Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí diễn ra khá phức tạp, qua nhiều công đoạn và sự tham gia của các loài vi sinh vật kỵ khí khác nhau bao gồm các động vật nguyên sinh (protozoa), nấm, tảo và vi khuẩn theo sơ đồ trình bày dưới đây.
24
Các hợp chất hữu cơ mạch dài (carbohydrate, proteins, acid nucleic và lipids) trước hết được thủy phân thành các monomer và oligomer, tức là các chất hữu cơ mạch ngắn hơn, đơn giản hơn như đường, các amino acids, peptides. Tiếp đó các chất này được lên men, chuyển hóa thành các hợp chất acid béo hữu cơ mạch dài như lactate, succinate, pyruvate, butyrate, propionate và alcohols. Tiếp đó các hợp chất hữu cơ này lại được các vi khuẩn acid (acidonegic bacteria hay acidogens – AB) chuyển hóa tiếp tục thành các sản phẩm như acetat , hydrogen, formate. Các chất này có thể được sử dụng trực tiếp bởi vi khuẩn sinh methan (methanonegic bacteria hay methanogens – MB), tạo ra các sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí (hay còn gọi là yếm khí) là khí methan CH4 và khí carbonic CO2 [13].
Bảng 1.6: Các phản ứng sinh hóa của quá trình sinh methan với các cơ chất khác nhau [7]
Cơ chất Phản ứng
Cacbon monoxide 4CO + 5H2O CH4 + 3HCO3- + 3H+
Hydrogen/ carbondioxide 4H2 + HCO3- CH4 + 3H2O Ethanola 2CH3CH2OH + HCO3 - 2CH3COO- + H+ + CH4 + H2O Hydrogen/ Methanol CH3OH + H2 CH4 + H2O Methanol 4CH3OH 3CH4 +HCO3- + H2O + H+ Trimethylamineb 4CH3OH + 9H2O 9CH3 + 3HCO3- +4NH4+ + 3H+ Dimethylsulfidec 2(CH3)2S + 3H2O 3CH4 + HCO3- +2H2S + H+
Acetate CH3COO- +2H2O CH4 + HCO3-
Pyruvate 4CH3COCOOH + 2H2O5CH4 + 7H2O
Ghi chú: a Các alcohols mạch ngắn khác bao gồm propanol, isopropanol, cyclop ntanol, butanol;
b
Các amines methyl hóa khác bao gồm, dimethylamine, dimethylethylamine, methylamine;
c
Các sulfides methyl hóa khác bao gồm methylmercaptopropionate, methylmercaptan.
25