12第十二章厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术
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三、最佳发酵产物的选择和控制
Pipyn等从回收能量的角度认为，最适发酵产物宜选择乳 酸、乙醇。
任南琪等认为乳酸在进行产氢产乙酸过程中易形成丙酸副 产物，常可导致丙酸积累。选择以丁酸、乙醇和乙酸为最 适发酵产物更为适宜。
7
第二节 产甲烷细菌
产甲烷细菌利用有机或无机物作为底物，在厌氧条件下转 化形成甲烷。
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4)利用H2和CO2产甲烷菌（30% ） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
3
第一节 非产甲烷细菌
非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物 通过发酵作用产生挥发性有机酸和醇，往往使处 理构筑物中混合液的pH值保持在较低的水平。
14
二、产甲烷细菌的生态
1. 产甲烷细菌的分布 产甲烷细菌在自然界的分布极为广泛，在与氧气
隔绝，且无硫酸盐的环境中都可能有产甲烷细菌 的存在。 2. 产甲烷细菌在厌氧反应器中的数量 厌氧反应器中，产甲烷细菌的数量可用MPN法测 定，通过测定试管中有无甲烷存在，作为计数的 数量指标。一般认为，产甲烷细菌的数量与甲烷 产量成正比关系。 3. 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 15
避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在
6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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相对活性（％）
100
Leabharlann Baidu
80
60
40
20
0
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8
9
pH 值
pH值对产甲烷菌活性的影响
22
5. 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，
加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵 池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活 跃状态，以提高发酵池的负荷。
11
三、 产甲烷细菌的形态特征
分为杆状、球状、螺旋状和八叠球状四类。 产甲烷细菌均不形成芽孢，革兰氏染色不定，有
的具有鞭毛。
12
四、产甲烷细菌的营养特征
不同的产甲烷细菌生长过程中所需碳源是不一样的。在纯 培养条件下，几乎所有的产甲烷细节都能利用H2和CO2 生产甲烷。在厌氧生物处理中，绝大多数产甲烷细菌都能 利用甲醇、甲胺、乙酸，所以在厌氧生物处理反应设备中 最为常见。
产甲烷细菌属于古生菌。可利用H2还原CO2合成CH4，亦 可利用一碳有机化合物和乙酸为底物。
8
一、产甲烷细菌的生理特征
产甲烷细菌是严格专性厌氧菌 产甲烷细菌生长特别缓慢 产甲烷细菌对环境影响非常敏感 产甲烷细菌属于古细菌 产甲烷细菌分离培养比较困难
9
二、产甲烷细菌的分离
1. 分离产甲烷细菌应具备的条件 严格厌氧条件是分离产甲烷细菌的决定性因素。产甲烷细菌
遇氧后会受到抑制，失去活性，要求的氧化还原电位很低， 只有在 -330mV以下才能生长。 培养基中添加还原剂，如Na2S、半胱氨酸。 密封的培养容器气相中也要求无氧，可以向容器里充H2和 CO2比例为70:30。
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2. 分离产甲烷细菌的基本要点 在完全无氧的条件下制备培养基 往培养基里加还原剂——树脂天青 在无氧条件下分装试管 滚管
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3. 温度条件
据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌 氧法可分为常温消化、中温消化和高 温消化三种类型。 （1）常温消化（10～30 ℃） （2）中温消化（30～40 ℃ ） （3）高温厌氧消化（50～60 ℃ ）
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温度对厌氧消化过程的影响
有机物负荷 (g/L.d） 产气量（L/L.d）
8
有机负荷
产甲烷细菌在生活中需要某些维生素和微量元素。
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第三节 厌氧生物处理微生物生态学
一、非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
1. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物 2. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产甲烷细菌为非产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制 5. 非产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
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产气量
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2
2
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0
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25 30 35 40 45 50 55 60
温度（℃） 20
4. pH值
❖ 每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸 细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH
值范围较广，在4.5-8.0之间。
❖ 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适 宜pH值为7.0-7.2。
❖ 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲 烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，
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一、非产甲烷细菌的分类
发酵细菌群 产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
5
二、产酸发酵代谢产物的NADH/NAD+调节
非产甲烷细菌中缺乏电子传递体系，因而发酵过程中通过 脱氢作用所产生的“多余”电子，必须通过其他途径得以 “释放”，才能保证代谢过程的正常进行。
碳水化合物经EMP途径产生的NADH+H+，一般可通过 与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等发酵相偶联而得 以氧化为NAD+，从而保证NADH+H+平衡。
第四节 厌氧生物处理工艺学
一、厌氧生物处理工艺条件及其控制 1. 严格厌氧条件 厌氧是最关键的条件，必须修建严格密闭的构筑物，
才能保证沼气发酵正常进行。 2. 发酵原料条件 1）原料的C:N值 2）原料预先堆沤 3）原料的干物浓度
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3. 温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的， 一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。 在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化 效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。
第十二章 厌氧生物学原理及厌 氧生物处理技术
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厌氧生物处理是利用厌氧微生物达到废水、污泥 处理及获得沼气过程的统称。
厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程， 根据所含微生物的种属及其反应特征，可分为四 个主要阶段。参与厌氧消化的微生物类群总体上 可分为两大类：非产甲烷菌和产甲烷菌。
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厌氧处理的基本原理
第四节 厌氧生物处理工艺学
控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、
营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还
原电位、有毒物质等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主
要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步 骤。
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三、最佳发酵产物的选择和控制
Pipyn等从回收能量的角度认为，最适发酵产物宜选择乳 酸、乙醇。
任南琪等认为乳酸在进行产氢产乙酸过程中易形成丙酸副 产物，常可导致丙酸积累。选择以丁酸、乙醇和乙酸为最 适发酵产物更为适宜。
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第二节 产甲烷细菌
产甲烷细菌利用有机或无机物作为底物，在厌氧条件下转 化形成甲烷。
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4)利用H2和CO2产甲烷菌（30% ） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
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第一节 非产甲烷细菌
非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物 通过发酵作用产生挥发性有机酸和醇，往往使处 理构筑物中混合液的pH值保持在较低的水平。
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二、产甲烷细菌的生态
1. 产甲烷细菌的分布 产甲烷细菌在自然界的分布极为广泛，在与氧气
隔绝，且无硫酸盐的环境中都可能有产甲烷细菌 的存在。 2. 产甲烷细菌在厌氧反应器中的数量 厌氧反应器中，产甲烷细菌的数量可用MPN法测 定，通过测定试管中有无甲烷存在，作为计数的 数量指标。一般认为，产甲烷细菌的数量与甲烷 产量成正比关系。 3. 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 15
避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在
6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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相对活性（％）
100
Leabharlann Baidu
80
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pH 值
pH值对产甲烷菌活性的影响
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5. 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，
加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵 池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活 跃状态，以提高发酵池的负荷。
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三、 产甲烷细菌的形态特征
分为杆状、球状、螺旋状和八叠球状四类。 产甲烷细菌均不形成芽孢，革兰氏染色不定，有
的具有鞭毛。
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四、产甲烷细菌的营养特征
不同的产甲烷细菌生长过程中所需碳源是不一样的。在纯 培养条件下，几乎所有的产甲烷细节都能利用H2和CO2 生产甲烷。在厌氧生物处理中，绝大多数产甲烷细菌都能 利用甲醇、甲胺、乙酸，所以在厌氧生物处理反应设备中 最为常见。
产甲烷细菌属于古生菌。可利用H2还原CO2合成CH4，亦 可利用一碳有机化合物和乙酸为底物。
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一、产甲烷细菌的生理特征
产甲烷细菌是严格专性厌氧菌 产甲烷细菌生长特别缓慢 产甲烷细菌对环境影响非常敏感 产甲烷细菌属于古细菌 产甲烷细菌分离培养比较困难
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二、产甲烷细菌的分离
1. 分离产甲烷细菌应具备的条件 严格厌氧条件是分离产甲烷细菌的决定性因素。产甲烷细菌
遇氧后会受到抑制，失去活性，要求的氧化还原电位很低， 只有在 -330mV以下才能生长。 培养基中添加还原剂，如Na2S、半胱氨酸。 密封的培养容器气相中也要求无氧，可以向容器里充H2和 CO2比例为70:30。
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2. 分离产甲烷细菌的基本要点 在完全无氧的条件下制备培养基 往培养基里加还原剂——树脂天青 在无氧条件下分装试管 滚管
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3. 温度条件
据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌 氧法可分为常温消化、中温消化和高 温消化三种类型。 （1）常温消化（10～30 ℃） （2）中温消化（30～40 ℃ ） （3）高温厌氧消化（50～60 ℃ ）
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温度对厌氧消化过程的影响
有机物负荷 (g/L.d） 产气量（L/L.d）
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有机负荷
产甲烷细菌在生活中需要某些维生素和微量元素。
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第三节 厌氧生物处理微生物生态学
一、非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
1. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物 2. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产甲烷细菌为非产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制 5. 非产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
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产气量
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25 30 35 40 45 50 55 60
温度（℃） 20
4. pH值
❖ 每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸 细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH
值范围较广，在4.5-8.0之间。
❖ 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适 宜pH值为7.0-7.2。
❖ 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲 烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，
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一、非产甲烷细菌的分类
发酵细菌群 产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
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二、产酸发酵代谢产物的NADH/NAD+调节
非产甲烷细菌中缺乏电子传递体系，因而发酵过程中通过 脱氢作用所产生的“多余”电子，必须通过其他途径得以 “释放”，才能保证代谢过程的正常进行。
碳水化合物经EMP途径产生的NADH+H+，一般可通过 与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等发酵相偶联而得 以氧化为NAD+，从而保证NADH+H+平衡。
第四节 厌氧生物处理工艺学
一、厌氧生物处理工艺条件及其控制 1. 严格厌氧条件 厌氧是最关键的条件，必须修建严格密闭的构筑物，
才能保证沼气发酵正常进行。 2. 发酵原料条件 1）原料的C:N值 2）原料预先堆沤 3）原料的干物浓度
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3. 温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的， 一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。 在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化 效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。
第十二章 厌氧生物学原理及厌 氧生物处理技术
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厌氧生物处理是利用厌氧微生物达到废水、污泥 处理及获得沼气过程的统称。
厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程， 根据所含微生物的种属及其反应特征，可分为四 个主要阶段。参与厌氧消化的微生物类群总体上 可分为两大类：非产甲烷菌和产甲烷菌。
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厌氧处理的基本原理
第四节 厌氧生物处理工艺学
控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、
营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还
原电位、有毒物质等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主
要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步 骤。
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