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简述沼气发酵三阶段及相互关系。
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。
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。
沼气发酵的原理与条件目前，沼气池已经进入千家万户，成为农村家庭不可缺少的基础设施之一，为农民生活提供了优质生活燃料，为农村生产提供了高效有机肥料。
但是在实践中经常出现沼气池建好了，原料也装上了，就是产气不好，甚至有不产气的情况。
这是为什么呢？本人多年从事农村能源工作，在此想根据我工作、学习的体会与家有沼气池的农民朋友进行一下交流探讨。
首先让我们了解一下沼气发酵的原理和保证沼气发酵正进行的条件。
一、沼气发酵的原理沼气发酵是指各种有机物（如人畜粪便、秸秆、青草等）在厌氧（没有氧气）条件下，被各类沼气发酵微生物（也叫沼气细菌）分解转化，最终生成沼气的过程。
这是一个有多种沼气发酵微生物参加、非常复杂的生物学过程，在这一过程中，这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。
从复杂有机物的降解，到甲烷（沼气中主要的可燃成分，约占55—70%）的形成，就是由它们分工合作和相互作用来完成的。
这些微生物按其在沼气发酵中的作用可分为两类：一是不产甲烷菌。
它们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、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
二是产甲烷菌。
它们是甲烷的生产者，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。
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。
在沼气池中，发酵原料生成沼气，是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的，一般认为这个过程大体上分为三个阶段：1、水解发酵阶段。
固体的有机物通常不能进入微生物体内为微生物利用，只有将固体有机质水解成分子量较小的可溶性物质才可以进入微生物细胞内被进一步分解利用。
这个将不容于水的大分子物质变成能溶于水的小分子物质的过程，就叫做水解，它是由一些好氧和厌氧微生物完成的。
2、产酸阶段。
各种可溶性的物质在微生物的细胞内继续分解转化成低分子物质，同时也有一部分氢、二氧化碳等无机物释放出来，但这一阶段中的主要产物是乙酸，约占70%以上，所以称为产酸阶段。
沼气发酵的原理
沼气发酵是一种利用生物分解有机废弃物产生可燃气体的过程。
其主要原理是通过一系列微生物的作用，将有机废弃物中的可分解有机物转化为沼气，同时产生有机肥料。
沼气发酵过程可以分为四个阶段：水解、酸化、乙酸酸化和甲烷生成。
在水解阶段，酶的作用下，有机废弃物中的复杂有机物质转化为简单的可溶解有机物。
这些有机物被一些酸性细菌进一步分解，产生乙酸、氢气、二氧化碳和少量的乙醇等物质。
在酸化阶段，乙酸细菌将乙酸氧化为乙酸盐，同时产生更多的氢气和二氧化碳。
而在乙酸酸化阶段，甲烷细菌将乙酸盐转化为甲烷和二氧化碳。
最后，在甲烷生成阶段，甲烷细菌将乙醇和氢气产生的二氧化碳与已经生成的乙酸酸盐继续进行反应，产生更多的甲烷和二氧化碳。
最终，产生的甲烷被收集起来，用作燃料，而剩余的废料则可用于制成有机肥料。
需要注意的是，沼气发酵过程需要一定的温度和湿度条件，并且要保持适当的pH值。
适宜的微生物群落结构和有机物的供
应量也是影响沼气发酵效果的重要因素之一。
总之，沼气发酵是利用微生物的作用将有机废弃物转化为可燃气体的过程，具有环保和可再生的特点。
这一过程通过多个阶段的微生物反应，将有机废弃物转化为沼气和有机肥料，有效地实现了能源和资源的回收利用。
产生沼气的基本原理是
通过微生物分解有机物产生的一种混合气体。
沼气主要是由甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）组成，还包含少量的硫化氢（H2S）、氮气（N2）和氢气（H2）等成分。
沼气的产生是在缺氧条件下，由厌氧微生物（如甲烷菌、乙酸菌等）分解有机物质产生的。
有机物质主要来自生物废弃物（如人和动物的粪便、农作物残渣等）和有机垃圾。
当这些有机物质进入沼气池或沼气发酵池后，经过一系列微生物作用，先是由酸性细菌将有机物质分解为醋酸等有机酸，再经过甲烷菌的作用，将有机酸分解为甲烷和二氧化碳。
整个反应过程涉及多个步骤，包括水解、酸化、产甲烷和成熟等阶段。
在产甲烷阶段，甲烷菌通过对有机酸的降解，产生甲烷和二氧化碳。
同时，沼气池内的厌氧环境和一定的温度条件也是沼气产生的重要因素。
沼气的产生是一个复杂的微生物过程，需要适宜的温度、pH值、营养物质和水分等条件来维持微生物的生长和代谢活动。
通过合理管理和控制这些条件，可以提高沼气的产量和质量，实现沼气的高效利用。
沼气发酵产生沼气的原理
沼气发酵产生沼气的原理是通过微生物的发酵作用将有机物质分解成沼气成分。
具体来说，沼气发酵过程主要包括以下几个步骤：
1. 垃圾装入沼气池：将有机废弃物、粪便等有机物装入密闭的沼气池中。
2. 发酵阶段：在沼气池中，有机物质被厌氧微生物（包括细菌、放线菌和古细菌）分解为可供微生物利用的有机质。
这些微生物以厌氧的方式进行代谢，分解有机物质，产生沼气、有机酸和其他可溶性有机物。
主要的代谢过程是酸化阶段和甲烷生成阶段。
3. 酸化阶段：在酸化阶段，有机物质被厌氧细菌分解为有机酸、醇和二氧化碳等。
这些产物会使反应液呈酸性，并发酵过程的温度升高。
4. 甲烷生成阶段：在甲烷生成阶段，产酸细菌进一步将有机酸和醇分解为甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），同时还会产生少量的氮气和硫化氢等气体。
这些产物就是我们所说的沼气。
总体来说，沼气发酵通过厌氧微生物的作用，将有机物质分解为沼气和其他有机物质。
发酵过程是在没有氧气的环境下进行的，主要产物是甲烷。
因此，沼气发
酵是一种既能有效处理有机废弃物，又能产生可再生能源的环保技术。
甲烷乙烷的制作方法和原理
甲烷和乙烷是两种常见的烃类化合物，它们可以通过不同的方法和原理制备。
甲烷的制作方法：
1. 天然气提炼：甲烷是天然气的主要成分之一，可以通过天然气的提炼过程获取。
2. 生物发酵：甲烷可以通过生物发酵过程产生，例如在沼气池中，细菌分解有机物质会产生甲烷。
3. 有机物热解：在高温下，一些有机物质可以进行热解反应生成甲烷。
乙烷的制作方法：
1. 石油提炼：乙烷可从石油中分离提取得到。
2. 生物发酵：通过微生物发酵有机物质，如糖类，可以生成乙醇。
然后通过脱水反应，乙醇可以转化成乙烷。
3. 烷烃催化裂化：在高温高压条件下，将重质烃类原料（如汽油或柴油）进行裂解反应，可以产生乙烷。
甲烷和乙烷的制作原理：
1. 提炼法：根据物质特性，利用物质的不同挥发性和沸点的差异，通过蒸馏或者分离的方式将目标化合物分离出来。
2. 生物发酵：通过微生物的代谢作用，将有机物质分解转化为甲烷或乙烷。
3. 化学反应：通过不同的化学反应，如高温裂解、脱水反应等，将原料转化为
甲烷或乙烷。
以上是甲烷和乙烷的一些常见制作方法和原理，具体的制备过程还需要根据实际情况和需求的不同进行调整和优化。
2024年沼气工程运行管理常识1.1 沼气发酵的生物作用沼气发酵微生物是人工制取沼气的最重要因素，有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物获得基本的生长条件，沼气发酵原料才能在微生物的作用下转化为沼气。
沼气发酵过程中主要有五大菌群（发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、产甲烷菌）参与活动。
五大菌群：①发酵性细菌：一些不溶性物质被发酵性细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂酸，再将吸入细胞，发酵为乙酸、丙酸、丁酸等和醇类及一定量的H2及CO2②产氢产乙酸菌：除甲酸、乙酸和甲醇外的物质均不能被产甲烷菌所利用，所以必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳③耗氢产乙酸菌：它们既能利用H2+CO2生成乙酸，也能代谢糖类生成乙酸。
④产甲烷菌（食氢、食乙酸）：它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢的终产物，在没有外源受氢体的情况下，把乙酸和H2、CO2转化成CH4+CO2。
产甲烷菌广泛存在于水沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中。
不产甲烷菌（水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌等）-为甲烷菌提供营养（将发酵原料的碳水化合物、蛋白质和脂肪等复杂有机物水解后形成可溶性的简单化合物，该类菌为产甲烷菌提供合成细胞的基质和能源。
--为产甲烷菌创造适宜的厌氧生态环境（该类菌群中的好氧和兼性厌氧菌的活动，使发酵液的氧化还原电位不断下降，逐步为产甲烷菌创造厌氧生态环境。
--为产甲烷菌清除有毒物质。
--与甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度（氨化细菌进行氨化作用，产生的氨可以中和部分有机酸；产甲烷菌不断利用乙酸、氢和二氧化碳生成甲烷；通过这两类菌群的共同作用，使发酵液的pH值稳定在适宜范围。
产甲烷菌将不产甲烷菌产生的乙酸、氢气和二氧化碳等发酵基质转化为甲烷。
1.2厌氧消化产沼气的条件沼气发酵就是培养和积累厌氧消化细菌，使细菌具有良好的生活条件；只有首先做到了这一点，才有可能得到较好的沼气生产率或污水净化效率。
微生物的生命活动要求多种条件，其中主要条件包括发酵原料、厌氧活性污泥、消化器负荷、发酵温度、pH值、碳氮比、有害物质的控制及均质等。
生物甲烷的概念生物甲烷，又称生物甲烷气体，是一种在自然界中产生的甲烷气体，它是由微生物通过生物化学过程在生物体内或生物体外产生的甲烷。
生物甲烷可以通过不同的生物途径产生，在自然界中存在着丰富的生物甲烷资源。
生物甲烷作为一种清洁、可再生的能源资源，受到了广泛关注。
生物甲烷的产生主要与微生物有关，微生物是能够利用有机物质产生甲烷的生物体。
在自然界中，生物甲烷的主要产生途径包括沼气发酵和产甲烷细菌两种。
沼气发酵是一种由微生物在缺氧条件下分解有机废弃物产生甲烷和二氧化碳的过程，产甲烷细菌则是一类能够利用碳化合物、醇类、酸类等有机废物产生甲烷的细菌。
在这些生物过程中，微生物利用有机物质进行氧化还原反应，产生甲烷作为终产物释放到环境中。
在生物甲烷资源的利用方面，生物甲烷可以被广泛应用于工业生产、能源供应、清洁燃料等领域。
生物甲烷作为一种清洁能源，具有很高的环保和可再生性，对环境没有污染，而且可以通过不断循环利用有机废弃物来产生甲烷，有助于减少对化石能源的依赖。
因此，生物甲烷被广泛应用于替代传统的化石能源，成为一种重要的可再生能源。
生物甲烷在工业生产中有着广泛的应用，例如在化工生产、炼油工业、品质检测等方面都需要用到甲烷气体。
而生物甲烷作为一种清洁环保的能源资源，被广泛应用于燃料电池、燃气轮机等发电设备中，可以替代传统的天然气，减少燃烧产生的污染排放。
同时，生物甲烷还可以用作城市燃气供应，为居民生活提供清洁、便捷的能源。
在能源供应领域，生物甲烷还可以被应用于交通运输、暖通系统等方面。
生物甲烷作为一种清洁的车用燃料，可以广泛应用于汽车、公交车等交通工具，减少车辆尾气排放对环境的污染。
同时，生物甲烷还可以作为清洁燃料应用于供暖系统中，取代传统的燃煤、燃油等能源，减少对大气环境的污染。
生物甲烷的利用还可以带来经济效益。
随着对可再生能源的需求不断增加，生物甲烷的产业链也在不断完善和发展，从生物废弃物的收集、处理到甲烷的生产、储存、运输等环节都会形成一条完整的产业链。
沼气发酵基本原理沼气发酵基本原理沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷以酵，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、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。
一、沼气发酵微生物沼气发酵微生物是人工制取沼气最重要的因素，只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到基本的生长条件，沼气发酵原料才能在微生物的条件下转化为沼气。
（一）沼气微生物的种类沼气发酵是一种极其复杂的微生物和化学过程，这一过程的发酵和发展是五大类群微生物生命活动的结果。
它们是：发酵性细菌、产氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌。
这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。
从复杂不机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用完成的。
在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链，从各类群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液酸碱度（pH ）的影响来看，沼气发酵过程可分为产酸阶段和产甲烷阶段。
前三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。
后二群细菌的活动可使各种有机转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。
1、不产甲烷菌在沼气发酵过程中，不能直接产生甲烷微生物统称为不产甲烷菌。
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，现已观察到的包括细菌、真菌和原生动物三大类。
以细菌种类最多，目前已知的有18 个属51 个种，随着研究的深入和分离方法的改进，还在不断发现新的种。
根据微生物的呼吸类型可将其分为好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌三大类型。
其中，厌氧菌数量最大，比兼性厌氧菌、好氧菌多100~200 倍，是不产甲烷阶段起主要作用的菌类。
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、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和其他一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。
沼气发酵是一种利用微生物作用将有机废弃物转化为可再生能源的过程。
在沼气发酵过程中，微生物起着关键的作用。
以下是常见的沼气发酵中使用的菌种：
甲烷菌（Methanogens）：甲烷菌是沼气发酵的关键微生物，它们能够将有机废弃物中产生的挥发性脂肪酸和醇转化为甲烷气体。
常见的甲烷菌包括属于Archaea域的甲烷原核菌（Methanobacteria）和甲烷球菌（Methanococci）等。
酢酸菌（Acetogens）：酢酸菌是一类能够将有机废弃物中的挥发性脂肪酸和醇转化为醋酸等有机酸的微生物。
酢酸是甲烷菌产生甲烷所需的底物之一，酢酸菌的活动为甲烷菌提供了必要的底物。
好氧菌（Aerobic Bacteria）：在沼气发酵过程中，初始阶段可能存在一定的好氧条件，此时一些好氧菌会参与有机物的分解。
常见的好氧菌包括腐败菌（Decomposer），它们通过氧化废弃物中的有机物，释放出二氧化碳和水。
此外，沼气发酵过程中可能涉及多种细菌和真菌。
不同类型的有机废弃物和发酵条件可能需要特定的菌种组合。
因此，在具体的沼气发酵项目中，需要根据废弃物类型、发酵条件和需求来选择合适的菌种组合。
【高中生物-沼气发酵技术】沼气发酵技术发展及应用现状沼气是沼气发酵微生物在厌氧环境下将农作物秸秆或者禽畜粪便等可降解的生物质经过厌氧消化生成的可燃气体。
其主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷约占45 %～70 %、二氧化碳约占25 %～55 %；此外，沼气还含有大约5 %的其他气体（如H2S、N2、H2、CO、NH3等）。
沼气是具有很高热值的清洁燃料，经过净化的沼气完全燃烧后只生成H2O 和CO2，不会对环境造成污染。
沼气发酵在农业和生态方面的综合利用具有很大的经济价值和社会效益。
1沼气发酵原理及影响因素1.1 沼气发酵原理沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。
厌氧消化就是在无氧的条件下,由兼性厌氧菌和专性厌氧菌联合降解有机物，最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程。
人们对于沼气发酵过程的划分仍存在争议；目前主要认为，沼气发酵过程可分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段。
第一阶段为水解液化阶段，兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分(如纤维素等)水解成可溶于水的有机酸和醇类等。
第二阶段为酸化阶段；产氢产乙酸菌将第一阶段生成的有机酸和醇继续分解成小分子物质，同时生成氢气和二氧化碳。
第三阶段为甲烷化阶段；产甲烷菌将第二阶段生成的小分子物质转化为甲烷和二氧化碳气体，即发酵的最终产物沼气。
1.2 沼气发酵的影响因素影响沼气发酵的因素很多，其中最主要的因素包括原料成分、原料预处理情况、接种物种类、进料浓度、发酵温度和pH。
原料成分的影响：能够用来发酵产沼气的生物质很多。
传统的沼气发酵原料主要包括以秸秆类物质为代表的农业废弃物、禽畜粪便和污水处理厂的厌氧活性污泥、以及生活垃圾等。
选择容易降解的原料(如人畜粪便等)可以加快发酵的启动过程和提高发酵效率。
若原料选择不当则容易造成发酵系统酸积累严重而发酵无法启动或启动后产气量不高等后果。
原料预处理的影响：原料预处理是利用物理、化学或者生物等方法使生物质中不易被降解的物质提前得到腐化分解，在进料后更快启动发酵。
甲烷生物知识点总结大全一、甲烷的生物产生甲烷的生物产生主要有两个路径，一是由甲烷产生菌，在缺氧环境下代谢有机物而产生甲烷，这是一种厌氧发酵过程；二是由甲烷氧化菌在氧气存在下利用甲烷进行代谢，这是一种厌氧发酵过程。
1. 甲烷产生菌甲烷产生菌是一类厌氧细菌，主要包括埃博氏细菌属（Methanobacterium）、甲烷菌属（Methanococcus）和甲烷生成菌属（Methanosarcina）等。
这些细菌在缺氧环境下能够利用有机物进行发酵过程，产生甲烷。
甲烷产生菌主要生活在沼气池、湿地等环境中，是甲烷的重要来源。
2. 甲烷氧化菌甲烷氧化菌是一类厌氧细菌，能够在氧气存在的环境中利用甲烷进行代谢。
甲烷氧化菌主要包括甲烷氧化古菌属（Methylococcus）、甲烷氧化细菌属（Methylocystis）等。
这些细菌在土壤、水体等环境中广泛存在，是甲烷的氧化者，能够有效地控制甲烷的排放。
二、甲烷的生物利用甲烷在生物圈中有着重要的生物利用价值，主要表现在以下几个方面：1. 甲烷作为能源甲烷是一种重要的生物能源，许多微生物有能力利用甲烷进行代谢，获取能量。
例如，甲烷氧化菌能够利用甲烷进行氧化产生能量，为生物提供生长所需的能量。
此外，甲烷也可以被许多微生物利用为碳源，用于细胞合成。
因此，甲烷在生物圈中有着重要的能源意义。
2. 甲烷作为碳源甲烷是一种含碳的气体，可被许多微生物利用为碳源，用于生物合成。
例如，甲烷氧化菌在氧气存在的条件下能够利用甲烷进行代谢，向细胞提供生长所需的碳源。
此外，一些甲烷产生菌也能够利用甲烷为碳源进行生长。
3. 甲烷在生态系统中的作用甲烷在生物圈中除了作为能源和碳源外，还能够参与生态系统的物质循环和能量流动。
例如，甲烷是一种重要的温室气体，对地球的气候和环境有着重要的影响。
此外，甲烷的产生和氧化过程也与微生物的生态学、地质学等有着密切的联系，对生态系统的稳定和健康有一定的影响。
三、甲烷的生物影响甲烷在生物圈中有着重要的影响，主要表现在以下几个方面：1. 对气候的影响甲烷是一种重要的温室气体，对地球的气候有着重要的影响。
沼气工作原理
沼气是一种由有机物分解产生的混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 有机物分解：沼气的来源主要是有机废弃物，如农业废弃物、家庭厨余垃圾、畜禽粪便等。
当这些有机物进入沼气池时，由于缺氧环境下的微生物作用，它们开始分解产生气体。
2. 发酵过程：在沼气池中，微生物（如厌氧细菌和甲烷菌）开始对有机物进行发酵。
这些微生物在缺氧条件下，通过将有机物分解为较简单的化合物，产生甲烷（CH4）和二氧化碳
（CO2）等气体。
3. 气体收集：沼气池内的甲烷和二氧化碳被收集并抽出。
一般情况下，由于甲烷比二氧化碳更容易燃烧，所以会优先收集甲烷。
4. 气体处理：沼气中可能还含有少量的其他杂质，如硫化氢等。
为了提高气体的质量和净化气体，需要对沼气进行处理。
常见的处理方式包括除杂、除湿和除臭等。
5. 沼气利用：经过处理的沼气可以用于多种用途。
最常见的是用作燃料，如燃煤取暖、烹饪、发电等。
此外，也可以利用沼气作为原料生产化学品，如甲烷水合物和合成气等。
总的来说，沼气的工作原理是通过有机物的发酵分解产生甲烷和二氧化碳，并将其抽取和处理后利用。
这种清洁能源的利用
方式不仅可以减少有机废弃物的排放，还能提供可再生能源供应。
沼气发酵原理与条件一、沼气发酵原理沼气发酵是一个（微）生物作用的过程。
各种有机质，包括农作物秸秆、人畜粪便以及工农业排放废水中所含的有机物等，在厌氧及其他适宜的条件下，通过微生物的作用，最终转化成沼气，完成这个复杂的过程，即为沼气发酵。
（一）液化阶段农作物秸秆、人畜粪便、垃圾以及其他各种有机废弃物，通常是以大分子状态存在的碳水化合物，如淀粉、纤维素及蛋白质等。
他们不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外酶（如纤维素酶、肽酶和脂肪酶等）进行酶解，分解成可溶于水的小分子化合物（即多糖水解成单糖或双糖，蛋白质分解成肽和氨基酸，脂肪分解成甘油和脂肪酸）。
这些小分子化合物进入到微生物细胞内，进行的一系列的生物化学反应，这个过程称为液化。
（二）产酸阶段液化完毕后，在不产甲烷微生物群的作用下，将单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物质转化成简单的有机酸（如甲酸、乙酸、丙酸和乳酸等）、醇（如甲醇、乙醇等）以及二氧化碳、氢气、氨气和硫化氢等，由于其主要的产物是挥发性的有机酸（其中以乙酸为主，约占80%），故此阶段称为产酸阶段。
（三）产甲烷阶段产酸阶段完成后，这些有机酸、醇已经二氧化碳和氨气等物质又被产甲烷微生物群（又称产甲烷细菌）分解成甲烷和二氧化碳，或通过氢还原二氧化碳形成甲烷，这个过程称为产甲烷阶段。
这种以甲烷和二氧化碳为主的混合气体便称为沼气。
二、沼气发酵的工艺条件沼气发酵微生物要求有适宜的生活条件，对温度、酸碱度、氧化还原势及其他各种环境因素都有一定的要求。
在工艺上只有满足微生物的这些生活条件，才能达到发酵快、产气量高的目的。
实践证明，往往由于某一条件没有控制好而引起整个系统运行失败。
因此，控制好沼气发酵的工艺条件是维持正常发酵产气的关键。
（一）严格的厌氧环境沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，他们都是厌氧性细菌，尤其是产生甲烷甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。
他们不能在有氧的环境中生存，哪怕只有微量的氧存在，微生物的生命活动也会受到抑制，甚至死亡。
厌氧沼气发酵罐甲烷浓度变化规律厌氧沼气发酵是一种微生物过程，通过这一过程有机废物被分解产生沼气。
而沼气主要由甲烷和一些其他的气体组成，其中甲烷是沼气的主要成分。
在厌氧沼气发酵罐中，甲烷浓度的变化规律可以被描述为一系列复杂的生化和微生物学过程。
本文将探讨这些过程以及对甲烷浓度的影响。
首先，厌氧沼气发酵罐中的有机废物被细菌分解为各种有机酸，如醋酸、丙酸和乳酸等。
这一过程称为酸化阶段。
在这一阶段，甲烷浓度较低，通常在10-40%之间。
这是因为有机酸被产生的速度超过了它们被转化为甲烷的速度。
此外，酸化阶段还伴随着大量的氢气和二氧化碳的产生。
接下来，有机酸被另一类细菌转化为醋酸、氢气和二氧化碳，这一过程被称为乙酸生成。
在这个阶段，甲烷浓度开始增加，并且达到了20-60%左右。
这是因为乙酸的生成速度减慢，而甲烷生成的速度相对较快。
同时，由于乙酸生成的反应是可逆的，因此醋酸的累积也会降低甲烷浓度。
随后，乙酸被另一个细菌转化为甲酸和二氧化碳。
这个过程被称为甲酸生成。
在这个阶段，甲烷浓度继续增加，并达到了50-70%左右。
这是因为甲酸生成的速度较慢，而甲烷生成的速度相对较快。
最后，甲酸被产生甲烷的细菌转化为甲烷和二氧化碳。
这个过程被称为甲酸利用。
在这个阶段，甲烷浓度达到了最高水平，通常在70-80%之间。
这是因为甲酸利用的速度比甲烷生成的速度相对较快。
总结起来，厌氧沼气发酵罐中的甲烷浓度变化规律可以用以下几个阶段来描述：酸化阶段，乙酸生成阶段，甲酸生成阶段和甲酸利用阶段。
在酸化阶段，甲烷浓度较低，而在乙酸生成、甲酸生成和甲酸利用阶段，甲烷浓度逐渐增加。
这些变化主要受到细菌种类、环境条件、废物成分和反应速率等因素的影响。
此外，对于沼气发酵罐的操作和控制也能够影响甲烷浓度的变化规律。
例如，控制发酵温度和pH值能够改变细菌活性和种类，从而调节甲烷产率和浓度。
此外，提供适量的废物水解过程中产生的碳源也能够促进甲烷的生成。
甲烷细菌与沼气发酵在自然界中的湖泊、池塘、河流、沼泽地，常常看到有许多气泡从底部淤泥中冒出水面，如果把这些气体收集起来可以点燃，这种气体称沼气。
因为沼气最早从沼泽地发现而得名。
沼气是宝贵的生物能源，可以人为产生，对解决能源和环境保护有突出重要意义。
沼气是多种气体的混合气体，包括甲烷占60％～70％，CO2占30%～35%，H2S、N2、H2和NH3这些气体含量微小，约占沼气的5％左右。
在沼气中CH4含量50％以上就可燃烧。
沼气是来自有机物质的分解，但有机物质的分解不一定都能产生沼气。
沼气是在特定的厌氧条件，同时又不存在硝酸盐、硫酸盐和日光的环境中形成的。
形成沼气的过程叫沼气发酵。
在沼气发酵过程中二氧化碳为碳素氧化的终产物，甲烷为碳素还原的终产物。
在沼气发酵过程中参与甲烷形成的细菌统称为甲烷细菌。
（一）甲烷细菌的特性1．是专性严格厌氧菌甲烷细菌都是专性严格厌氧菌，对氧非常敏感，遇氧后会立即受到抑制，不能生长、繁殖，有的还会死亡。
2．生长繁殖特别缓慢甲烷细菌生长很缓慢，在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出菌落。
据麦卡蒂（McCarty）介绍，有的甲烷细菌需要培养七八十天才能长出菌落，在自然条件下甚至更长。
菌落也相当小，特别是甲烷八叠球菌菌落更小，如果不仔细观察很容易遗漏。
菌落一般圆形、透明、边缘整齐，在荧光显微镜下发出强的荧光。
甲烷细菌生长缓慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。
这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。
同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖一代，甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。
3．都是原核生物能形成甲烷的细菌都是原核生物，目前尚未发现真核生物能形成甲烷。
甲烷细菌有球形、杆形、螺旋形，有的呈八叠球状，还有的能联成长链状。
4．培养分离比较困难因为甲烷细菌要求严格厌氧条件，一般培养方法很难达到厌氧，培养分离往往失败。
又因为甲烷细菌和伴生菌生活在一起，菌体大小形态都十分相似，在一般光学显微镜下不好判明。
美国著名微生物学家——Hungate 50年代培养分离甲烷细菌获得成功。
以后世界上有很多研究者对甲烷细菌进行了培养分离工作，并对Hungate分离方法进行了改良，能很容易地把甲烷细菌培养分离出来。
甲烷细菌在自然界中分布极为广泛，在与氧气隔绝的环境都有甲烷细菌生长，海底沉积物，河湖淤泥，沼泽地，水稻田以及人和动物的肠道，反刍动物瘤胃，甚至在植物体内都有甲烷细菌存在。
沼气发酵液中甲烷细菌的数量可用MPN法计数，测定接种的试管中有无甲烷存在，作为计数的数量指标。
甲烷细菌数量与甲烷含量成正比，发酵装置运行越好，甲烷细菌数量越多。
作者曾于1991年计数了东北制药总厂用UASB（上流式厌氧污泥床）处理制药废水消化液中甲烷细菌数量为4.2×105个·ml-1。
另一方面产甲烷细菌利用乙酸、氢和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷细菌及其伴生菌共同作用使pH稳定在一个适宜范围内，不会使发酵液中的pH出现对沼气发酵不利的情况。
但当发酵条件控制不好，如温度，进料负荷，原料中的C：N、pH等可能会出现酸化或液料过碱；前者较为多见，这样会严重影响甲烷细菌的活动，甚至使发酵中断。
（二）沼气发酵在自然界中绿色植物经光合作用合成碳水化合物，主要形成糖、淀粉、纤维素等。
纤维素合成的数量最大，贮量也最多，是地球上很难被微生物分解的物质。
在好氧条件下，纤维素可被少数微生物氧化分解，最终产生CO2和H2O。
目前所知绿色木霉是分解纤维素最强的微生物。
（C6H10O5）n+nO2→nCO2+nH2O在厌氧条件下，纤维素经厌氧微生物发酵作用最终产生CH4。
在自然界形成甲烷的地方主要有沼泽地、水稻田、井地、河湖淤泥及反刍动物瘤胃。
反刍动物瘤胃具有产甲烷的良好条件，所以瘤胃被称为产甲烷的天然高效能的连续发酵罐。
1．甲烷形成的微生物学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2．沼气发酵微生物之间的生态关系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。
在沼气发酵过程中，不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间，相互依赖，互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境条件，但它们之间又互相制约，在发酵过程中总处于平衡状态。
它们之间的主要关系表现在下列几方面：①不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质不产甲烷细菌可把各种复杂的有机物，如碳水化合物、脂肪、蛋白质等厌氧分解生成H2、CO2、NH3、VFA、甲醇、丙酸、丁酸等，丙酸、丁酸还可被氢细菌和乙酸细菌分解转化成H2、CO2和乙酸，为甲烷细菌提供了合成细胞质和形成甲烷的碳前体，电子供体——氢供体和氮源，使甲烷细菌利用这些物质最终形成甲烷。
②不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位条件在沼气发酵初期，由于加料过程中使空气带入发酵装置，液体原料里也有溶解氧，这显然对甲烷细菌是很有害的。
氧的去除需要依赖不产甲烷细菌的氧化能力把氧用掉。
因此，降低了氧化还原电位。
在发酵装置中，各种厌氧性微生物如纤维素分解菌、硫酸盐还原细菌、硝酸盐还原细菌、产氨细菌、产乙酸细菌等，对氧化还原电位的适应性也各不相同，通过这些细菌有顺序地交替生长活动，使发酵液料中氧化还原电位不断下降，逐步为甲烷细菌的生长创造了适宜的氧化还原电位条件，使甲烷细菌能很好的生长。
③不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有害物质以工业废水或废弃物为发酵原料时，原料里可能含酚类、氰化物、苯甲酸、长链脂肪酸和一些重金属离子等。
这些物质对甲烷细菌是有毒害作用的，但不产甲烷细菌中有许多种能裂解苯环，有些细菌还能以氰化物作碳源和能源，也有的细菌能分解长链脂肪酸生成乙酸。
这些作用不仅解除了对甲烷细菌的毒害，而且又给甲烷细菌提供了养料。
此外有些不产甲烷细菌的代谢产物硫化氢，可以和一些重金属离子作用，生成不溶性的金属硫化物，从而解除了一些重金属离子的毒害作用。
H2S＋Cu2+→CuS↓＋2H+H2S＋pH2+→PbS↓＋2H+H2S浓度也不能过高，当H2S大于150×10-6，对甲烷细菌也有毒害。
④产甲烷细菌又为不产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制产氢细菌的继续产氢，酸的积累可以抑制产酸细菌的继续产酸。
当厌氧消化器中乙酸浓度超过3×10-3时，就会产生酸化，使厌氧消化不能很好的进行下去，会使沼气发酵失败。
要维持良好的厌氧消化效果，乙酸浓度在0.3×10-3左右较好。
在正常沼气发酵工程系统中，产甲烷细菌能连续不断地利用不产甲烷细菌产生的氢、乙酸、CO2等合成甲烷，不致有氢和酸的积累，因此解除了不产甲烷细菌产生的反馈抑制，使不产甲烷细菌就能继续正常生活，又为甲烷细菌提供了合成甲烷的碳前体。
⑤不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值在沼气发酵初期，不产甲烷细菌首先降解原料中的糖类、淀粉等产生大量的有机酸、CO2，CO2又能部分溶于水形成碳酸，使发酵液料中pH值明显下降。
但是不产甲烷细菌类群中还有一类细菌叫氨化细菌，能迅速分解蛋白质产生氨，氨可中和部分酸。
发酵产甲烷发酵可以被定义为有机化合物既作为电子受体也作为电子供体的生物降解过程，在此过程中有机物被转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物。
酸化过程是由大量的、多种多样的发酵细菌来完成的，在这些细菌中大部分是专性厌氧菌，只有1％是兼性厌氧菌，但正是这1％的兼性菌在反应器受到氧气的冲击时，能迅速消耗掉这些氧气，保持废水低的氧化还原电位，同时也保护了产甲烷菌的运行条件。
酸化过程的底物取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。
对于一个稳态的反应器来说，乙酸、二氧化碳、氢气则是酸化反应的最主要产物。
这些都是产甲烷阶段所需要的底物。
在这个阶段产生两种重要的厌氧反应是否正常的底物就是挥发性脂肪酸（VFA）和氨氮。
VFA过高会使废水的PH下降，逐渐影响到产甲烷菌的正常进行，使产气量减小，同时整个反应的自然碱度也会较少，系统平衡PH的能力减弱，整个反应会形成恶性循环，使得整个反应器最终失败。
氨氮它起到一个平衡的作用，一方面，它能够中和一部分VFA，使废水PH具有更大的缓冲能力，同时又给生物体合成自生生长需要的营养物质，但过高的氨氮会给微生物带来毒性，废水中的氨氮主要是由于蛋白质的分解带来的，典型的生活污水中含有20-50mg/l 左右的氨氮，这个范围是厌氧微生物非常理想的范围。
另外一个重要指标就是废水中氢气的浓度，以含碳17的脂肪酸降解为例：CH3(CH2)15COO-+14H2O—> 7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H++14脂肪酸的降解都会产生大量的氢气，如果要使上述反应得以正常进行，必须在下一反应中消耗掉足够的氢气，来维持这一反应的平衡。
如果废水的氢气指标过高，表明废水的产甲烷反应已经受到严重抑制，需要进行修复，一般来说氢气浓度升高是伴随PH指标降低的，所以不难监测到废水中氢气的变化情况，但废水本身有一定的缓冲能力，所以完全通过PH下降来判断氢气浓度的变化有一定的滞后性，所以通过监测废水中氢气浓度的变化是对整个反应器反应状态一个最快捷的表现形式。
