厌氧消化过程氨抑制研究进展

2. 4 C/N 值调节

对厌氧消化体系，如果发酵原料 C/N 比过高，会造成系统氮源不足，进而使碳源不能得到充分利用;反之，如果 C/N 比过低，则易导致系统氨积累进而对厌氧消化微生物产生抑制作用。选择不同特性的反应底物进行联合厌氧消化，用于减少体系受到氨抑制的风险，是一种经济有效且易于操作的措施。

调节发酵原料 C/N 比，可以有效控制系统中总氨氮浓度水平。但该过程较为缓慢，且只有在体系中产甲烷微生物群处于活性状态时，才能够起到相应的作用。如果在厌氧消化系统中的产甲烷微生物群已经受到严重抑制的情况下，此时调节发酵原料 C/N 比，系统也难以恢复。

De Vries 等 研究表明，相较于玉米青饲的单独厌氧消化，其与甜菜根及小麦酵母的联合厌氧消化，将生物能源丙三醇的产量提升了 568%。Hejnfelt和 Angelidaki 发现，在猪粪中加入 5% 猪肉副产品进行联合中温厌氧消化，其甲烷产量较猪粪单独厌氧消化提升了 40%。

Molinuevo-Salces 等通过往猪粪中投入一定的蔬菜加工废弃物进行厌氧消化，结果表明，体系中 VS 降解率得到了提升。

Shanmugam 和Horan 对制革废水进行厌氧消化，实验设计进料废水 C/N 比在 3. 2 ～30，结果表明，厌氧消化系统在系统 pH 值为 6. 5，C/N 比为 15 时，累积产气量达到最大，且此时系统游离氨浓度(817 mg/L)较低。相较于未调节 C/N 比的原废水，其游离氨释放减少了80%。

2. 5 其他影响因素及措施

许多学者研究发现，初始生物量、进料频率、加入膜接触器组件、微生物固定、微量元素添加及稀释等均对厌氧消化体系氨抑制有影响，通过采取一定的措施，可减缓氨抑制的影响。

Markou 等 研究螺旋藻厌氧消化，设计初始生物量分别为 125，250，500 mg/L，结果表明，厌氧消化系统初始生物量越低，越易受氨抑制影响。推测可能是由于生物量越高，其同化体系中氨氮的速率越快。

Tice 等 对微生物燃料电池进行研究，结果显示，在基底均为 2 g/L 乙酸钠的条件下，高进料频率(每 2天进料 1 次)组在系统总氨氮浓度达到 4 000 mg/L时，仍可以获得较高的功率密度(1. 1 ～ 1. 9 W/m 2 )。

而低进料频率(每 6 天进料 1 次)组在系统总氨氮浓度达到 2 500 mg/L 时所获得的功率密度更低。

通过提高进料频率，可以加强产电微生物对氨抑制的耐受能力。同时还指出，功率密度曲线相对于持续电流监控，能更有效地预测微生物燃料电池的氨抑制情况。

Lauterbock 等通过在屠宰场废弃物厌氧消化体系中加入中空纤维膜接触器组件用于持续去除系统中氨氮，结果显示，其游离氨浓度相较于对照反应器的1 000 ～ 1 200 mg/L，减少大约 70%。

系统更稳定的同时，取得了更高的甲烷产量及处理效率。在厌氧消化反应器中加入惰性负载材料(黏土、活性炭和沸石等)，进行微生物固定，可以有效地减缓氨抑制，使消化过程更加稳定 。

Sasaki 等将碳素纤维纺织品(CFT)加入高温厌氧消化反应器进行产甲烷菌固定，结果表明，加入 CFT 的反应器在系统总氨氮达到3 000 mg/L 时，依然运行稳定。且通过 16S rRNA 基因分析，CFT 上附着大量的产甲烷菌。而未加入 CFT的对照反应器在系统总氨氮达到 1 500 mg/L 时，甲烷产率更低。

Banks 等 通过向厌氧消化系统加入微量元素硒和钴，并最优化其投加量，发现在最优条件下，可控制体系总氨氮浓度为 5 000 mg/L 并稳定运行，而对照组总氨氮浓度则达到 6 100 mg/L。

Kayhanian指出，稀释可以直接减轻厌氧消化系统的氨负荷，进而缓和氨抑制的影响。但由于稀释后会造成反应器体积浪费，处理效率降低，因此该方法并不经济 。

此外，通过一些物理化学方法，如化学沉淀 、吹脱 等，均可以达到去除厌氧消化反应器内氨氮，减缓氨抑制的目的。研究发现，两相厌氧消化系统较传统的单相厌氧消化系统，对系统氨氮具有更好的耐受性，同时可以提高系统的处理效率。

因此，可以考虑利用两相厌氧消化系统处理高含氮废物，以减轻消化过程中过高的氨氮对反应效率的影响。

3 结束语

目前，国内外针对厌氧消化氨抑制开展了大量的研究，但现有的研究更多的集中于氨抑制对产甲烷菌微生物群落的变化规律，且对于缓解氨抑制的措施还停留在实验室层面。

虽然发生氨抑制的厌氧消化体系仍可通过采取措施恢复，但该过程需要一定的时间进行复原，严重影响消化过程的连续性及效率，对于实际工程来说更是避之不及的。

因此，未来的研究方向应更多地集中在氨抑制过程中产甲烷菌与其他厌氧微生物的交互作用以及对体系氨抑制进行的预测、模拟等，在氨抑制早期对体系采取相应措施以避免氨抑制对系统带来的不良影响。

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