厌氧消化

氧气消化是微生物在缺氧情况下分解可生物降解材料的一系列过程。 该过程用于工业或家庭目的，以管理废物或生产燃料。 工业上用于生产食品和饮料产品以及家庭发酵的大部分发酵都使用厌氧消化。

厌氧消化自然发生在某些土壤以及湖泊和洋盆沉积物中，通常被称为厌氧活动。

消化过程从输入材料的细菌水解开始。 不溶性有机聚合物，如碳水化合物，被分解成可溶性衍生物，可供其他细菌使用。 然后产酸细菌将糖和氨基酸转化为二氧化碳、氢气、氨和有机酸。 在乙酸生成过程中，细菌将这些产生的有机酸转化为乙酸，以及其他化合物中的氨、氢和二氧化碳。 最后，产甲烷菌将这些产物转化为甲烷和二氧化碳。 产甲烷古菌种群在厌氧废水处理中起着不可或缺的作用。

厌氧消化被用作处理可生物降解废物和污水污泥的过程的一部分。 作为综合废物管理系统的一部分，厌氧消化减少了垃圾填埋场气体向大气的排放。 厌氧消化池也可以使用专门种植的能源作物，如玉米。

厌氧能源被广泛用作可再生能源。 该过程产生沼气，由甲烷、二氧化碳和微量其他“污染”气体组成。 这种沼气可直接用作燃料，用于热电联产燃气发动机或升级为天然气质量的生物甲烷。 还生产出营养丰富的沼渣，可用作肥料。

许多微生物影响厌氧消化，包括形成乙酸的细菌（acetogens）和形成甲烷的古细菌（methanogens）。 这些生物促进了将生物质转化为沼气的许多化学过程。

通过物理密封将气态氧排除在反应之外。 厌氧菌利用氧气以外的来源的电子受体。 这些受体可以是有机材料本身，也可以由输入材料中的无机氧化物提供。 当厌氧系统中的氧源来自有机材料本身时，“中间”最终产物主要是醇类、醛类、有机酸以及二氧化碳。 在专门的产甲烷菌存在的情况下，中间体会转化为甲烷、二氧化碳和痕量硫化氢的“最终”最终产物。 在厌氧系统中，起始材料中包含的大部分化学能由产甲烷古细菌释放为甲烷。

厌氧微生物种群通常需要很长一段时间才能完全发挥作用。 因此，通常的做法是从现有种群的材料中引入厌氧微生物，这一过程称为消化池接种，通常通过添加污水污泥或牛粪来完成。

厌氧消化的四个关键阶段涉及水解、产酸、产乙酸和产甲烷。整个过程可以用化学反应来描述，其中葡萄糖等有机物质通过厌氧反应生化消化成二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 微生物。

C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4

• 水解

在大多数情况下，生物质由大型有机聚合物组成。 为了让厌氧消化器中的细菌获得材料的能量潜力，这些链必须首先分解成更小的组成部分。

这些组成部分或单体，例如糖，很容易被其他细菌利用。 打破这些链并将较小分子溶解到溶液中的过程称为水解。 因此，这些高分子聚合物组分的水解是厌氧消化中必要的xxx步。 通过水解，复杂的有机分子被分解成单糖、氨基酸和脂肪酸。

xxx阶段产生的乙酸盐和氢气可直接供产甲烷菌使用。 其他分子，例如链长大于乙酸盐的挥发性脂肪酸 (VFA)，必须首先分解代谢成可被产甲烷菌直接使用的化合物。