沼气发酵的操作过程
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;
从有机物质厌氧发酵到形成甲烷,是非常复杂的过程,不是一种细菌所能完成的,是由很多细菌参与联合作用的结果。
(1)联合作用 从有机物到甲烷形成,是由很多细菌联合作用的结果。甲烷细菌在合成的最后阶段起作用。它利用伴生菌所提供的代谢产物H2、CO2等合成甲烷。整个过程可分以下几个阶段:
以上几个阶段不是截然分开的,没有明显的界限,也不是孤立进行的,而是密切联系在一起互相交叉进行的。
(2)种间H2的转移作用在沼气发酵过程中,产酸菌、伴生菌发酵有机物产H2,H2又被甲烷细菌用于还原CO2合成CH4。
伴生菌和甲烷细菌在发酵过程中形成了共生关系,S-菌系分解乙醇产H2,H2对它继续分解乙醇有阻抑作用,而MOH-菌系可利用H2,这样又为S-菌系清除了阻抑,两者在一起生活互惠互利,单独存在都生活不了。
(3)由乙酸产生甲烷乙酸是有机物在厌氧发酵过程中主要中间代谢产物,也是形成甲烷的重要中间产物。McCarty实验证明,有机物发酵分解产生乙酸形成甲烷,约占甲烷总生成量的72%,由其他产物形成甲烷约占28%。由乙酸形成甲烷过程也是很复杂的,用14C示踪原子试验表明,由乙酸形成甲烷有两种途径:
①由乙酸的甲基形成甲烷
②由乙酸转化为CO2和H2形成甲烷
沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程,包括各种不同类型微生物所完成的各种代谢途径。这些微生物及其所进行的代谢都不是在孤立的环境中单独进行,而是在一个混杂的环境中相互影响。它们之间的互相作用包括有不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的作用;不产甲烷细菌之间的作用和甲烷细菌之间的作用。