厌氧消化工艺的氨抑制现象_金仁村

AmmoniainhibitionofanaerobicdigestionJinRencun，HuangGuannan，MaChun，YangGuangfeng（DepartmentofEnvironmentalScience，HangzhouNormalUniversity，Hangzhou310036，China）厌氧消化工艺的氨抑制现象金仁村，黄冠男，马春，阳广凤（杭州师范大学环境科学系，浙江杭州310036）［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。［关键词］厌氧消化；氨抑制；废水处理；农业废物；工业废物［中图分类号］X703.1［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2010）04-0009-04Abstract：Adetailedsummaryoftheresearchconductedontheammoniainhibitionofanaerobicprocessesispro-vided.Duetothedifferenceinanaerobicinoculation，wastecomposition，andexperimentalmethodsandconditionswhichhavebeenused，theammoniainhibitionefficiencyaredifferentaswell.Thedomesticationofmicroorganismandusingvariousmethodsbeforeanaerobicdigestioncancausetheammoniatoremoveorcounteracttoxicitywithothertoxicantssoastosignificantlyimprovethewastetreatmentefficiency.Keywords：anaerobicdigestion；ammoniainhibition；wastewatertreatment；agriculturalwaste；industrialwaste［基金项目］国家自然科学基金项目（50808060）；浙江省自然科学基金项目（Y5090072）；杭州市科技计划社会发展项目（20091133B06）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。1氨的来源和抑制机理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〕：CaHbOcNd+4a-b-2c+3d4H2O→4a+b-2c-3d8CH4+4a-b+2c+3d8CO2+dNH3（1）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〕。当氨质量浓度（以N计）从4051mg/L升到5734mg/L时，颗粒污泥中产甲烷菌活性下降了56.5%，而产酸菌活性基本不变〔8〕。文献中关于乙酸型产甲烷菌和H2/CO2型产甲烷菌敏感性的信息存在矛盾。一些研究人员比较了甲烷产率和细菌生长速率间的关系后指出，氨对乙酸型产甲烷菌的抑制作用要强于H2/CO2型产甲烷菌〔9〕。与此相反，另外一些人观察到，乙酸型产甲烷菌的抗逆性相对较高〔10〕。在分离自污泥消化反应器的常见产甲第30卷第4期2010年4月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol.30No.4Apr.，20109——工业水处理2010－04，30（4）专论与综述烷菌株（如Methanospirillumhungatei，Methanosarcinabarkeri，Methanobacteriumthermoautotrophicum和Methanobacter