用作沼氣發酵原料的有機物種類繁多，如禽畜糞便、作物秸稈、

沼氣發酵三階段理論

1、食品加工廢物和廢水，以及酒精廢料等，其主要化學成分為多糖、蛋白質和脂類。其中多糖類物質是發酵原料的主要成分，它包括淀粉、纖維素、半纖維 素、果膠質等。這些復雜有機物大多數在水中不能溶解，必須首先被發酵細菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。發酵性細菌將上述可溶性物質吸收進入細胞后，經過發酵作用將它們轉化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。在沼氣發酵測定過程中，發酵液中的乙酸、丙酸、丁酸總量稱為中揮發酸（TVA）。蛋白質類物質被發酵性細菌分解為氨基酸，又可被細菌合成細胞物質而加以利用，多余時也可以進一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氫等。蛋白質含量的多少，直接影響沼氣中氨及硫化氫的含量，而氨基酸分解時所生成的有機酸類，則可繼續轉化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂類物質在細菌脂肪 酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可進一步按糖代謝途徑被分解，脂肪酸則進一步被微生物分解為多個乙酸。

2、產酸階段

（1）產氫產乙酸菌

發酵性細菌將復雜有機物分解發酵所產生的有機酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外 ，均不能被產甲烷菌所利用，必須由產氫產乙酸菌將其分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。

（2）耗氫產乙酸菌

耗氫產乙酸菌也稱同型乙酸菌，這是一類既能自養生活能異養生活的混合營養型細菌。它們既能利用 H2+CO2生 成乙酸，也能代謝產生乙酸。通過上述微生物的活 動，各種復雜有機物可生成有機酸和H2/CO2等。

3、產甲烷階段

（1）產甲烷菌的類群

產甲烷菌包括食氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌兩大類群。在沼氣發酵過程中，甲烷的形成是由一群生理上高度專業化的古細菌一產甲烷菌所引起的，產甲烷菌包括食 氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌，它們是厭氧消化過程食物鏈中的最后一組成員，盡 管它們具有各種各樣的形態，但它們在食物鏈中的地位使它們具有共同的生理特性。它們在厭氧條件下將前三群細菌代謝終產物，在沒有外源受氫體的情況下把乙酸和 H2/CO2。轉化為氣體產生CH4/CO2，使有機物在厭氧條件下的分解作用以順利完成。目前已知的甲烷產生過程由以上兩組不同的產甲烷菌完成。

① 由CO2和H2產生甲烷反應為 ：CO2+4H2→CH4+ H2O

② 由乙酸或乙酸化合物產生甲烷反應為：

CH3C00H→CH4+CO2 ; CH3COONH4+ H20→CH4+ NH4HCO3

（2）產甲烷菌的生理特性

① 產甲烷菌的生長要求嚴格厭氧環境，產甲烷菌廣泛存在于水底沉積物和動物消化道等極端厭氧的環境中；

② 產甲烷菌食物簡單產甲烷菌只能代謝少數幾種碳素底物生成甲烷；

③ 產甲烷菌適宜生存在pH值中性條件下；

④ 產甲烷菌生長緩慢。