厌氧消化过程氨氮抑制解除方法研究
氨氮对厌氧菌的抑制作用 Microsoft Word 文档
氨氮对厌氧菌的抑制作用在进水COD的质量浓度为7000mg/L，有机负荷为48kg［COD］/（m3·d），水力停留时间为3．5h，回流比为12，水力上升流速为3．38m/h 的条件下，当氨氮的质量浓度小于200mg/L 时，对厌氧反应器中的微生物有刺激作用；当氨氮的质量浓度在200～500mg/L 时，氨氮浓度的增加对微生物无不利影响，反应器趋于稳定状态，COD去除率为96%左右；当氨氮的质量浓度在500～2 000 mg/L 时，氨氮浓度的变化会对微生物产生短暂的抑制作用，但经过短期的驯化之后即可恢复到原来的状态，此阶段系统运行不稳定；氨氮的质量浓度大于2000mg/L 时，则有明显的抑制作用；氨氮的质量浓度达到2736mg/L时，产气量降为47．59L/d，为初始产气量的一半，挥发性有机酸的质量浓度急剧升高至265mg/L，系统出现明显的酸化现象。
整个试验过程中，碱度、pH值以及SS随着氨氮浓度的增加稍有增加，但pH值变化不大，基本维持在6．8～7．5。
厌氧条件下，高浓度蛋白质和氨基酸废水降解将会产生高浓度的氨氮。
氨氮对厌氧菌的厌氧消化过程是有毒的，将会减少厌氧消化的效率和干扰厌氧消化过程。
国外许多学者研究了氨氮浓度对厌氧消化过程中厌氧微生物的影响。
Koster等研究了氨氮的质量浓度在0．68～2．60g/L 时，氨氮浓度对污泥产甲烷活性的影响，发现当氨氮的质量浓度在1． 60 ～1．70 g/L 时，污泥的产甲烷活性急剧降低。
EGSB反应器是在UASB反应器基础上发展起来的第3代厌氧反应器。
它采用较大的高径比，相比第2代厌氧反应器，占地面积更小，投资更省，并采用了出水回流，增强了传质过程，在处理低温低浓度的污水以及高浓度或有毒性工业废水方面有着其它厌氧反应器所不可比拟的优势。
目前，EGSB反应器主要集中在低温低浓度废水、含硫酸盐废水以及有毒、难降解有机废水的治理与研究。
但是，对于含氨氮废水的研究，国内外鲜有报道，如何有效地处理高浓度氨氮废水，预防工程应用中出现不可估量的损失，有必要对EGSB 处理高浓度有机废水的过程中氨氮浓度对运行效果影响进行研究，为工程实践提供宝贵的试验数据。
厌氧消化工艺的氨抑制现象
厌氧消化工艺的氨抑制现象金仁村;黄冠男;马春;阳广凤【摘要】对厌氧消化工艺氨抑制的相关研究进展作了综述,对氨抑制的机制进行了剖析,对其影响因素进行了总结,并提出了工程对策.结果表明,由于所用接种污泥、废物成分、试验条件和方法各不相同,氨抑制效应也各异.微生物驯化以及在厌氧消化前采取多种方法,可促成氨的去除或与其他毒物相互抵消毒性,从而显著改善废物处理的效率.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】4页(P9-12)【关键词】厌氧消化;氨抑制;废水处理;农业废物;工业废物【作者】金仁村;黄冠男;马春;阳广凤【作者单位】杭州师范大学环境科学系,浙江杭州,310036;杭州师范大学环境科学系,浙江杭州,310036;杭州师范大学环境科学系,浙江杭州,310036;杭州师范大学环境科学系,浙江杭州,310036【正文语种】中文【中图分类】X703.1厌氧消化过程包括厌氧微生物作用下有机废物的降解和稳定化，同时伴随着沼气的产生和生物量的增大〔1〕。
厌氧消化具有低剩余污泥产量、低能源消耗、可回收能源等优点〔2〕。
而废物中存在的大量抑制性物质是厌氧反应器运行失败的重要致因。
这些物质主要包括氨、硫化物、金属元素和有机物等。
笔者主要从氨的来源、抑制机理、影响因素和抑制调控对策等方面探讨氨抑制作用，为氨抑制的减缓乃至消除提供可行的途径，以保证厌氧消化的顺利进行。
氨一般从含氮物质的生物降解中产生，主要存在形式为蛋白质和尿素。
有机质厌氧生物降解产生氨的量可由式（1）化学计量关系求得〔3〕：一些氨抑制的机制已被提出，比如细胞内pH的改变，维持能的增加和一些酶反应的抑制〔4〕。
氨离子（NH4+）和游离氨（NH3）是水溶液中总氨氮（TAN）的主要存在形态。
游离氨是产生抑制的主要成因，因为它能自由透过细胞膜〔5〕。
疏水的氨分子能以被动扩散的方式进入细胞，导致质子的不平衡和钾的缺乏〔6〕。
在四类厌氧微生物中，产甲烷菌对氨的耐受性最差，受氨抑制时最有可能停止生长〔7〕。
厌氧消化过程氨抑制研究进展
体系中高浓度氨氮可以直接抑制微生物活性"这 往往是导致厌氧消化反应器失效的首要原因& 研究 表明"处理低氨氮浓度废水的厌氧消化反应器对系统 中高氨氮浓度常具有更好的适应性& 通过逐步提高 体系氨氮水平"对 厌 氧 消 化 体 系 微 生 物 进 行 驯 化" 可 以提高产甲烷微生物种群对氨氮的耐受程度"是一种 有效且经济的方式& :/5>8*8G18G 等 ’#%( 通过对系统 中 微生物长达 #E’ 天的驯化"最终实现体系在高氨氮浓 度下产气量达到 %" ?IJB! j@$ & @>GB和 I1>’#’( 的 研 究结 果表明 "尽管 在 高 氨 氮 驯 化 下" 体 系 中 产 甲 烷 菌 整体的活性下降"但其对氨氮及 4=变化的耐受性得 到了强化& Q,5等 ’#&( 通 过 原 位 逐 步 进 行 氨 耐 受 能 力 驯化"最终实现 厌氧消化 反 应 器 在 体 系 总 氨 氮 达 到 ’ #HE ?BJI时依旧正常有效地运行&
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消化基质
有机垃圾 ’"’( 合成废水 ’D( 猪粪 ’"E( 合成废水 ’"(( 脱脂奶粉 ’E(
总氨氮浓度 J游离氨浓度 J ! ?B-Ia"$ ! ?B-Ia"$ 抑 制 状 态
直接种间电子传递对缓解厌氧消化抑制效应的研究进展
第36卷第24期农业工程学报 V ol.36 No.242020年12月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2020 227 直接种间电子传递对缓解厌氧消化抑制效应的研究进展司哺春1，刘凯强1，林新宇1，刘志丹1，杨改秀2，张源辉1,3（1. 中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室，环境增值能源实验室，北京 100083；2. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；3. 美国伊利诺伊大学香槟校区农业与生物工程系伊利诺伊 IL61801）摘要：厌氧消化是将生物质废弃物进行资源化利用的有效途径之一。
然而，复杂的原料性质以及反应器高负荷的运行条件会使厌氧消化过程产生多种抑制效应，易导致反应器运行不稳定，产气效率低等问题。
因此，提升厌氧消化反应器运行性能、减缓抑制效应成为当前的研究热点。
区别于以氢气和甲酸为媒介的间接种间电子传递（Mediated Interspecies Electron Transfer，MIET）过程，微生物间的直接种间电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer，DIET）能够在菌群间直接进行电子转移，传递效率更高。
DIET的建立有助于强化厌氧反应的稳定性，提高反应效率，减缓抑制效应。
基于此，该文总结了DIET的研究进展，分析了主要的种间电子传递机制，探讨了DIET对不同类型抑制效应的缓解作用，归纳了DIET潜在微生物的富集效果；在此基础上展望了DIET在减缓厌氧消化抑制效应方面的重点研究方向和应用前景。
关键词：发酵；反硝化；抑制效应；微生物群落；导电材料；直接种间电子传递doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.027中图分类号：S2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2020)-24-0227-09司哺春，刘凯强，林新宇，等. 直接种间电子传递对缓解厌氧消化抑制效应的研究进展[J]. 农业工程学报，2020，36(24)：227-235. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.027 Si Buchun, Liu Kaiqiang, Lin Xinyu, et al. Research progress of the relief of anaerobic digestion inhibitions based on direct interspecies electron transfer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(24): 227-235. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.027 0 引 言据统计，世界范围内每年大约产生1 460亿t的生物质废物[1]。
厌氧消化过程中氨氮的抑制浓度和消除方法
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厌氧消化过程氨氮抑制解除方法
厌氧消化过程氨氮抑制解除方法有机废物厌氧消化过程中，特别是针对高氮原料（餐厨垃圾、粪便、食品加工废物等）而言，氨氮是一个十分重要的控制条件，在厌氧消化过程中，由于厌氧微生物的细胞增殖很少，因此只有很少量的氮被转化成为细胞物质，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的氨氮，氨氮是微生物重要的氮源，并且在反应过程中能够中和厌氧消化产生的挥发性有机酸，对系统的pH具有缓冲作用，但若其浓度过高，将会影响微生物的活性、抑制甲烷菌的活性。
对于接触氨氮抑制的方法，目前主要通过不同反应器类型、不同发酵温度、不同微生物种群和添加外源物这四个方面进行研究。
一、不同反应器类型解除氨氮抑制单相厌氧反应器和两相厌氧消化反应器所能承受的氨氮抑制浓度不同，对于单相反应系统而言，由于反应器中的液体是出于高度混合的状态，小生境容易遭到破坏，所以微生物极易受到高浓度物质的抑制；另外，混合完全的溶液会溶出更多的氮，所以单相反应器易受到氨氮的一直，而两相厌氧反应器是把水解酸化微生物和产乙酸产甲烷微生物分别放置于各自最优的生态环境中，最大程度的提高了系统的稳定性。
因此，两相消化系统对于氨氮抑制有更强的抵制作用。
对于两种反应器能承受的最大氨氮浓度，有研究表明，对于能够产生5g/L NH4+的固体废物进行厌氧消化研究，在单相反应器中，当有机负荷率达到4kgVSm³/d时，系统受到破坏，反应失败；而对于两相消化反应器而言，最大的有机负荷率可达到8kgVSm³/d，此时甲烷菌也未受到抑制。
厌氧消化是由多种菌群参与作用的生物过程，这些微生物种群的有效代谢是互相影响、相互联结的，而两相厌氧消化会将这一有机联系的过程分开，这势必会改变中间代谢产物成分，对整个消化过程产生一定程度的影响。
所以，如选择两相反应器进行氨氮抑制解除，必须要采取的适当的相分离，从而创造有利于不同细菌的生态环境。
此外，由于高氮原料厌氧消化对反应器的最大有机负荷有一定的限制要求，因此在反应器和实验的设计过程中要考虑到发酵浓度和氨氮作用的敏感性。
废水中氨的厌氧去除途径及机理研究
废水中氨的厌氧去除途径及机理研究废水中氨的厌氧去除途径及机理研究废水处理是保护环境和水资源的重要任务，而其中氨氮是一种常见的有机污染物。
传统处理方法中，氨氮通常通过硝化-硝化工艺去除，即将氨氮转化为硝酸盐氮，再通过反硝化还原为氮气。
然而，硝化-硝化工艺存在能量消耗高、气体排放等问题。
近年来，厌氧去除氨氮的方法受到科学家的关注，成为一种可行的替代方案。
氨氮的厌氧去除途径有多种，其中最常见的方式是厌氧氨氧化（Anammox）和部分硝化-反硝化（PNR）。
下面将详细介绍这两种去除氨氮的途径及其机理。
1. 厌氧氨氧化（Anammox）厌氧氨氧化是一种新兴的氨氮去除途径，通过一种特殊的菌株反应器（反应器内称为Anammox菌群）来进行。
这种菌株能够将氨氮直接转化为氮气，从而达到去除氨氮的目的。
它的主要反应式为：NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O。
厌氧氨氧化的机理是通过Anammox菌株中的两种菌脱氮反应参与。
首先，厌氧氨氧化细菌氧化亚氮盐，生成亚氮酸盐。
然后，它们与氨氮反应，产生氮气。
整个过程需要维持一定的反应物比例，通常为1.3:1.6（NH4+:NO2-），并控制反应器内的温度、pH、DO（溶解氧）等因素。
2. 部分硝化-反硝化（PNR）部分硝化-反硝化是另一种厌氧去除氨氮的途径，通过湿法呼气法或CAS（环流式曝气槽）工艺进行。
PNR的优点是适用范围广，可以适应不同浓度和水质的废水处理。
其主要反应式为：NH4+ + 1.05O2 → 0.4NO3- + 0.71NO2- + 0.1N2。
PNR的机理是基于氨氧化细菌（AOB）和反硝化细菌（NOB）的共生反应。
首先，氨氧化细菌通过氨氧化作用将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。
接下来，反硝化细菌在缺氧条件下将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，并以其他有机物为电子捐体。
总结一下，废水中氨的厌氧去除途径及机理研究主要有厌氧氨氧化和部分硝化反硝化两种方法。
厌氧氨氧化通过Anammox菌株将氨氮直接转化为氮气，而部分硝化-反硝化则是通过氨氧化细菌和反硝化细菌的共同作用将氨氮转化为氮气。
污泥中温厌氧消化氨抑制探讨
石 家 庄 桥 东 污 水 处 理 厂 污 泥 处 理 为 中 温厌 氧 消 高 甲烷 菌 的耐 受程 度 变化 规律 尚无定 论 ． Ｃ ． Ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ Ｉ ］ 等 化， 反 应器 为 ６座 卵形 消 化池 。 单 池容 积 １ １ ５ ０ ０ｍ ， 污 证 明 了高 温 状态 下 系 统 对 Ｎ Ｈ 可 耐 受 的 质量 浓 度 至 泥液正 常运行 温度 为 （ ３ ５ ＋ ２ ） ｏ Ｃ ， 水力 停 留时 间为 ２ ０ ｄ ， 少 为 中温 的 ２倍 ： 同时 资 料ｌ ６ ｌ 显 示 在 高 质 量浓 度 氨 的 系统 采用 机 械搅 拌和 套管 式加 热 器加 热 。 运 行 过程 中 环 境 内操 作 。温 度从 ６ ０ 降至 ３ ７℃可 减轻 Ｎ Ｈ 的抑
Ｌｉ ｕ Ｃｈ ａ ｏ
厌 氧 消化 是 当前 废 物处 理 的 常见 工 艺 ． 包 括 有机 菌 的 活性 会 受到 严 重抑 制 ， 系 统稳 定性 和产 气 能力 开
废 物 在 厌 氧微 生 物作 用 下 的降 解 及稳 定 化ｌ １ ｌ ， 同 时伴 始 下降 。 蒋建 国 等证 明该 限值 在 ｌ ７ ０ ０ ｍｇ ／ Ｌ左 右 。 其 随着 生物 气 的产 生 和 生物 量 的增 大 ， 并 具有 低 剩 余 污 机 理 为 游 离 氨 可 自由透 过 细胞 膜 而 成 为微 生 物 降解 泥 产量 、 低 能耗 和可 回收 能源等优 点 。 但 往往 由于废水 的抑制 因素 ， 而厌 氧系 统 内 ４种类 型 厌 氧 菌群 中产 甲 水 质 不稳 定 ， 存在氨 、 硫化物 、 金 属元 素 等 大量 抑 制性 烷 菌 （ ＭＰ Ｂ） 最 易被抑 制 １ 。当系统 内 Ｎ Ｈ ４ ＋ 一 Ｎ 的质 量浓 物质， 会 抑制厌 氧 消化 过程甚 至 导致反 应器 运行 失败 。 度 达到 在 ４ ０ ５ １ ～５ ７ ３ ４ ｍｇ ／ Ｌ范 围时 ， 颗 粒 污 泥 中产 酸 笔 者 结 合 石 家 庄 桥 东 污 水 处 理 厂 某 中温厌 氧 消 化 池 菌 几乎 不受影 响 ， 而 ＭＰ Ｂ的失 活率 高达 ５ ６ ． ５％ｌ ４ ｌ 。
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对比$ 结果表明两种反应器均将有机氮转化为无机氮$ 但两相厌氧消化可将废水中的几乎全部有机氮转化为 无机氮$ 而单相厌氧消化只能将部分有机氮转化成无机氮% 两相厌氧装置运行稳定$ 且甲烷菌的竞争占优势5 值得注意的是$ 厌氧消化是由多种菌群参与作用的生物过程$ 这些微生物种群的有效代谢是相互影响& 相互联结的$ 而两相厌氧消化会将这一有机联系的过程分开$ 这势必会改变中间代谢产物成分$ 对整个消化 过程产生一定程度的影响5 所以$ 如选择两相反应器进行氨氮抑制解除$ 必须要采取的适当的相分离$ 从而创 此外$ 由于高氮原料厌氧消化对反应器的最大有机负荷有一定的限制要求$ 造有利于不同细菌的生态环境5 因此在反应器和实验的设计过程中要考虑到发酵浓度和氨氮作用的敏感性5 ! ! " #不同发酵温度对解除氨氮抑制的研究 厌氧消化可分为 D 个温度范围! 3 ""4 " Q 称为高温发酵$ ! ""S 3 Q 称为中温发酵$ ! " Q 以下称为低温 发酵5 通常认为$ 在一定范围内$ 温度越高$ 厌氧消化结果会更好5 高温条件对于有机废物的降解和病原菌的杀 灭更有效$ 尤其对于沼渣沼液的二次利用而言$ 高温处理就显得尤为重要5 而在实际工程生产中$ 综合考虑到 经济性等方面$ 有机废物的厌氧消化温度大多选择中温条件5 目前$ 国内外学者的研究认为$ 在不同温度条件
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! " # !年中国沼气学会学术年会论文集
对于解除氨氮抑制的方法$ 目前国内外学者主要通过不同反应器类型& 不同发酵温度& 不同微生物种群 和添加外源物这四个方面进行研究5
! #解除氨氮抑制的方法研究
! ! ! #不同反应器类型对解除氨氮抑制的研究 单相厌氧反应器和两相厌氧消化反应器所能承受的氨氮抑制浓度不同5 对于单相反应系统而言$ 由于反 应器中的液体是处于高度混合的状态$ 小生境容易遭到破坏$ 所以微生物极易受到高浓度物质的抑制% 另外$ 混合完全的溶液会溶出更多的氮$ 所以单相反应器易受到氨氮的抑制5 而两相厌氧反应器是把水解酸化微生 物和产乙酸产甲烷微生物分别放置于各自最优的生态环境中$ 最大程度的提高了系统的稳定性$ 因此$ 两相 消化系统对于氨氮抑制有更强的抵制作用5
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i 对于两种反应器能承受的最大氨氮浓度$ 有研究表明$ 对于能够产生 3@ ' AR W S 的固体废物进行厌氧 D 消化研究$ 在单相反应器中$ 当有机负荷率达到Sc ' 系统受到破坏$ 反应失败% 而对于两相消化 V C:时 $ @ * )* D # 最大的有机负荷率可达到(c ' $ 此时甲烷菌也未受到抑制) 反应器而言$ V C: 5 A / J J > ? J_ 等 ! 经过实验 @
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基金项目国家科技支撑计划*西部经济欠发达地区混合原料沼气工程示范 ! " " ( G & $ L S G " D 第一作者王#阳 女 辽宁阜新人 在读博士 研究方向 农业生物环境与能源工程 # ' ( 3 * + , . / 0 P . ? . ? " ' ! S 6 . 9 5 > : 9 5 6 ? ! @ K @ 通讯作者林#聪 女 河南开封人 教授 博士生导师 研究方向 农业生物环境与能源工程 # ' 3 4 * + , . / 0 0 / ? 6 7 ? 6 . 9 5 > : 9 5 6 ? ! @
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