沼气发酵微生物的种类
沼气发酵
沼气发酵第一节概述一、定义：沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。
二、沼气的组成：沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷(CH4)，大约占60%，其次是二氧化碳(CO2)大约占35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。
不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。
例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为55%左右。
第二节沼气发酵的微生物学过程一、沼气发酵的微生物种类：第一类叫发酵细菌。
包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。
例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。
第二类叫产氢产乙酸细菌。
其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。
第三类细菌称产甲烷菌。
它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。
在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。
二、沼气发酵过程的三个阶段第一阶段是含碳有机聚合物的水解。
纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，以及氢气和二氧化碳；第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氢气和二氧化碳；第三阶段是产甲烷菌转化甲烷底物生成CH4和CO2。
另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程。
第三节沼气发酵原料的分类与特性自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼气发酵的原料。
人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、生活污水等。
在农村，也用农作物秸杆制取沼气。
沼气生产过程中的微生物学研究
沼气生产过程中的微生物学研究沼气是一种广泛应用于各个领域的能源，具有环保、经济等优点。
沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，其生产过程中主要依赖于微生物群落进行有机物质的分解和转化。
因此，沼气生产的微生物学研究非常重要。
一、沼气生产过程的主要微生物群落沼气的生产过程主要可分为四个阶段：适应期、酸化期、醇化期和甲烷酸化期。
每个阶段对应的微生物群落也有所不同。
1、适应期：此阶段的微生物群落包括厌氧产氢细菌、厌氧酵母和厌氧放线菌等。
它们会利用有机物质进行生长，但产生的产物并不是甲烷，而是氢气、乙酸等。
2、酸化期：在这个阶段，酸化细菌是主要的微生物群落。
它们可以将有机物质转化为短链有机酸，如乙酸、丙酸等。
这个阶段产生大量氢离子和二氧化碳，pH值下降。
3、醇化期：在这个阶段，厌氧酵母和厌氧细菌是主要的微生物群落。
它们可以将短链有机酸转换为乙醇和丙醇等醇类，同时产生二氧化碳和氢气。
4、甲烷酸化期：在这个阶段，甲烷菌是主要的微生物群落。
它们将乙酸、丙酸、乙醇、丙醇等醇类和二氧化碳转化为甲烷和二氧化碳。
二、微生物的代谢途径微生物在沼气生产过程中主要依赖几种不同的代谢途径，包括厌氧呼吸、发酵、甲烷酸氧化等。
1、厌氧呼吸厌氧呼吸是一种不需要氧气参与的过程，微生物利用多种有机物质，如葡萄糖、脂肪酸等，将其转换为有机酸、醇类等。
在这个过程中，微生物会产生氢离子和电子，最终氢离子和电子会被接受，生产出甲烷和二氧化碳。
2、发酵发酵是一种类似于厌氧呼吸的过程，微生物将有机物质通过分解和转化形成乙醇、丙醇、酸类和氢气等产物。
这个过程是微生物生长的主要来源之一。
3、甲烷酸氧化甲烷酸氧化是一种利用氧气参与的过程，微生物将甲烷酸或甲酸等化合物转化为二氧化碳和水。
此过程产生的能量也用于微生物的生长和代谢。
三、微生物的优化控制为了提高沼气的产率和质量，微生物的数量、种类和活性都需要得到控制和优化。
这个过程可以通过调整温度、pH值、有机物质浓度等因素来实现。
沼气发酵的原理与条件
沼气发酵的原理与条件利用微生物代谢作用产生各种产品的工艺过程称作发酵。
沼气发酵又称为厌氧消化，厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便，秸秆，杂草等）在一定的水分，温度和厌氧条件下，通过种类繁多，数量巨大，且功能不同的各种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合气体（沼气）的复杂生物化学过程。
沼气发酵是一个复杂的生物学过程，了解这一过程各种微生物的作用及其活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。
只要有了大量的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。
1·沼气发酵微生物的种类：沼气发酵微生物是一个统称，包括发酵性细菌，产氢产乙酸菌，耗氢产乙酸菌，食氢产甲烷菌，食乙酸产甲烷菌五大类。
这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的转化作用。
从复杂的有机物降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作相互作用而完成的。
在沼气发酵过程中，五大类群细菌形成一条食物链，从各自群细菌和生理代谢产物或它们的活动对发酵液ph值的影响来看，沼气发酵过程可分为水解，产酸和产甲烷阶段。
前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。
后二类活动可使各种有机酸转化为甲烷，因此，将其统称为甲烷菌。
A不产甲烷菌不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。
它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌，半纤维分解菌，淀粉分解菌，蛋白分解菌，脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌，产乙菌等。
B产甲烷菌产甲烷菌是沼气发酵的主要成分――甲烷的生产者。
是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，最适应ph值范围为中性或弱碱性。
它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。
2 沼气微生物的生长规律生物和生命以新陈代谢为基础，沼气发酵微生物的生长和代谢过程可分适应期，对数生长期，平衡期，衰亡期四个阶段。
A 适应期菌种刚刚接入新鲜的培养液中，细菌的各种生理机能需要有一个适应过程，细胞各种酶系统要经过一番调整，这一时期细菌并不马上繁殖。
沼气微生物
1、厌氧芽胞杆菌厌氧芽胞杆菌只有一个属，称梭状芽胞杆菌属（Clostridium），简称梭菌属，革兰氏染色阳性，都能产生芽胞，芽胞直径大多比菌体宽，使菌体膨大成梭形，故得名。
芽胞的形状和位置在鉴别上有意义。
大多数须在严格厌氧条件下才能生长，少数可在微氧环境中繁殖。
2、乳酸菌革兰氏染色阳性细菌的3、丙酸杆菌属（Propionibacterium）丙酸杆菌属拉丁学名(Propionibacterium Orla-Jensen,1909) 多形态杆菌，0.5～0.8μm×1～5μ m，常为圆端或尖端的棒状；有的细胞为类球状、分叉或分枝，但不成丝状。
细胞单个、成对或短链，呈V或Y字形出现，或方形排列。
革兰氏阳性，不运动，不生孢。
兼性厌氧，有不同程度的耐氧性；大多数菌株可在稍缺氧的空气中生长，在血琼脂上的菌落通常凸起，半透明，有光泽，呈乳到带红色。
4、AM真菌丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae, AM)，它是土壤共生真菌中分布最广泛的一类真菌,至少可以与200个科的20万个种以上的植物行共生生活。
①AM菌根对宿主的有益功能AM菌根侵染到宿主根部形成椭圆形泡囊，还将菌丝伸延到土壤中去，从而扩大了吸收面，帮助宿主吸收磷、钾、硫、钙、锌、铁、铜等营养元素及水分，使宿主的产量增加和品种提高。
最近又发现AM菌根对重金属的”解毒”功能及其他抗逆作用。
②AM菌根的生产和应用在其纯培养目前未能突破下，国内外的研究者利用各种人工培养大量的接种AM菌根的植物根，然后用这些侵染了VA菌根的植物根段和有大量活孢子的根际土为接种剂去接种作物，可以获得较好的增产和提高品质的效果。
由于生产量受限制，目前主要用于名贵花卉、苗木、药材和经济作物的接种，效果稳定，应用前景良好。
另外在植物组织培养快速育苗时接种AM 菌根，形成AM菌根的侵染苗也是一个较好的应用途径。
AM菌根的大面积应用与其纯培养的突破密切相关，应用中也会遇到与土著AM菌根竞争的问题，这些问题需要进一步研究解决。
沼气发酵过程的微生物学研究
沼气发酵过程的微生物学研究随着能源危机日益严重，人们对新能源的需求日益增加，而沼气作为一种清洁、可再生的新型能源备受人们的关注。
沼气是一种由有机废料发酵产生的气体，主要成分是甲烷、二氧化碳等。
在沼气发酵过程中，微生物扮演着重要的角色。
一、沼气发酵过程的微生物学基础沼气发酵过程的微生物学基础是由一系列微生物组成的复杂生态系统。
发酵过程中的微生物主要包括产气菌、消化菌、腐烂菌等。
这些微生物生长繁殖需要合适的温度、pH值、质量浓度、有机物质等，其中产气菌主要通过光合作用和厌氧呼吸将有机物质转化为甲烷，而消化菌和腐烂菌则是将有机物质分解为更小的有机分子，以供产气菌利用。
二、沼气发酵过程中微生物数量和种类的变化在沼气发酵过程中，微生物数量和种类的变化受到许多因素的影响，如温度、pH值、有机物质质量浓度等。
在开始阶段，消化菌和腐烂菌数量较多，且种类繁多，这是由于有机物质的分解还未达到高峰。
此时，产气菌数量较少。
随着有机物质的分解逐渐增多，产气菌开始快速生长繁殖，菌群也开始发生变化，消化菌和腐烂菌数量逐渐减少。
三、调节微生物群落结构增加产气菌数量在沼气发酵过程中，调节微生物群落结构可以改善产气菌数量，提高发酵效率。
目前，调节微生物群落结构的方法主要包括添加辅助菌和优化环境等。
其中添加辅助菌是通过引入一些具有特殊代谢特性的菌株来增加产气菌数量，从而促进沼气发酵。
此外，优化环境也可以改善微生物生长环境，促进产气菌的生长繁殖。
四、微生物群落结构研究的现状和发展前景微生物群落结构研究是沼气发酵过程微生物学研究的关键环节。
目前，对于沼气微生物群落结构的研究主要是通过高通量测序技术来实现。
相关研究结果表明，通过调节微生物群落结构可以有效地提高沼气发酵效率，同时还能改善沼气产生过程中的稳定性。
未来，随着高通量测序技术的发展和应用，沼气微生物群落结构的研究将会变得更加深入，同时对于沼气发酵过程中的微生物调控也将更加精确。
结语沼气发酵过程的微生物学研究是目前相关领域的热点研究方向。
沼气发酵的原理
沼气发酵的原理
沼气发酵原理是指通过有机物质在缺氧条件下发酵产生甲烷气体的过程。
主要包括以下几个步骤：
1. 垃圾处理：厨余垃圾、粪便等有机废弃物被投放到沼气池中。
2. 发酵过程：在缺氧条件下，这些有机废弃物被微生物分解，产生一系列的有机酸和气体，主要包括甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。
3. 微生物作用：发酵过程主要由两类微生物完成，一类是厌氧菌，它们在无氧条件下将有机物质分解成有机酸；另一类是甲烷菌，它们在有机酸的作用下将有机酸转化为甲烷。
4. 产气条件：沼气发酵需要一定的温度、PH值和湿度条件。
一般来说，温度在25-35摄氏度之间是最适宜的发酵条件，
PH值在6-7之间。
湿度则需要保持在相对湿度70-90%的范围内。
5. 压力调控：发酵过程中产生的沼气会被收集起来，通常通过压力调控系统调整沼气的压力，以确保沼气产生和储存的安全。
通过利用沼气发酵原理，可以将有机废弃物转化为可再生能源--沼气，减少了有机垃圾的排放量和对化石燃料的依赖，同时
还能起到环保和清洁能源的作用。
微生物与沼气发酵
微生物与沼气发酵摘要：本文介绍了沼气发酵的相关内容，主要描述参与沼气发酵过程的微生物，通过对微生物较为详细的介绍来体现它们在沼气发酵中的重要性，以及对废物资源的再利用，从而达到保护环境、优化产业结构的效果。
前言：资源、环境、人口、粮食是21世纪人类所面临的四大难题。
随着社会的发展各种自然资源趋于衰竭，环境也日益恶化，如何开发新能源来解决能源危机并保护生态环境成为世界关注的问题之一。
随着科学的发展，微生物的开发利用已经显露出极大的优势，利用微生物生产能源、处理环境污染物已取得了很大的成绩，沼气发酵就是微生物开发利用的方式之一。
1.沼气发酵1．1沼气的概念沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生成的一种可燃性混合气体，其主要成分是CH4和CO2，通常情况下，CH4约占60%左右，CO2约占40%左右，此外还有少量氢、氮气、一氧化碳、硫化氢和氨等。
沼气发酵广泛存在于自然界，如湖泊或沼泽中常常可以看到有气泡从污泥中冒出，将这些气体收集起来便可以点燃，所以叫它沼气。
1．2什么是沼气发酵沼气发酵又称厌氧消化，是指各种有机物在厌氧条件下，被各类沼气发酵微生物分解转化，最终生成沼气的过程。
地球上由于光合作用生成的有机物每年大约为4000亿吨，其中大约有5%在厌氧条件下被微生物分解掉。
人们利用这一自然规律进行沼气发酵，参与沼气发酵活动的微生物有以下五大类群：（1）发酵性细菌；（2）产氢产乙酸细菌；（3）耗氢产乙酸细菌；（4）食氢产甲烷菌；（5）食乙酸产甲烷菌。
各种复杂有机物，无论是固体或是溶解状态，都可以经微生物的发酵作用而最终生成沼气。
1．3沼气发酵的优势既可生产沼气用作能源，又可处理有机废物以保护环境，经沼气发酵后的沼渣、沼液又是优质的有机肥料。
沼气发酵是综合利用有机废物，保护生态环境，促进农业生产可持续发展的重要措施之一。
沼气燃烧后生成的二氧化碳，又可被植物吸收，通过光合作再生成有机物，因而沼气又是一种可再生能源。
沼气发酵-
大棚种植
• 增 施 沼气二氧化碳对蔬菜具有促进生长的 作用。
• 增 施 沼气二氧化碳具有提高果菜类结果率 的作用。
• 增 施 沼气二氧化碳具有提高蔬菜早期产量 和总产的作用。
• 增 施沼气二氧化碳具有提升产品质量的作用。
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残留物的利用
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残留物的分类
残留物
沼液
沼渣
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沼液的利用
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混合发酵研究状况
SCI论文数量
SS:污水污泥; OFMSW:城市固体
垃圾有机质成分 AM:动物粪便;IW:工业废弃物 P:植物.
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目录
• 沼气发酵概念及特性 • 沼气发酵技术 • 沼气发酵的产物及利用 • 沼气发酵的前景
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沼气发酵的产物
产物
沼气
沼液
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沼渣
沼气的利用
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1、能源短缺的压力将促使中 国农村沼气建设继续发展。
2、规模化畜禽养殖业的快速 发展促使中国沼气工程快速增长。
3、生态环境保护的压力将促 使政府继续增加对沼气建设的投资。
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目录
• 沼气发酵概念及特性 • 沼气发酵技术 • 沼气发酵的产物及利用 • 沼气发酵的前景
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一、沼气的概念与特性
• 什么是沼气
沼气是人畜粪尿等有机物质在一 定的水分、温度和厌氧条件下，经微生物发 酵转换而成的一种方便、清洁、优质、高品 位的气体燃料。
沼气的来源
沼气发酵是自然界中普遍而典型 的物质循环过程，按其来源不同，可分为天 然沼气和人工沼气两大类。
理
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沼渣的利用
沼 渣 是 沼气发酵后残留在沼 气池底部的半固体物质，含有丰富的有机质、 腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾和各种矿物质， 质地疏松，保湿性能好，且酸碱度适中，具 有速缓兼备的肥效特点。
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沼气发酵微生物的种类
沼气发酵微生物是一个统称，包含发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产沼气（CH4）菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。
这些微生物依照各自的养分必要，起着分歧的物资转化感化。
从庞杂有机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和彼此
感化而完成的。
在沼气发酵进程中，五大类群细菌组成一条食品链，从各群
细菌的心理代谢产品或它们的运动对发酵液pH值的影响来看，沼气
发酵进程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。
前三类群细菌的运动可
使有机物形成各类有机酸，是以，将其统称为不产甲烷菌。
后二类
群细菌的运动可使各类有机酸转化成甲烷，是以，将其统称为产甲
烷菌。
1.不产甲烷菌
不产甲烷菌能将庞杂的大分（fn）子有机物酿成简略的小分
子量的物资。
它们的种类繁多，依据感化基质来分，有纤维分化菌、半纤维分化菌、淀粉分化菌、卵白质分化菌、脂肪分化菌和一些特
殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
2.产甲烷菌
产甲烷菌是沼气发酵的主要成分--甲烷的发生者。
是沼气发
酵微生物的焦点，它们严峻厌氧，对氧和氧化剂很是敏感，最合适
的pH值范畴为中性或微碱性。
它们依附二氧化碳（CO2）和氢进展，并以废料的情势排出甲烷，是恳求进展物资最简略的微生物。
沼气微生物的进展纪律
生物和性命运动以新陈代谢为基本，沼气发酵微生物的进展
和代谢进程可分顺应期、对数进展期、均衡期、衰亡期四个时代。
1.顺应期
菌种方才接入新奇培育液中，细菌的各类心理性能必要有一
个顺应进程，细胞内各类酶体系要颠末一番调剂，这一时代细菌并
不立刻进行滋生（zh）。
顺应期的是非与细菌的种类及状况变更前
提有关。
例如，滋生速度快的酸化菌，一般顺应期较短，滋生速度
慢的产甲烷菌顺应期就较长。
此外接种量的几多，接种物所处的进
展发育阶段及其前后生涯前提都对顺应期的是非有所影响。
2.对数进展期
细胞颠末一段顺应后，渐渐以最快速度进行滋生，即按1、2、4、8、16的级关于沼气发酵的微生物数上升。
这一段时间内发酵产
品的增加速度随细胞数量的增加而上升。
假如微生物所处的状况前
提可以或许不竭获得更新，所需的养分物资可以或许实时获得供应
和（h）保障，这种增加速度可以一向坚持下去。
这就是持续投料发
酵可以获得高产气率的理论依据。
3.均衡期
微生物细胞颠末一按时代高速滋生后，由于养料的耗费和代
谢产品的积聚，以及其状况前提（如酸碱度，氧化还原势等）的变
更使得细胞滋生速度减慢，少数细胞开端死亡，是以表示在一按时
代内滋生速度与死亡速度相对均衡。
这一时代发酵液内细胞总数到
达最高程度，是积聚代谢产品的主要时代。
4.衰亡期
由于培育基中养分物资的显明削减，状况前提越来越不合适微生物的进展滋生，细胞死亡速度加速，以至细胞死亡数（sh）目大大跨越新生数量，活菌总数显明降落。
经由进程以上对微生物进展纪律的剖析，微生物在茂密进展期内进展的速度高，心理活性也最强，如实行这一时代的微生物进行接种就可以缩短顺应期。
在发酵工艺上，实行持续投料发酵的方式，可以包管微生物始终在顺应前提下茂密进展，从而获到较高的产气量。