丙酮-丁醇-乙醇发酵（ABE发酵，Acetone-Butanol-Ethanol fermentation）是利用梭菌（Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii）将碳水化合物（淀粉、糖、纤维素水解液）转化为丙酮、丁醇、乙醇的经典生物化工过程，曾是工业上生产丁醇（溶剂、燃料）和丙酮（溶剂、炸药、医药）的主要方法。随着石油化工的兴起，ABE发酵逐渐没落，但近年来由于生物燃料（丁醇作为“第二代生物燃料”）和生物基化学品的需求，ABE发酵再次受到关注。在ABE发酵中，生石灰（石灰乳）用于调节pH（控制代谢流向、抑制有机酸积累）、中和蒸馏废液（回收有机酸钙）、处理发酵废气（吸收CO₂），是提高溶剂产率和减少废水排放的辅助材料。

ABE发酵的代谢过程：梭菌在厌氧条件下，将糖（葡萄糖、木糖）转化为丙酮（acetone）、丁醇（butanol）、乙醇（ethanol），同时产生乙酸（acetic acid）、丁酸（butyric acid）、CO₂、H₂。发酵初始pH6.0-6.5，梭菌生长产酸，pH下降至4.0-5.0（“产酸期”）。当pH低于4.5时，梭菌代谢转向“产溶剂期”（丙酮、丁醇、乙醇），同时部分有机酸被还原为溶剂。但是，如果pH下降过快或过低（<4.0），梭菌活性受抑制，溶剂产量降低（“酸败”）。为了稳定发酵pH，在发酵过程中流加石灰乳（10%-20% Ca(OH)₂），将pH控制在5.0-6.0（或5.5-6.5），中和有机酸（乙酸、丁酸），生成不溶性的丁酸钙和乙酸钙沉淀（部分沉淀），降低有机酸对梭菌的反馈抑制，提高溶剂产率（总溶剂从15-20g/L提高至25-35g/L）。石灰乳的用量根据发酵进程（pH监测）自动（或手动）调节，每吨发酵液消耗石灰乳（折合CaO）5-15公斤。工业上也有用氨水（NH₃·H₂O）或烧碱（NaOH）调节pH，但氨水（氮源）会改变发酵代谢（促进菌体生长，降低溶剂比），烧碱（Na⁺）抑制梭菌（高钠离子浓度毒害），石灰乳（Ca²⁺）不影响代谢（部分有机酸钙沉淀），是ABE发酵最合适的碱中和剂。

发酵结束后（糖耗尽，溶剂浓度稳定），发酵醪液（含丙酮、丁醇、乙醇、水、菌体、残糖、有机酸钙盐）进入蒸馏塔（或精馏塔），蒸出丙酮-丁醇-乙醇混合物（共沸物），经分馏得到产品（丙酮、丁醇、乙醇）。塔底废液（釜残，含有机酸钙（丁酸钙、乙酸钙）、菌体、残糖、水）COD高达50000-100000mg/L，直接排放污染严重。废液加入生石灰（或消石灰）调pH至8-9（中和残酸，沉淀有机酸钙），过滤（板框压滤），滤饼（丁酸钙、乙酸钙、CaSO₄、Ca(OH)₂）干燥后可作为饲料添加剂（丁酸钙能促进畜禽肠道健康，乙酸钙作防腐剂），或作为有机肥（含钙、磷、氮）。滤液（COD降至20000-50000mg/L）进入厌氧消化罐（生产沼气），甲烷（CH₄）燃烧发电，沼液好氧处理达标排放。石灰中和-沉淀可回收废液中50%-80%的有机酸（以钙盐形式），降低COD负荷30%-50%，减少沼气罐的酸积累（防止酸化，提高甲烷产率）。

在ABE发酵的废气处理中，梭菌产生大量CO₂（摩尔比：CO₂:H₂≈1:1，每消耗1mol葡萄糖产生约2mol CO₂和2mol H₂）。将废气（CO₂+H₂）通入石灰水（5%-10% Ca(OH)₂）中，CO₂被吸收生成CaCO₃沉淀：CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O，未被吸收的氢气（H₂）可收集作为燃料（或返回发酵罐（H₂可被梭菌利用））。石灰吸收CO₂还能减少温室气体排放（碳捕集）。

在乙醇发酵（酵母发酵，酒精生产）中，生石灰用于蒸馏废液（酒糟）的中和（与前述“酒精发酵”章节重叠）。酒糟（pH3.5-4.5）用石灰乳调至pH6-7，促进厌氧消化（生产沼气），减少酸腐蚀（设备、管道）。石灰乳中的Ca²⁺能沉淀酒糟中的硫酸根（生成CaSO₄），减轻硫酸盐对产甲烷菌的抑制。

生石灰在ABE发酵和乙醇发酵中的应用，是传统生物化工与现代环保技术的结合。对于发酵工程师，掌握石灰乳的流加策略（pH设定值、流加速率、与糖化、补料、放罐的协同），是提高溶剂产率和缩短发酵周期的技能。生物能源领域流传：“梭菌产酸，石灰来调；产溶剂多，废水变宝。”——生石灰为ABE发酵的“酸-溶剂”平衡和废水“减负”提供化学支持。