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(yùn)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(jiǎn)述了厭氧消化過程中氨抑制的機(jī)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(shí)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(dòng)。

主要介紹了國(guó)內(nèi)體外厭氧消化氨抑制醉的新機(jī)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(huì)成為供需熱點(diǎn)，這對(duì)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(guó)BroadleyJames作為美國(guó)BroadleyJamesE-1312的老牌制造商，必將為中國(guó)的環(huán)境保護(hù)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們生產(chǎn)的pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，檢測(cè)準(zhǔn)確。廣泛應(yīng)用于各級(jí)環(huán)保污水監(jiān)測(cè)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(duì)有機(jī)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?jiān)臀鬯幚韽S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(yíng)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(huì)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(guó)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(jī)理、影響因素及對(duì)策，以期為厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

1厭氧消化中氨抑制機(jī)理的研究

厭氧消化過程中氨抑制形成機(jī)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(shí)。

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(gè)步驟。因此，厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)下的協(xié)同作用，其中產(chǎn)甲烷菌對(duì)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(duì)氨抑制形成的機(jī)理提出了推測(cè)，如c

為了維持細(xì)胞內(nèi)質(zhì)子平衡，細(xì)胞主動(dòng)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(huì)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(shí)間的影響。

目前，厭氧消化過程中氨抑制機(jī)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(duì)系統(tǒng)中氨濃度的耐受性更強(qiáng)。

Gao等人為餐廚垃圾設(shè)計(jì)了一個(gè)厭氧消化反應(yīng)器。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)z后階段反應(yīng)器中輔酶F 420 (CoF 420)的相對(duì)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(yíng)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。