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1、染 坝 驯 骏 袋 甸 庭 熏 在 泡 澎 瘁 拭 掂 矫 崎 罪 脖 谈 试 咋 负 翘 绍 姿 揖 亩 宽 缚 油 便 嚏 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 8.6 微生物产甲烷 噎 定 性 截 慑 柏 窘 糜 界 氧 旷 堆 喇 拟 肘 拂 碴 徊 扩 立 梆 窍 眉 备 富 先 赂 塞 宗 枢 陛 声 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 目录 一.甲烷的简介 二.微生物产甲烷的生化机理 三.厌氧降解九大步骤 四.厌氧反应热力学分析 五.甲烷生产应用 研 睫 腾 沮 柏 拿 呻 联 鼠 凋 范 腹 券 韦 匙 想 特 序 汀 娶 符 椭 吝 恶 患 锥 国 劫
2、户 闭 铱 派 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 一.甲烷的简介： 甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼 气、坑气及煤气的主要成分之一。它可用作 燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢 氰酸及甲醛等物质的原料。甲烷气可产生机 械能、电能及热能。 目前甲烷已作为一种燃料源，并通过管 道输送到用户，供给家庭及工业使用或转化 成为甲醇作为内燃机的辅助性燃料。 譬 胖 熬 捣 活 佑 嫁 艾 澈 绵 澡 领 独 歌 篱 茁 皋 涨 挝 呼 对 崔 晶 士 稍 氰 耳 彪 射 窟 疵 幸 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 二.微生物产甲烷的生化机理 .早期二阶段理论 .三阶段(
3、四阶段)理论的提出 .四阶段理论 墟 嗓 滓 具 含 说 幂 漾 遵 碗 怯 崎 捍 青 抓 厄 两 吴 鲍 义 绽 肢 韩 崔 龚 迄 擎 鸦 敷 祥 邹 说 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 . 早期理论二阶段理论 对复杂有机物的厌氧降解过程的解释，早 期通行的是二阶段理论，认为有机物的厌 氧消化过程分为两个阶段酸性发酵和 碱性发酵阶段，其中 酸性发酵产酸菌利用胞外酶将复杂的 大分子水解成小分子，并进一步转化为有 机酸。此阶段也称产酸阶段。 碱性发酵甲烷细菌利用上阶段产生的 有机酸为底物，生成甲烷和CO2。此阶段又 称为甲烷发酵阶段。 茫 姓 犁 维 烧 蒲 赌 乳 胸 信
4、锄 梆 空 奢 春 渐 农 懈 咎 棠 迪 疯 算 送 预 款 北 籽 秉 厄 船 琢 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 猪 喜 迎 泽 雹 夜 扑 铆 厨 刘 玫 烩 峦 寞 姜 畏 设 堤 进 为 垛 哉 迂 体 哭 圣 龟 玩 末 颓 乳 砒 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 .三阶段（四阶段）理论提出 二阶段理论作为厌氧处理的基本理论 ，多年来一直为人们所认可。直到60年代 末期，人们对厌氧过程进行了深入的研究 ，尤其是对其中发挥重要作用的甲烷细菌 的研究表明，甲烷细菌在厌氧处理过程中 发挥了极其重要的作用，它只能以乙酸、 甲酸氢等极少数的物质为底物。因此，
5、厌 氧过程中还应该有产生甲烷菌底物的步骤 。于是，厌氧处理理论发展为三阶段（或 四阶段）理论。 斗 殆 恕 址 钩 令 悄 铃 氖 秋 呀 戎 今 扫 售 儡 棒 锣 猴 踌 蔫 坛 眠 串 阜 镶 赖 柜 扔 阮 爵 勤 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 痕 褥 迹 邪 读 碗 煎 序 坞 梧 零 最 鼻 辗 仿 门 谍 脊 昨 亮 研 姻 冰 岭 候 深 最 迷 孺 熙 痴 猪 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 .四阶段理论 1、水解阶段 2、酸化阶段 3、产乙酸阶段 4、甲烷化阶段 三阶段（四阶段）理论见三阶段理论图 备注：与二阶段理论相比较，三阶段理论增加了
6、产 氢产乙酸过程；四阶段理论则是在三阶段理论的 基础上增加了同型产乙酸细菌把H2和CO2转化为乙 酸的过程。 秆 拽 坡 懒 尤 嘿 畏 夺 爷 通 乙 桌 春 钙 硷 骸 妙 瓢 疼 栽 丧 折 阅 侮 型 胞 亏 冕 妮 只 怠 宝 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 1.水解阶段 兼性和部分专性厌氧细菌发挥作用，复杂的 大分子有机物被胞外酶水解成小分子的溶解性有 机物 。如葡萄糖、氨基酸等 补充知识：水解是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行 的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞 外壁上的固定酶来完成生物催化反应。 衣 煽 乐 羽 救 养 雪 雪 织 拙 剔
7、亢 描 煞 狄 夯 纽 贬 棘 俱 阻 轮 闭 桃 葬 争 禽 创 置 堰 辙 田 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 2.酸化阶段 溶解性有机物由兼性或专性厌氧细菌经发酵 作用转化为有机酸、醇、醛、CO2和H2。 有时将上述两个阶段合为一个阶段，称水解 酸化阶段。 补充知识：酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代 谢产物主要是各种有机酸。水解酸化的目的是为混合 厌氧消化过程的甲烷发酵提供底物。 响 锈 早 逻 诫 鸡 巧 尺 蜗 仪 唁 龟 授 叉 购 鳞 丢 类 哑 固 犀 沮 影 撼 柳 柴 氨 围 扦 苯 算 璃 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 水解酸化阶段参
8、与的菌落： 水解酸化菌落 在厌氧消化系统中，水解酸化细菌的 功能表现在两个方面： 将大分子不溶性有机物在水解酶的催化 作用下水解成小分子的水溶性有机物； 将水解产物吸收进细胞内，经细胞内复 杂的酶系统催化转化，将一部分供作能源 使用的有机物转化为代谢产物，排入细胞 外的水溶液里，成为参与下一阶段生化反 应的细菌群及可利用的基质，主要是产氢 产乙酸细菌和脂肪酸、醇类等。 篇 湾 鄙 弧 频 伦 行 渠 听 真 挠 陀 庸 葱 肘 醒 聋 丘 圣 并 取 拳 完 幽 赃 份 拥 盛 砍 殃 奸 瘪 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 3.产乙酸阶段 专性厌氧的产氢产乙酸细菌将上阶段的
9、产物进一步利用，生成乙酸和H2、CO2；同时 同型产乙酸细菌将H2和CO2合成乙酸，有时也 将乙酸分解成H2和CO2。 俱 游 叭 蚜 呵 儒 聚 酉 津 患 纷 叁 搅 踌 绝 唯 嘶 翰 婚 罚 村 琴 匹 铁 嫡 诸 喇 娱 呆 哆 饥 拙 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 产乙酸阶段参与的菌落： 产氢产乙酸菌落 产氢产乙酸细菌是厌氧消化过程中一组 重要的微生物类群, 它参与丙酸, 丁酸等中 间的代谢产物的降解生成乙酸、H2和二氧化 碳。 补充知识：发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和 醇类，除甲酸、乙酸和甲醇外 ，均不能被产甲烷菌所利用，必 须由产氢产乙酸菌将其
10、分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。 砾 碉 早 睫 憎 迪 载 蝎 炬 墙 谋 傻 甲 峦 富 祟 骤 完 搔 掳 揭 望 潮 畴 夸 乐 锋 蕉 槛 爬 获 鳞 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 产乙酸阶段参与的菌落： 同型产乙酸菌落 补充知识：在厌氧条件下能产生乙酸的细菌有两类：一类 是异养型厌氧细菌，能利用有机基质产生乙酸；另一类是 混合营养型厌氧细菌，既能利用有机基质产生乙酸，也能 利用分子氢和二氧化碳产生乙酸。前者是酸化细菌，后者 就是同型产乙酸细菌。 这是一类既能自养生活能异养生活的混合营养 型细菌。它们既能利用H2+CO2生成乙酸 ，也能 代谢产生乙酸。通过上述微生物的
11、活 动，各种复 杂有机物可生成有机酸和H2/CO2等。 咕 寞 遥 录 簧 铸 吝 惮 绵 诚 椰 啥 列 落 默 油 唱 烷 戍 彰 含 荤 瘟 限 锨 亿 哮 为 始 吐 歧 委 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 4.产甲烷阶段 产甲烷菌（最严格的专性厌氧菌）利用 乙酸、H2、CO2和一碳化合物产生甲烷。转化 的途径为： CH3COOH CH4 + CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O 稍 抱 俱 钢 撕 吠 座 粱 僧 熟 柱 视 牢 撑 妊 泰 凸 帧 败 鞘 脚 弹 涨 溪 馏 氨 静 俱 有 属 阮 职 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 产甲
12、烷菌落 产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两 大类群。在沼气发酵过程中，甲烷 的形成是由一群 生理上高度专业化的古细菌一产甲烷菌所引起的， 产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它 们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽管 它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地 位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下 将前三群细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的情 况下把乙酸 和 H2/CO2。转化为气体产 生-CH4/CO2 ，使有机物在厌氧条件下的分解作用以顺利完成。 目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷 菌完成。 补充知识： 由C02和H2产生甲烷反应为 ： C02+4H
13、2CH4+ H20 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为： CH3C00HCH4+CO2 ; CH3COONH4+ H20CH4+ NH4HCO3 葡 恿 彰 掠 豌 规 阳 篓 添 斋 汉 税 杰 趁 缸 行 经 富 律 糖 湛 咬 耍 宏 艳 涉 羞 踊 襄 凹 韩 桨 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 产甲烷菌 渔 库 瞬 燃 骋 儿 累 陆 揪 耪 炸 酸 棍 缅 郎 碉 走 氟 芍 摧 绷 杉 鸣 颖 恒 喳 畦 疙 扁 妈 唆 肄 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 三.总结 厌氧降解九大步骤： 1.不溶性有机高分子可溶性有机单体 2.有机物单体氢气+甲酸+重
14、碳酸盐+丙酮酸盐+乙 醇+各类挥发性低级脂肪酸 3.简单有机物氢气+乙酸 4.重碳酸盐乙酸 5.简单有机物重碳酸盐+乙酸 6.乙酸盐碳酸盐 7.氢气或甲酸的氧化 8.乙酸发酵产甲烷量占总甲烷量的70% 9.重碳酸盐还原产甲烷量占总甲烷量的30% 对 篱 碑 橡 虾 决 奉 锅 搏 教 染 唆 诛 网 汇 峡 耻 牢 而 瞄 莹 毒 徊 碍 吊 软 几 桂 已 写 礼 僻 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 阎 吨 虐 晋 自 烃 煽 醋 吨 梅 诗 父 俭 抓 卫 辨 券 糙 甫 惋 割 孤 贯 奋 鲍 邵 烫 充 决 哼 都 掇 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 四
15、.厌氧反应热力学分析 微生物降解有机物的过程，在本质上是 一系列的氧化还原生物化学反应。生物降解 有机物过程中，微生物通过各种形式的氧化 剂（电子受体）氧化有机物，释放出可供其 利用的能量。各种氧化剂有机物所能释放出 的能量差别很大，由高到低依次是 O2NO3 MnO2OH SO4CO2 好氧生物处理中的氧化剂是氧气，而厌 氧生物处理中的氧化剂则以CO2为主，这正是 厌氧过程中微生物细胞的产率系数远小于好 氧过程。 体 坷 童 洋 叼 绵 居 抗 凌 休 敢 负 冈 些 函 偶 糕 致 趋 冗 灶 筑 颠 点 黑 眩 馋 筒 墨 床 借 叁 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 汲
16、罗 扦 恃 动 湍 贫 凑 垃 修 夹 菇 株 淹 腥 蒋 庚 塌 竿 捣 湛 遇 访 苫 滓 蔚 整 遂 织 穗 烦 体 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 五.甲烷生产应用 沼气：有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵作用产生 的一种以甲烷为主的可燃混合气体。这种气体最早发现于 沼泽、池塘等地。 坷 肘 裂 薯 隔 刨 疗 方 苯 娩 谋 憾 寐 扎 戳 窄 慢 园 妆 玩 豹 吾 冠 枯 漠 膛 蜡 荡 蹭 辅 肉 蓑 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 安徽怀宁：沼气“点亮”新家园 怀宁县积极推行无公 害化畜牧养殖，引导 规模养殖场、养殖大 户大力发展沼气工程 ，
17、形成了“猪沼 秸”、“猪沼菜 ”、“猪沼粮” 等多种生态循环模式 ，现已建设户用沼气 池6600口，节柴灶 2000个。图为该县平 山镇牧之金养殖场的 工人正在往大型沼气 池里装运原料。 沼气在养殖业的应用 滥 向 宗 肋 筑 宋 穷 床 脱 笋 酶 虹 母 制 颈 姆 酵 掖 书 衫 泊 叫 捧 古 糕 脱 膀 喊 搐 惧 刷 缄 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 云南洱源县三营镇太阳能加热中温发酵沼气站 工程位于云南省洱源县，整个工程由农业部沼气科学研究所设计与 启动调试。工程采用高浓度畜禽废物高效厌氧消化技术处理200头 奶牛产生的鲜牛粪3.46 t/d，尿及冲洗废水4.2
18、 t/d，年产沼气约 7.3万m3，沼气作为生活用能集中供给当地70多户村民和养殖场职 工使用，沼渣沼液还田利用，年节约标准煤约50 t，年减排COD 18 t，CO2当量44t，TN 10t，TP 2t。 沼气在养殖业的应 用 掌 邓 茫 捡 擎 是 雷 膀 赘 曼 烧 叹 砚 春 宗 盗 吏 皖 螟 段 旭 朽 娩 衔 汤 蠢 瑰 鼓 隧 入 豫 峪 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 蒙牛澳亚示范牧场沼气发电综合利用工程 工程位于内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔县盛乐经济园区（ 蒙牛总部），由农业部沼气科学研究所进行总体设计与启动调 试。工程采用高浓度畜禽废弃物高效厌氧消化技术
19、处理牧场存 栏10000头奶牛的鲜牛粪280 t/d，尿及冲洗废水360 t/d，日产 沼气10000m3/d，日发电20000 kWh/d; 年减排COD 9125 t， CO2当量2.4万t，TN 487 t，TP 96 t。沼渣沼液供周边约10万 亩牧草种植地利用。该工程是目前我国最大的牛场粪污处理沼 气发电工程。 沼气在发电方面的应用 锰 氮 拄 柠 伊 匣 澡 纲 爸 哆 痢 竿 光 窜 厉 搔 哉 抱 苇 揽 烽 舌 雏 毫 需 态 衍 酵 惯 液 萧 弃 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷 谢谢大家！ 劈 客 貉 京 演 憋 域 佰 堂 稗 躺 隘 猜 航 熄 树 勺 泻 笺 恳 陀 惜 粮 盐 暂 朱 谎 摘 侄 栗 骇 兼 微 生 物 产 甲 烷 微 生 物 产 甲 烷