沼氣發(fā)酵的原理.doc

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1、沼氣發(fā)酵的原理沼氣發(fā)酵又稱厭氧消化，是指各種有機(jī)物在一定的水分、溫度、厭氧條件下，被各類沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，最終生成沼氣的過程。(說明：①I、II為三階段理論，②I、II、II、IV、為四類群理論)沼氣發(fā)酵過程的液化階段　　用作沼氣發(fā)酵原料的有機(jī)物種類繁多，如禽畜糞便、作物秸稈、食品加工廢物和廢水，以及酒精廢料沼氣發(fā)酵中食物鏈和能量分配圖等，其主要化學(xué)成分為多糖、蛋白質(zhì)和脂類。其中多糖類物質(zhì)是發(fā)酵原料的主要成分，它包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等。這些復(fù)雜有機(jī)物大多數(shù)在水中不能溶解，必須首先被發(fā)酵細(xì)菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微

2、生物所吸收利用。發(fā)酵性細(xì)菌將上述可溶性物質(zhì)吸收進(jìn)入細(xì)胞后，經(jīng)過發(fā)酵作用將它們轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。在沼氣發(fā)酵測定過程中，發(fā)酵液中的乙酸、丙酸、丁酸總量稱為中揮發(fā)酸(TVA)。蛋白質(zhì)類物質(zhì)被發(fā)酵性細(xì)菌分解為氨基酸，又可被細(xì)菌合成細(xì)胞物質(zhì)而加以利用，多余時(shí)也可以進(jìn)一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氫等。蛋白質(zhì)含量的多少，直接影響沼氣中氨及硫化氫的含量，而氨基酸分解時(shí)所生成的有機(jī)酸類，則可繼續(xù)轉(zhuǎn)化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂類物質(zhì)在細(xì)菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可進(jìn)一步按糖代謝途徑被分解，脂肪酸則進(jìn)一步被微生物分解為多個(gè)

3、乙酸。沼氣發(fā)酵過程的產(chǎn)酸階段　　產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌　　發(fā)酵性細(xì)菌將復(fù)雜有機(jī)物分解發(fā)酵所產(chǎn)生的有機(jī)酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被產(chǎn)甲烷菌所利用，必須由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將其分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。　　耗氫產(chǎn)乙酸菌　　耗氫產(chǎn)乙酸菌也稱同型乙酸菌，這是一類既能自養(yǎng)生活能異養(yǎng)生活的混合營養(yǎng)型細(xì)菌。它們既能利用Hz+c0z生成乙酸，也能代謝產(chǎn)生乙酸。通過上述微生物的活動(dòng)，各種復(fù)雜有機(jī)物可生成有機(jī)酸和Hz/c0z等。沼氣發(fā)酵過程中的產(chǎn)甲烷階段　　產(chǎn)甲烷菌的類群　　產(chǎn)甲烷菌包括食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群。在沼氣發(fā)酵過程中，甲烷的形成是由一群生理上高度專業(yè)化的古細(xì)菌一產(chǎn)

4、甲烷菌所引起的，產(chǎn)甲烷菌包括食氫產(chǎn)甲烷菌和食乙酸產(chǎn)甲烷菌，它們是厭氧消化過程食物鏈中的最后一組成員，盡管它們具有各種各樣的形態(tài)，但它們在食物鏈中的地位使它們具有共同的生理特性。它們在厭氧條件下將前三群細(xì)菌代謝終產(chǎn)物，在沒有外源受氫體的情況下把乙酸和H2/CO2。轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)生-CH4/CO2，使有機(jī)物在厭氧條件下的分解作用以順利完成。目前已知的甲烷產(chǎn)生過程由以上兩組不同的產(chǎn)甲烷菌完成。　?、儆蒀02和H2產(chǎn)生甲烷反應(yīng)為：C02+4H2—CH4+H20　　②由乙酸或乙酸化合物產(chǎn)生甲烷反應(yīng)為：　　CH3C00H—CH4+CO2;CH3COONH4+H20—CH4+NH4H

5、CO3　　產(chǎn)甲烷菌的生理特性　?、佼a(chǎn)甲烷菌的生長要求嚴(yán)格厭氧環(huán)境　　產(chǎn)甲烷菌廣泛存在于水底沉積物和動(dòng)物消化道等極端厭氧的環(huán)境中?！　、诋a(chǎn)甲烷菌食物簡單產(chǎn)甲烷菌只能代謝少數(shù)幾種碳素底物生成甲烷?！　、郛a(chǎn)甲烷菌適宜生存在pH值中性條件下　　④產(chǎn)甲烷菌生長緩慢