厭氧消化中氨抑制的研究進(jìn)展

厭氧消化過程中氨抑制的研究進(jìn)展

隨著厭氧消化理論研究的深入，厭氧消化過程的研究和應(yīng)用取得了發(fā)展的快速進(jìn)展，但處理效率低、效率低！運行穩(wěn)定性差是厭氧消化中常見的問題，氨積累導(dǎo)致的氨抑制是主要原因之一。簡述了厭氧消化過程中氨抑制的機理和氨抑制的主要影響因素，介紹了氨抑制過程中微生物變化規(guī)律的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了消除和減輕氨抑制的方法，提出了厭氧消化中氨抑制的關(guān)鍵研究方向。

厭氧消化作為一種可獲得能量的可持續(xù)生物處理技術(shù)，已經(jīng)在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。在厭氧消化過程中，氨抑制被認(rèn)為是影響其整體效率的重要因素。盡管氮是厭氧消化系統(tǒng)中微生物代謝的基本元素，但是厭氧消化系統(tǒng)中過量的氨氮經(jīng)常抑制微生物，尤其是產(chǎn)甲烷菌的正常生活活動。

主要介紹了國內(nèi)體外厭氧消化氨抑制醉的新機理，并詳細(xì)闡述了其主要影響因素和消除措施，包括微生物馴化、酸堿度調(diào)節(jié)、溫度控制和碳氮比調(diào)節(jié)等。為厭氧消化技術(shù)工程應(yīng)用的未來研究提供了一定的參考和借鑒。

酸堿度，作為基本污水指標(biāo)，必然會成為供需熱點，這對于E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極等廣大制造商來說是一大好處。美國BroadleyJames作為美國BroadleyJamesE-1312的老牌制造商，必將為中國的環(huán)境保護(hù)帶來可觀的經(jīng)濟效益。我們生產(chǎn)的pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，檢測準(zhǔn)確。廣泛應(yīng)用于各級環(huán)保污水監(jiān)測及污水處理過程中。

厭氧消化是一種可獲得能量的可持續(xù)生物處理技術(shù)。其消化過程可以產(chǎn)生生物質(zhì)能(主要是甲烷CH 4，含量為60% ~ 70%)，是一種前景良好的綠色能源，可以緩解氣候變化。

厭氧消化因其對有機污染物的穩(wěn)定降解和消化過程中產(chǎn)生可再生能源的能力，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢棄物、食物殘渣和污水處理廠剩余污泥等固體廢棄物的無害化處理和資源化利用。在厭氧消化過程中，發(fā)酵物料中的蛋白質(zhì)、尿素和核酸等含氮物質(zhì)在微生物的作用下z終轉(zhuǎn)化為氨氮(包括游離氨NH3和NH 4)。

雖然氨氮是厭氧消化過程中厭氧微生物的必要營養(yǎng)，一定濃度的氨氮可以為消化過程提供良好的緩沖，但系統(tǒng)中過高的氨氮濃度會抑制微生物，這被認(rèn)為是導(dǎo)致厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)崩潰的主要因素。近年來，在國內(nèi)之外進(jìn)行了大量厭氧消化過程中氨抑制的研究。本文主要總結(jié)了厭氧消化過程中氨抑制的形成機理、影響因素及對策，以期為厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供參考。

1厭氧消化中氨抑制機理的研究

厭氧消化過程中氨抑制形成機理的研究很多，但這些研究還不夠完善，也沒有統(tǒng)一的共識。

厭氧消化過程通常包括物質(zhì)溶解、水解、酸化、酸化和甲烷生成五個步驟。因此，厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行主要取決于水解發(fā)酵菌、產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌等微生物在正常生理活動下的協(xié)同作用，其中產(chǎn)甲烷菌對系統(tǒng)中氨濃度的耐受性較差。

然而，氨抑制通常顯示沼氣產(chǎn)量下降，揮發(fā)性脂肪酸VFA在穩(wěn)定的厭氧消化系統(tǒng)中積累。許多研究者對氨抑制形成的機理提出了推測，如c

為了維持細(xì)胞內(nèi)質(zhì)子平衡，細(xì)胞主動將鉀泵消耗的能量輸送到細(xì)胞膜上，并將細(xì)胞內(nèi)鉀離子移出細(xì)胞，以維持細(xì)胞內(nèi)的酸堿度，從而增加細(xì)胞維持能量的需求，并限制某些特定的酶促反應(yīng)。

氨抑制閾值的研究很多(見表1)。Hejnfelt和Angelidaki發(fā)現(xiàn)，厭氧消化系統(tǒng)中氨氮總濃度在1500 ~ 7000毫克/升之間，可能會產(chǎn)生氨抑制作用。然而，不同厭氧消化系統(tǒng)中氨抑制閾值的差異主要受消化基質(zhì)和接種材料的特性、消化溫度、系統(tǒng)中的酸堿度和馴化時間的影響。

目前，厭氧消化過程中氨抑制機理的研究主要集中在系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的種群結(jié)構(gòu)以及隨著氨濃度的增加而變化的多樣性。一些學(xué)者的研究表明，在厭氧消化過程中，氫源產(chǎn)甲烷菌比乙酸源產(chǎn)甲烷菌對系統(tǒng)中氨濃度的耐受性更強。

Gao等人為餐廚垃圾設(shè)計了一個厭氧消化反應(yīng)器。結(jié)果表明，實驗z后階段反應(yīng)器中輔酶F 420 (CoF 420)的相對活性為2。比初始階段高4倍，隨著系統(tǒng)中氨濃度的不斷增加，增加率為114%。

由于CoF 420的生化功能是低電位電子轉(zhuǎn)移載體，碳酸氫鹽被特異性還原為氫，然后被富氫產(chǎn)甲烷菌利用來合成甲烷，從而證明隨著反應(yīng)器中氨濃度的增加富氫產(chǎn)甲烷菌逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，這促進(jìn)了特定CoF 420的活性。

Niu等人利用16S rRNA分子生物學(xué)技術(shù)研究了高溫厭氧消化雞糞過程中系統(tǒng)中不同濃度氨氮的產(chǎn)甲烷菌群落的變化。

結(jié)果表明，富氫甲烷細(xì)菌為9。3%發(fā)展到95%氨抑制階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于乙酸營養(yǎng)的甲烷八疊球菌(Methanosarcina)，在高氨氮系統(tǒng)中主導(dǎo)甲烷生產(chǎn)過程。德米雷爾和舍雷爾也得出了同樣的結(jié)論。