19、厌氧消化过程抑制因素的研究进展

亿亏与健物Z程2009．VoI．26No．10Chemistry&Bioengineering厌氧消化过程抑制因素的研究进展夏亚穆，常亮．王伟(青岛科技大学化工学院，山东青岛266042)摘要：厌氧消化是一种高效的废物处理方法。但厌氧消化过程中经常出现诸如甲烷产量低、工序不稳定等问题，使得这项技术不能被广泛应用。废弃物中种类繁多的抑制物质是导致厌氧消化不稳定或失败的主要原因。概述了厌氧消化过程中经常出现的抑制因素的抑制机制和控制因子。关键词：厌氧消化；抑制机制；控制因子；研究进展中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1672—5425(2009)10—0005—041前言废水厌氧生物处理法又称厌氧消化，是一种利用微生物自身的新陈代谢作用而实现有机废弃物处理的方法。其机理是在厌氧细菌的作用下将废物中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体。厌氧消化过程可分四个阶段：(1)水解阶段：将不溶性大分子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸；(2)酸化阶段：发酵细菌将水溶性低脂肪酸转化为H：、CH。COOH、CH。CH：OH等，酸化阶段料液pH值迅速下降；(3)产氢产乙酸阶段：专性产氢产乙酸菌将还原性有机物氧化，生成H2、HCO；-、CH。COOH；同型产乙酸细菌将H。、HCOf转化为CH。COOH，此阶段由于大量有机酸的分解导致pH值上升；(4)甲烷化阶段：产甲烷菌将乙酸转化为CH。和CO：，利用H：将CO：还原成CH。，或利用其它细菌产生的甲酸形成CH。。厌氧消化为工农业生产过程中的废物处理提供了一种有效的方法，不仅具有能耗低、占地面积小、处理效率高等优点，更重要的是厌氧消化的产物为高热值的能源——甲烷。甲烷是一种清洁能源，其燃烧产物为C0：和H：O，无污染组分[1]。虽然这些优点很突出，但厌氧菌繁殖较慢、对毒物敏感、对环境条件要求严格、操作稳定性低仍是其广泛应用的重要障碍。废水和废渣中的抑制物质往往是导致厌氧反应不稳定和失败的主要原因。影响厌氧消化作用的因素有很多，如：反应器类型、反应条件、微生物种群、拮抗／协同作用、驯化等，这些因素使抑制物质在不同条件下的抑制浓度范围具有很大差异。作者在此综述了厌氧消化过程中多种物质的抑制作用，涉及到抑制作用机制、影响抑制作用的因素、废物处理过程中经常遇到的问题等。2抑制因素2．1氨氨主要由蛋白质和尿素生物分解产生。氨氮在水溶液中，主要是以铵离子(NH[)和游离氨(NH。，FA)形式存在。其中FA具有良好的膜渗透性[2]，是抑制作用产生的主要原因。在四种类型的厌氧菌群中，产甲烷菌(MPB)最易被氨抑制而停止生长[3]。当NH。一N浓度在4051～5734mg·L_1范围时，颗粒污泥中产酸菌几乎不受影响，而MPB的失活率达到了56．5孵4|。2．1．1影响氨抑制的因素影响氨抑制的因素主要有浓度、pH值、温度。普遍认为氨的浓度在200mg·L'1以下时有利于厌氧降解，因为氮也是厌氧微生物所需的重要营养物质[5]。由于反应器运行状况和实验条件的差异，总氨氮(TAN)的半数抑制浓度(IC；。)限制尚无定论，一般在1．7～14g·L_1范围内。pH值升高会导致氨的抑制活性增强，这是因为pH值越高，NH+转化成FA的比例就越大[6]。控制pH值在微生物生长的最适条件下，可以降低氨的抑基金项目：山东省自然科学基金资助项目(Q2006802)，兰州大学功能有机分子国家重点实验室开放基金资助项目(200708)收稿日期：2009—06—02作者简介：夏亚穆(1974--)，男，甘肃天水人，副教授，主要从事生物活性物质的提取、分离、合成等研究与开发工作；通讯联系人：常亮。E—mail：shengclx@163．tom，xiaym@qust．edu．cn。5万方数据制活性。pH值从7．5降到7．0，可使厌氧降解牛粪的甲烷产量提高4倍j。温度的升高既可以促进微生物的生长，又会使FA浓度升高。所以，要权衡两方面，才能找到最适温度。2．1．2降低氨抑制的方法驯化、空气吹脱或化学沉淀都可以有效降低氨的抑制作用。最简单的方法是将堆肥稀释成含0．5％～3．0％固体的状态，但这种方法会增加废料处理的体积，经济效益不显著[8]。某些离子(如钠离子、钙离子、镁离子)也可以拮抗氨的抑制作用。．多种离子联合使用要比单独使用某种离子的效果好。2．2硫化物’硫酸盐是很多工业废料的常见成分。在厌氧反应中，硫酸盐被硫酸盐还原菌(SRB)还原成硫化物。这些硫化物主要含有S卜、HS一、H。S，其中H。S存在于液相和气相中且毒害作用最大，原因可能是H：S呈电中性，只有中性才能穿过带负电的菌体细胞膜，破坏其蛋白质[9]。硫化物几乎对所有的厌氧细菌都有直接或可逆的毒害作用，但其抑制机理尚不清楚。少量的硫酸盐(或硫化物)有益于厌氧消化过程，但当废水中硫酸