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厌氧消化中氨抑制的研究进展

时间 : 2021-10-22 13:52:01 阅读 : 71

厌氧消化过程中氨抑制的研究进展

随着厌氧消化理论研究的深入,厌氧消化过程的研究和应用取得了发展的快速进展,但处理效率低、效率低!运行稳定性差是厌氧消化中常见的问题,氨积累导致的氨抑制是主要原因之一。简述了厌氧消化过程中氨抑制的机理和氨抑制的主要影响因素,介绍了氨抑制过程中微生物变化规律的研究现状,总结了消除和减轻氨抑制的方法,提出了厌氧消化中氨抑制的关键研究方向。

厌氧消化作为一种可获得能量的可持续生物处理技术,已经在实际工程中得到广泛应用。在厌氧消化过程中,氨抑制被认为是影响其整体效率的重要因素。尽管氮是厌氧消化系统中微生物代谢的基本元素,但是厌氧消化系统中过量的氨氮经常抑制微生物,尤其是产甲烷菌的正常生活活动。

主要介绍了国内体外厌氧消化氨抑制醉的新机理,并详细阐述了其主要影响因素和消除措施,包括微生物驯化、酸碱度调节、温度控制和碳氮比调节等。为厌氧消化技术工程应用的未来研究提供了一定的参考和借鉴。

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厌氧消化是一种可获得能量的可持续生物处理技术。其消化过程可以产生生物质能(主要是甲烷CH 4,含量为60% ~ 70%),是一种前景良好的绿色能源,可以缓解气候变化。

厌氧消化因其对有机污染物的稳定降解和消化过程中产生可再生能源的能力,已广泛应用于农业废弃物、食物残渣和污水处理厂剩余污泥等固体废弃物的无害化处理和资源化利用。在厌氧消化过程中,发酵物料中的蛋白质、尿素和核酸等含氮物质在微生物的作用下z终转化为氨氮(包括游离氨NH3和NH 4)。

虽然氨氮是厌氧消化过程中厌氧微生物的必要营养,一定浓度的氨氮可以为消化过程提供良好的缓冲,但系统中过高的氨氮浓度会抑制微生物,这被认为是导致厌氧消化反应系统崩溃的主要因素。近年来,在国内之外进行了大量厌氧消化过程中氨抑制的研究。本文主要总结了厌氧消化过程中氨抑制的形成机理、影响因素及对策,以期为厌氧消化反应系统的稳定运行提供参考。

1厌氧消化中氨抑制机理的研究

厌氧消化过程中氨抑制形成机理的研究很多,但这些研究还不够完善,也没有统一的共识。

厌氧消化过程通常包括物质溶解、水解、酸化、酸化和甲烷生成五个步骤。因此,厌氧消化系统的稳定运行主要取决于水解发酵菌、产酸菌和产甲烷菌等微生物在正常生理活动下的协同作用,其中产甲烷菌对系统中氨浓度的耐受性较差。

然而,氨抑制通常显示沼气产量下降,挥发性脂肪酸VFA在稳定的厌氧消化系统中积累。许多研究者对氨抑制形成的机理提出了推测,如c

为了维持细胞内质子平衡,细胞主动将钾泵消耗的能量输送到细胞膜上,并将细胞内钾离子移出细胞,以维持细胞内的酸碱度,从而增加细胞维持能量的需求,并限制某些特定的酶促反应。

氨抑制阈值的研究很多(见表1)。Hejnfelt和Angelidaki发现,厌氧消化系统中氨氮总浓度在1500 ~ 7000毫克/升之间,可能会产生氨抑制作用。然而,不同厌氧消化系统中氨抑制阈值的差异主要受消化基质和接种材料的特性、消化温度、系统中的酸碱度和驯化时间的影响。

目前,厌氧消化过程中氨抑制机理的研究主要集中在系统中产甲烷菌的种群结构以及随着氨浓度的增加而变化的多样性。一些学者的研究表明,在厌氧消化过程中,氢源产甲烷菌比乙酸源产甲烷菌对系统中氨浓度的耐受性更强。

Gao等人为餐厨垃圾设计了一个厌氧消化反应器。结果表明,实验z后阶段反应器中辅酶F 420 (CoF 420)的相对活性为2。比初始阶段高4倍,随着系统中氨浓度的不断增加,增加率为114%。

由于CoF 420的生化功能是低电位电子转移载体,碳酸氢盐被特异性还原为氢,然后被富氢产甲烷菌利用来合成甲烷,从而证明随着反应器中氨浓度的增加富氢产甲烷菌逐渐占据主导地位,这促进了特定CoF 420的活性。

Niu等人利用16S rRNA分子生物学技术研究了高温厌氧消化鸡粪过程中系统中不同浓度氨氮的产甲烷菌群落的变化。

结果表明,富氢甲烷细菌为9。3%发展到95%氨抑制阶段,远远高于乙酸营养的甲烷八叠球菌(Methanosarcina),在高氨氮系统中主导甲烷生产过程。德米雷尔和舍雷尔也得出了同样的结论。

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