厌氧微生物学与污水处理.

发酵基质的种类对主要发酵细菌的种群有十分明显 的影响。在富含蛋白质的厌氧消化液（如处理奶酪 厂废水的消化池）里，存在着蜡状芽孢杆菌、环状 芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、变异微 球菌、大肠杆菌、副大肠杆菌以及假单胞菌属的一 些种。在含有纤维素的厌氧消化液中，如处理植物 残体以及食草动物粪便的消化液中，存在蜡状芽孢 杆菌、巨大芽孢杆菌、产粪产碱杆菌、普通变形菌、 铜绿色假单胞菌、溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃拟杆菌 等。在富含淀粉的厌氧消化液（如处理淀粉废液、 酒精发酵残渣等的消化池）中，存在着变异微球菌、 尿素微球菌、亮白微球菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽 孢杆菌以及假单胞菌属的某些种。在硫酸盐含量高 的消化液（如处理硫酸盐制浆黑液的厌氧消化池） 里，存在着大量属于专性厌氧菌的脱硫弧菌属细菌。 在处理生活垃圾和鸡场废弃物的消化池里，属于兼 性厌氧菌的大肠杆菌和链球菌将会大量出现。
细菌分为不产甲烷菌和产甲烷菌 不产甲烷菌包括三类：发酵细菌、产氢产乙 酸细菌和同型产乙酸细菌
1.2不产甲烷菌及其作用 1.2.1发酵细菌 发酵细菌是一个非常复杂的混合细菌群，主 要属于专性厌氧细菌，包括梭菌属、丁酸弧 菌属和真细菌属等。该类细菌可以在厌氧条 件下将多种复杂有机物水解为可溶性物质， 并将可溶性有机物发酵，主要生成乙酸、丙 酸、丁酸、H2和CO2，所以也有人称其为水解 发酵细菌和产氢产酸菌。
发酵细菌的世代期短，数分钟到数十分钟即可 繁殖一代，另外，发酵细菌大多数为异养型细 菌群，对环境条件适应性特别强。
1.2.1.3发酵细菌的生化反应 在厌氧消化过程中，发酵细菌最主要的基 质是蛋白质、淀粉、脂肪和纤维素。这些有机 物首先在水解酶作用下分解为水溶性的简单化 合物，其中包括单糖、高级脂肪酸、甘油以及 氨基酸等。这些水解产物再经发酵细菌的胞内 代谢，除产生CO2、NH3、H2、H2S等无机物 外，主要转化为一系列有机酸和醇类物质而排 泄到环境中去。在这些代谢产物中，最多的是 乙酸、丙酸、乙醇、丁酸和乳酸等，其次是丙 酮、丙醇、丁醇、异丙醇、戊酸、琥珀酸等。
发酵细菌利用基质中存在的碳水化合物作为 生长的能源物质，有些利用基质代谢的中间 产物，如乳酸盐、甘油或碳水化合物的水解 产物。有些发酵细菌利用化合物作为能源表 现出多样性，如溶纤维丁酸弧菌和栖瘤拟杆 菌常发酵糖苷、多糖类和其他许多糖类。少 数发酵细菌利用氨基酸、多肽作为生长的主 要能源。有些发酵细菌利用化合物具有专一 性，如嗜淀粉拟杆菌，仅利用淀粉和淀粉的 水解产物、糊精、麦芽糖。
厌氧微生物学与污水处理
2012年12月
厌氧微生物学与污水处理 1、厌氧微生物学 2、废水厌氧生物处理的生物化学原理 3、影响厌氧生物处理的环境因素 4、厌氧生物处理的废水特征 5、生物脱氮除磷 6、厌氧生物处理工艺 7、生物制氢 8、硫酸盐还原菌厌氧生物处理废水 9、废水厌氧生物处理中的共基质代谢和种间协同 代谢作用 10、难降解有机物的厌氧生物降解 11、厌氧生物处理的研究和分析方法
1.2.1.2发酵细菌的功能和生存环境 发酵细菌在厌氧消化中起着特别重要的作用。 （1）将大分子不溶性有机物水解成小分子的水 溶性有机物，水解作用是在水解酶的催化作用 下完成的。水解酶是一种胞外酶，因此水解过 程是在细菌表面或周围介质中完成的。发酵细 菌群中仅有一部分细菌种属具有合成水解酶的 功能，而水解产物却一般可被其他的发酵细菌 群所吸收利用。(细菌之间的协同作用) （2）发酵细菌将水解产物吸收进细胞体内，经 细胞内复杂的酶系统的催化转化，将一部分供 能源使用的有机物转化为代谢产物，渗入细胞 外的水溶液里，成为参与下一阶段生化反应细 菌群吸收利用的基质（主要是有机酸、醇、酮 等）。（细胞外→细胞内→ 细胞外）
1、厌氧微生物学 1.1厌氧消化原理 1967年，布赖恩特(Bryant)报告认为消化经历 四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细 菌的胞外酶所水解；第二个阶段是酸化；在 第三阶段乙酸化阶段。进入甲烷化阶段之前， 代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶 段；第四阶段是甲烷化阶段。
厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件 下由多种微生物的共同作用，使有机物分解生成 ＣＨ4和ＣＯ2的过程。整个过程可以分为三个阶段： 第一阶段是复杂有机物在发酵细菌(产酸细菌)作用 下进行水解和发酵。例如，多糖先水解为单糖，再 通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、 丁酸、乳酸等；蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱 氨基作用产生脂肪酸和氨。第二阶段称为产氢，产 乙酸阶段,是由一类专门的细菌，称为产氢产乙酸 细菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸, Ｈ2和ＣＯ2。第三阶段称为产甲烷阶段，由产甲烷 细菌利用乙.2.2.1产氢产乙酸细菌的发现及其重要意义 1916年，俄国学者奥梅梁斯基（V.L.Omeliansky） 分离出第一株不产生孢子、能发酵乙醇产生甲烷 的细菌，称之为奥氏甲烷杆菌。1940年巴克 （ Barker）发现这种细菌具有芽孢，又改名为奥 氏甲烷芽孢杆菌。布赖恩特等人于1967年发表的 论文指出，所谓奥氏甲烷细菌实为两种细菌的互 营联合体：一种为能发酵乙醇产生乙酸和H2、能 运动、革兰氏阴性的厌氧细菌，称之为S菌株；另 一种为能利用H2产生甲烷、不能运动、革兰染色 不定的厌氧杆菌，称之为M.O.H菌株，亦能利用 H2产生甲烷的细菌。

一般来说，发酵细菌利用有机物时， 首先在胞内将其转化成丙酮酸，然后根据 发酵细菌的种类和控制环境条件（如pH值、 H2分压、温度等）而形成不同的代谢产物。 基质浓度大的时候，一般都能加快生化反 应的速率，基质组成不同时，有时会影响 物质的流向，形成不同的代谢产物。 代谢产物的积累一般情况下会阻碍生 化反应的顺利进行，特别是发酵产物中有 H2产生（如丁酸发酵）而又出现积累时。 所以，保持发酵性细菌与后续的产氢产乙 酸细菌和产甲烷菌的平衡和协同代谢是至 关重要的。
1.2.1.1发酵细菌种类、数量和营养 发酵细菌是复杂的混合菌群、主要包括纤维 素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、 脂肪分解菌、蛋白质分解菌等。1976年曾报 道了18个属的51种。到目前为止，已研究过 的就有几百种，在中温消化过程中，有梭状 芽孢杆菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细 菌属、双歧杆菌属和螺旋体等属的细菌；在 高温厌氧消化器中，有梭菌属和无芽孢的革 兰氏阴性杆菌。在中温发酵的水污泥中，每 毫升中发酵细菌的数量为108－109个，而以每 克挥发性固体计算含1010－1011个。