氨氮对厌氧发酵的影响.docx

降解过程中形成水解产物   -氨氮,主要以铵离子  NH 4 -N 和游离氨  NH 3 形式存在。
CH 3CHNH 2COOH(丙氨酸)+ 2H2 O→CH 3COOH+ CO2+NH 3+ 4H
CH 2NH 2COOH(甘氨酸)+ 4H →2CH3COOH+2NH 3
NH 3+ H 2O→ NH 4 +OH-
氨氮对厌氧发酵的影响
厌氧发酵是处理有机废弃物并实现其资源化利用的有效手段, 然而厌氧发酵
作为生物处理技术一种, 必然存在着生化抑制反应。 存在的生化抑制反应主要有:
pH 抑制、氢抑制、挥发性有机酸( VFA)和氨氮的抑制等。高浓度的氨氮就是
有机废弃物厌氧生物处理中常遇到的一个难题。
本文阅读大量文献, 集中研究氨氮在厌氧发酵过程中的产生机理、 抑制浓度
等规律,以期待解决或者避免氨氮在产甲烷发酵过程中的抑制反应情况, 为今后
的厌氧发酵提供理论和技术支持。
1 氨氮的产生机理
在有机垃圾厌氧消化的过程中, 氮的平衡是非常重要的因素, 尽管进入消化
系统中的***盐能被还原成氮气, 但其仍将存在于系统中。 由于厌氧微生物细胞
的增殖很少, 只有很少的氮转化为细胞, 大部分可生物降解的有机氮在厌氧发酵
+
因此消化液中氨氮的浓度都高于进料的氨氮浓度,系统中的总氮是守恒的。
氨态氮主要是通过氨基酸的降解产生, 其分解主要通过偶联进行氧化还原脱
氮反应, 这需要两种氨基酸同时参与, 其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮, 同时
产生的质子使另外一个氨基酸的两个分子还原, 两个过程同时伴随着氨基酸的去
除。如丙氨酸和甘氨酸的降解:
+
+
两个反应合并即为:
CH 3CHNH 2COOH+2CH2NH 2COOH+ 2H2O→3CH3COOH+CO2+3NH 3
由于氨基酸的降解的能够产生 NH 3,因此在这一过程会影响到溶液的 pH 值。
NH 3 的存在对厌氧过程非常重要,一方面, NH 3 是微生物的营养物质,细菌利用
氨氮作为其氮源,另一方面, NH 3 如果其浓度过高就会快速抑制甲烷菌的活性。
+
氨的存在形式有 NH 3 和 NH 4 ,两者的浓度决定于 pH 值。
+
35℃时,K 1=
[ NH 4 ][ OH ]
[ NH 3 ]
=×10-5                   ( 1-1)
K2 =
[ H ][ OH ]
[ H 2 O]
=×10-14                    (1-2)
两式相除, [NH 3] =× 10
过细胞膜   [2,3] 。但    认为,甲烷菌的活性取决于   NH 4 的浓度,而不是非离
子化 NH 3 的浓度  [4]  。而且  NH 4 和 NH 3 在驯化和非驯化的系统中的影响是不同的
-9
+
有机酸积累, pH 值降低,平衡向右移动, NH 3 离解为 NH 4 。
同时,也有研究表明: 除了有机氮在厌氧发酵时被氨化外, 发酵余液回流利
用也会因此加重氨积累 [1] 。
2 氨氮的抑制机理和抑制模式
对于在厌氧发酵过程中氨氮产生抑制性的原因,目前还存在争议。大多数
学者认为,游离氨 (NH 3)是氨氮产生抑制作用的主