屬*、*鏈球菌屬*等。

**第二階段：產氫產乙酸階段**

*   **執行者**：**產氫產乙酸菌**

*   **功能**：將**階段產生的有機酸和醇類進一步轉化為乙酸、氫氣和二氧化碳。

*   **代表菌屬**：*互營單胞菌屬*、*互營桿菌屬*、*梭菌屬*等。

*   **特點**：這個階段在熱力學上非常敏感，需要與下一階段的產甲烷菌緊密配合（互營關系）。

**第三階段：產甲烷階段**

*   **執行者**：**產甲烷菌**（屬于古菌域，而非細菌域）

*   **功能**：這是厭氧消化的限速步驟和核心環節。產甲烷菌利用前幾個階段的產物生成甲烷。

    *   **途徑一（主要）**：約70%的甲烷由**乙酸**裂解產生。

    *   **途徑二**：約30%的甲烷由**氫氣**和**二氧化碳**合成。

*   **代表菌屬**：*甲烷八疊球菌屬*、*甲烷絲菌屬*、*甲烷桿菌屬*等。

這三個階段環環相扣，任何一環被打亂都會影響整個系統的穩定和效率。

### 三、 水處理中常見的厭氧菌種類與功能

| 菌種類型 | 代表屬 | 主要功能與特點 |

| :--- | :--- | :--- |

| **水解發酵菌** | *梭菌屬、擬桿菌屬* | “開路先鋒”，負責將大分子有機物破解為小分子，為后續菌群提供“食物”。 |

| **產氫產乙酸菌** | *互營單胞菌屬、互營桿菌屬* | “中間轉化者”，將有機酸和醇類轉化為產甲烷菌可直接利用的乙酸和氫氣。 |

| **產甲烷菌** | | **“核心發動機”**，負責產生甲烷。對環境變化（pH、溫度、毒性物質）極其敏感。 |

| · 嗜中溫產甲烷菌 | *甲烷絲菌屬、甲烷八疊球菌屬* | *常用，適宜溫度在35-38°C。 |

| · 嗜高溫產甲烷菌 | *甲烷嗜熱菌屬* | 用于高溫厭氧消化，溫度在55-60°C。 |

| **硫酸鹽還原菌** | *脫硫弧菌屬* | “競爭者”。在含硫酸鹽廢水中，會與產甲烷菌競爭乙酸和氫氣，產生硫化氫，抑制產甲烷菌并造成沼氣腐蝕。 |

### 四、 厭氧菌在水處理工藝中的應用

厭氧技術主要用于處理**高濃度有機廢水**和**污泥穩定化**。

1.  **升流式厭氧污泥床反應器**：

    *   **核心**：反應器底部形成的高濃度、高活性的**顆粒污泥**，其中包含了所有必需的厭氧菌群，形成一個微型的生態系統。

    *   **應用**：廣泛應用于釀酒、造紙、食品、化工等行業的高濃度廢水處理。

2.  **厭氧消化罐**：

    *   **核心**：用于處理市政污水處理廠產生的**剩余污泥**，使其穩定化（即不再腐敗發臭），同時產生沼氣用于發電或供熱。

    *   **應用**：幾乎所有大型市政污水處理廠的標準配置。

3.  **厭氧膜生物反應器**：

    *   **核心**：將AnMBR技術與膜分離相結合，能將所有厭氧菌完全截留在反應器內，實現極高的污泥濃度和出水水質。

4.  **水解酸化池**：

    *   **核心**：不完全的厭氧過程，只利用厭氧菌群完成****和第二階段**，將難降解的大分子有機物轉化為易降解的小分子有機物，提高后續好氧處理的效率和效果。

    *   **應用**：作為預處理單元，常用于城市污水處理或某些工業廢水處理。

### 五、 影響水處理厭氧菌活性的關鍵環境因素

厭氧菌，尤其是產甲烷菌，對環境要求極為苛刻。

1.  **氧化還原電位**：必須嚴格厭氧，ORF通常要求 **< -300 mV**。

2.  **溫度**：極其重要。分為**中溫厭氧**和**高溫厭氧**。溫度波動對產甲烷菌是致命打擊。

3.  **pH值**：**范圍非常窄，通常在 **6.8-7.5** 之間。pH降低會導致有機酸積累，進一步抑制產甲烷菌，造成“酸化”現象，使系統崩潰。

4.  **堿度**：足夠的堿度（通常以碳酸鈣計）至關重要，它能中和消化過程中產生的有機酸，維持系統的pH穩定。

5.  **有毒物質**：氨氮、硫化物、重金屬、部分抗生素等都對厭氧菌，特別是產甲烷菌，有強烈的抑制作用。

6.  **營養與碳氮比**：需要維持適當的C:N:P比例，通常為 **（350-500）:5:1**。

### 總結：厭氧菌與好氧菌的對比

| 特征 | 好氧菌 | 厭氧菌 |

| :--- | :--- | :--- |

| **氧氣需求** | 必需 | 有毒，必須隔絕 |

| **能量效率** | 高（產泥多） | 低（產泥少） |

| **產物** | CO?, H?O, 大量污泥 | CH?, CO?, 少量污泥 |

| **能源消耗** | 高（需曝氣） | 極低（無需曝氣） |

| **能源回收** | 無 | 產生沼氣 |

| **處理速率** | 快 | 慢（水力停留時間長） |

| **應用廢水** | 中、低濃度廢水 | 高濃度有機廢水、污泥 |

| **系統敏感性** | 相對較強 | 非常敏感，啟動慢 |

總而言之，厭氧菌種是水處理中實現**能源回收、污泥減量和處理高濃度廢水**的關鍵。它們雖然“嬌貴”且啟動管理復雜，但其獨特的優勢使其在現代可持續污水處理技術中占據了不可或替代的重要地位。