能源生物工程总复习.ppt

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1、1《能源生物工程》总复习沼气技术燃料乙醇生物制氢生物柴油2沼气技术3什么是沼气？平均热值：约21520kJ/m3合1.45立方煤气或0.69立方天然气甲烷CH4（50%~70%）、CO2（30%~40%）、H2、N2、CO、H2S、NH3沼气——沼泽？Marshgas4原料纤维素：葡萄糖-原纤维-微纤维-纤维素，难水解；半纤维素：由2—6个不同的糖苷组成，分子量小，聚合度低，位于许多纤维素之间，易水解；木质素：是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳键联结成的、具有三维结构的芳香族化合物，填充于纤维素框架间；木质素和半纤维素包裹着纤维素，使酶难以和纤维素进行接触水解。不同种类的原料含三种物

2、质含量不同。淀粉：葡萄糖通过糖苷键结合形成的聚合物；蛋白质：由氨基酸单体聚合而成；5复杂有机物（多糖、脂肪、蛋白质等）可溶性物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）丙酸、丁酸、长链脂肪酸H2+CO2CH3COOHCH4+H2OCH4+H2O①①①①②②③④⑤CH4（50%~70%）、CO2（30%~40%）、H2、N2、CO、H2S、NH3水解发酵性细菌产氢产酸菌耗氢产酸菌食氢产甲烷菌食酸产甲烷菌不产甲烷菌群产甲烷菌群共营沼气厌氧发酵的基本原理6（1）纤维素的降解半纤维素半纤维素酶多缩糖酶木糖/甘露糖/葡萄糖+糖醛酸（2）半纤维素的降解糖类的降解（二）水解发酵7（3）淀粉的降解果胶果胶水解、裂

3、解酶果胶酸水解、裂解酶半乳糖醛酸+甲醇（4）果胶的降解8糖酵解途径（Embden-Mayerhof-Parnas，EMP）是葡萄糖分解产生丙酮酸和ATP的系列反应过程单糖的降解（厌氧发酵）糖酵解（EMP）、单磷酸己糖（HMP）、脱氧酮糖（ED）、磷酸解酮酶（PK）四种途径。9糖酵解途径10丙酮酸的进一步分解-87.0kJ/mol-77.4-66.9-38.9-25.1摩尔反应吉布斯函数11脂类的降解12脂肪酸的β-氧化13乙酰CoA参与合成代谢TCA循环分解为二氧化碳和水生成丙酮酸、乙酰乙酸等有机酸琥珀酰CoATCA循环丙酮酸14蛋白质的代谢胺醛有机酸胺氧化酶醛脱氢酶H2O蛋白质多肽

4、氨基酸蛋白酶肽酶脱氨基脱羧基15（二）产氢产乙酸第一阶段水解产生的有机酸、醇类，除乙酸、甲酸、甲醇外均不能被产甲烷菌利用，必须由产氢产乙酸菌将其转化为乙酸、氢和二氧化碳，主要反应过程有丙酸CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+CO2+3H2丁酸CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2乙醇CH3CH2OH+2H2OCH3COOH+CO2+2H2乳酸CH3CHOHCOOH+H2OCH3COOH+CO2+H276.1kJ/mol48.119.216产氢产乙酸菌与产甲烷菌的共营关系产氢产乙酸菌为产甲烷菌提供底物；产甲烷菌为产氢产乙酸菌消除产物抑制。17可以

5、利用己糖、戊糖、多元醇、糖醛酸、丝氨酸、谷氨酸、乳酸、3—羧基丁酮和乙醇等形成乙酸，同时，它又能代谢氢和二氧化碳为乙酸。（三）耗氢产乙酸菌群2CO2+4H2CH3COOH+2H2OC6H12O63CH3COOH典型菌株：伍德乙酸杆菌18（四）产甲烷菌群在严格的厌氧条件下，产甲烷细菌能将发酵性细菌、产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌的终产物（乙酸、氢和二氧化碳）转化为甲烷、二氧化碳和水。氢/二氧化碳4H2+CO2CH4+2H2O甲酸4HCOOHCH4+2H2O+3CO2甲醇4CH3OH3CH4+2H2O+CO2乙酸4CH3COOHCH4+CO219复杂有机物（多糖、脂肪、蛋白质等）

6、可溶性物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）丙酸、丁酸、长链脂肪酸H2+CO2CH3COOHCH4+H2OCH4+H2O①①①①②②③④⑤CH4（50%~70%）、CO2（30%~40%）、H2、H2S、NH3水解发酵性细菌产氢产酸菌耗氢产酸菌不产甲烷菌群产甲烷菌群消化阶段（发酵、液化）产氢、产酸阶段产甲烷阶段④食氢产甲烷菌⑤食酸产甲烷菌厌氧发酵的原理共营20厌氧发酵的条件（1）发酵原料的评估评估指标：总固体物、悬浮固体、挥发性固体、挥发性悬浮固体、化学耗氧量、生化耗氧量。总固体物（TS）即干物质量，是指原料烘干后质量占原有质量的百分数，包括可溶性和不可溶性固体。悬浮固体（SS）即不可溶性固

7、体，指不能通过过滤器（一般为滤纸）的固体物。21挥发性固体（VS）总固体物中，除灰分(泥沙等无机物)外的有机物质。有机物在高温（550±50OC）下热解挥发，挥发的质量占总质量的比值即为挥发性固体物的百分含量。挥发性悬浮固体（VS）悬浮固体中挥发性固体,一般用百分含率表示。化学耗氧量（COD）利用重铬酸钾完全氧化水中的有机物时所消耗的氧的量。可准确反映有机物的量。22生化耗氧量（BOD）利用微生物有氧分解水中的有机物时所消耗的氧的量，一般以5天为基准，可反