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第一节　沼气微生物 一、沼气微生物的分类 沼气是有机物质在厌氧条件下通过大量的不同种类的微生物分解代谢产生的。凡参与把有机物质分解、发酵、代谢、转化为沼气的微生物统称沼气微生物，也叫沼气细菌。由于有机物质分解产生沼气的过程非常复杂，所以沼气细菌不是单纯的一种细菌，而是许多种细菌的总称，据有关研究统计，有几十个属上千种之多。在沼气厌氧发酵过程中，沼气细菌是最活跃的因素，它们能把各种有机物固体和处于溶解状态的复杂有机物，按照各自的营养需要，进行分解转化，最终形成沼气。但沼气细菌把有机物质分解转化为甲烷需要在没有氧气、没有氧化剂和pH值适中的环境中进行，因此，沼气发酵也叫厌氧发酵。沼气细菌按其在发酵过程中的作用，可分为分解菌和产甲烷菌。 1.分解菌　也叫不产甲烷菌，在沼气发酵过程中起分解微生物的作用。经有关部门研究，已知在沼气发酵过程中，不产甲烷的细菌有18个属50个种，其中包括细菌、真菌和原生物。在沼气分解菌中，最主要的是沼气发酵性细菌、产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌。沼气分解菌多是专性厌氧细菌，如纤维分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌及一些特殊的细菌如产氢菌、产乙酸菌等。沼气分解菌可把沼气发酵原料中复杂的有机物质逐渐分解成甲酸、乙酸、乳酸、丁酸、甲醇等简单的有机物质，以及二氧化碳、氢、硫化氢、氨等气体，同时还为产甲烷细菌提供可利用的碳源和能源。 2.产甲烷菌　产甲烷菌是在沼气发酵过程中将各种简单的有机物质转化为甲烷的微生物。目前已知的产甲烷菌有3个目7个科19个属70个种，主要有嗜热自养甲烷杆菌、布氏甲烷杆菌、甲酸甲烷杆菌、反刍甲烷短杆菌、嗜树木甲烷短杆菌、史氏甲烷短杆菌、马氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、万尼氏产甲烷球菌、黑海产甲烷菌、卡里亚库产甲烷菌、运动甲烷微菌、享氏甲烷螺菌、巴氏甲烷八叠球菌等。因沼气的主要成分甲烷是由产甲烷菌产生的，所以产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心。产甲烷菌是一群非常特殊的微生物，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，而且只能利用一些比较简单的有机化合物和无机化合物。在自然界沼气发酵中，乙酸是形成甲烷的关键性底物，大约有70%的甲烷来自乙酸。产甲烷菌最适宜的pH值为中性或微碱性。另外，产甲烷菌生长繁殖缓慢，倍增时间长者4～6天，在乙酸环境中需1～2天。由于产甲烷菌分离、培养、保存比较困难，在目前的沼气生产中多从池坑污泥和正在使用的沼气池中获取菌种。 二、不产甲烷菌与产甲烷菌之间的相互关系 在沼气发酵过程中，各种微生物之间的关系非常复杂，甲烷的产生就是微生物区系中各类微生物相互协同、相互制约的结果。这种复杂的关系既体现在不产甲烷菌和产甲烷菌之间，又体现在不产甲烷菌之间和产甲烷菌之间的相互关系。 1.不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需的基质，产甲烷菌又为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制　不产甲烷的分解菌把复杂的有机物质如碳水化合物、蛋白质和脂肪分解为简单的氢气、二氧化碳、氨气、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇等产物，为产甲烷菌提供了合成细胞物质和产甲烷所需的前提物质及能源物质，但不产甲烷菌在产生这些物质的同时，由于这些物质的存在又抑制了自身的发酵过程。酸的积累可抑制产酸细菌的继续产酸，氢的积累也同样可以抑制产氢细菌的继续产氢。在正常的沼气发酵中，正是由于产甲烷菌能够连续不断地利用不产甲烷菌所产的酸、氢气和二氧化碳等，使厌氧消化中不致有酸和氢的积累，不产甲烷菌也就可以继续正常地生长和代谢。沼气发酵过程中能否达到产酸和产甲烷的平衡，能否实现正常产气，就取决于不产甲烷菌与产甲烷菌的协同作用。 2.不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件　沼气发酵初期，原料和水的加入，会使大量的空气随之进入沼气池中，这对甲烷菌是有害的。但由于不产甲烷的菌群中需氧和兼性厌氧微生物的存在与活动，就会使发酵液中的氧化还原电位不断下降，为产甲烷菌创造出了适宜的厌氧环境。 3.不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质　在有些发酵原料中含有酚类、苯甲酸、氰化物、长链脂肪酸和重金属等对产甲烷菌有毒害作用的物质，而在不产甲烷菌中有许多菌能分解和利用这些有毒害作用的物质，这就相对解除了对产甲烷菌的毒害。不产甲烷菌在分解有机物时产生的硫化氢可以和重金属离子作用，生成不溶于水的金属硫化物而沉淀，从而解除了重金属离子的毒害作用。 4.不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持环境中适宜的pH值　新装料的沼气池在发酵初期，不产甲烷菌首先降解原料中的淀粉和糖类等，会产生大量的有机酸。另外，产生的二氧化碳也会部分溶于水中，致使发酵液的pH值下降。在这种情况下，除不产甲烷菌中氨化细菌迅速进行氨化作用，利用产生的氨气中和一部分酸外，产甲烷菌会不断地利用乙酸、氢和二氧化碳形成甲烷，使发酵料液中酸和二氧化碳的浓度逐步下降，最后使料液中的pH值稳定在一个适宜的范围。 三、不产