微生物产甲烷

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<三>.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。
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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。
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。
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Baidu Nhomakorabea
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<二>.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，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。
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水解酸化阶段参与的菌落： 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：
①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；
②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。
补充知识：① 由C02和H2产生甲烷反应为 ： C02+4H2—CH4+ H20
② 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为： CH3C00H—CH4+CO2 ; CH3COONH4+ H20—CH4+ NH4HCO3
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产甲烷菌
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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。
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二.微生物产甲烷的生化机理 <一>.早期二阶段理论
<二>.三阶段(四阶段)理论的提出
<三>.四阶段理论
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<一>. 早期理论——二阶段理论
CH3COOH → CH4 + CO2 CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
产甲烷菌落
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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。
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3.产乙酸阶段
专性厌氧的产氢产乙酸细菌将上阶段的 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。
产乙酸阶段参与的菌落： 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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：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。
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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：
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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
一.甲烷的简介： 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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。
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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。
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分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。
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产乙酸阶段参与的菌落：
同型产乙酸菌落
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。通过上述微生物的活 动，各种 复杂有机物可生成有机酸和H2/CO2等。