(3页)废水处理中,高氨氮对厌氧微生物的抑制研究

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氨氮的（厌氧中氨氮抑制）.docx1.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)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+4)和游离氨(NH3,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NH3-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5615%[4]。21111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(IC50)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+4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,可以降低氨的抑制活性。pH值从715降到710,可使厌氧降解牛粪的甲烷产量提高4倍[7]。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.厌氧消化过程氨抑制研究进展1.1厌氧消化氨抑制形成机理关于厌氧消化过程中氨氮产生抑制的原因，目前尚未有统一结论。其中被广泛认同的是，游离氨（NH3）是产生抑制作用的主要原因。其抑制机理为①游离氨直接抑制了甲烷合成酶的活性；②游离氨为疏水性分子，通过被动扩散作用进入细胞，改变了细胞内外质子平衡和钾的缺乏。另外，进入细胞的游离氨在细胞内转变为铵，铵在细胞内积累改变了细胞内的pH，从而对细胞产生毒害作用。但J.J.Lay认为，产甲烷菌的活性取决于NH4+的浓度，而不是NH3的浓度，而且NH4+和NH3在驯化和非驯化的系统中的影响是不同的，在一个经良好驯化的微生物系统中，NH4+是比NH3更重要的影响产甲烷菌活性的因素[4]。1.2厌氧消化氨抑制影响因素研究在厌氧消化氨抑制相关研究中，关于氨抑制浓度阈值和不同浓度下抑制程度的报道最多，但是由于氨抑制浓度受pH，VFA，接种物和温度等诸多条件影响，使研究结果差异很大。一般情况下，NH4+浓度在50～200mg/L时对细菌是有益的，在200～1500mg/L时未表现出明显的副作用[5]。厌氧消化体系中，pH值直接影响总氨氮（TAN）中游离氨（NH3）和NH4+的相互转化，而游离氨对产甲烷菌活性的影响是引发氨抑制的主要因素[6]，因此研究氨抑制浓度阈值及抑制程度必须明确发酵体系的pH。研究表明：在pH为6.5～8.5时，甲烷菌的活性随氨氮浓度的增加而降低，当氨氮浓度在1670～3720mg/L时，甲烷菌的活性降低10%，当浓度在4090～5550mg/L时，甲烷菌的活性降低50%，而氨氮浓度达到5880～6600mg/L时，产甲烷菌活性则完全丧失[7]。同时应该注意的是，不论产甲烷菌还是产氢产乙酸都有适宜的pH，如果不能将pH调整至适当的范围，尽管氨氮浓度未达到抑制水平，也将导致运行失败。nVFA浓度是厌氧消化体系中非常重要的参数，与氨抑制具有密切联系。高浓度氨氮可抑制产甲烷作用，导致VFA累积，VFA浓度超过临界值，使pH降低，进而发生VFA抑制，使产甲烷菌活性进一步降低，最终形成“抑制的稳定状态”[8]，高浓度氨氮的触发作用以及高浓度VFA的加剧效应可导致厌氧消化处理系统的崩溃，并具有突然性，因此氨氮、VFA和pH的协同作用直接影响厌氧消化处理效果。有文献报道，牛粪中温厌氧消化过程中，当pH=7时，游离氨约占总氨氮的1%，而pH=8时则增加到10.2%；当pH从7.5调节至7.0时，沼气产量提高了4倍；在pH=8时，消化体系出水VFA浓度可达316mg/L，当pH调节至7.4时，出水VFA浓度降低至20mg/L。唐崇俭在研究猪场废水氨抑制效应时发现：当游离氨浓度较低、猪场废水中VFA浓度为1000~3000mg/L时，出水VFA浓度低于200mg/L，VFA去除率高达80%～92%，在游离氨超过临界抑制浓度（100~120mg/L）后，反应液VFA浓度高于2000mg/L，超过其对厌氧生物处理的临界抑制浓度（1000mg/L），反应器运行性能严重恶化[1]。1.5厌氧消化氨抑制消除措施研究（1）其中，对发酵原料进行稀释或调整进料的C/N被认为是最有效和应用最广泛的方法，但由于稀释导致消化反应器体积庞大，存在投资高、废水排放量大、经济效益差等问题；通过多原料混合发酵，如将畜禽粪污与高炭有机废弃物按比例混合，调整至适宜的C/N后进行厌氧消化，不但可以避免氨抑制，而且有利于提高原料转化率，是行之有效且经济可行的措施。（2）化学沉淀或矿物质吸附[29]~[31]也是研究、应用较多的消除氨抑制的方法如在厌氧消化池中加入定量的镁盐或正磷酸盐使氨氮以不溶的鸟粪石析出。加入天然沸石通过吸附作用降低体系氨氮浓度以避免氨抑制；利用厌氧消化出水pH较高的特点，经简单调节后，采用空气吹脱或气提方法去除氨氮也有所应用[32]。2.氨氮对EGSB反应器处理高浓度有机废水的影响摘要：1.3试验方法2.1氨氮浓度对COD去除率的影响2.3氨氮浓度对出水pH值及碱度的影响3.高浓度氨氮对IC厌氧反应器运行的抑制性研究摘要：2.1氨氮对IC反应器运行的影响根据IC反应器启动期的实验数据,选取容积负荷为37kgCOD/(m3#d)的工况进行氨氮对IC反应器运行的影响实验。在该实验阶段,保持进水COD9000mg/L,HRT为5.4h,通过改变进水氨氮浓度,考察氨氮对IC反应器运行的影响。2.1.1氨氮浓度对COD去除率及产气率的影响2.1.2氨氮浓度对系统VFA的影响2．1.3氨氮浓度对pH值和碱度的影响2.1.4反应器对氨氮的去除2.2氨氮影响后的恢复实验（直接恢复到COD:N:P=200：5：1）.n4.常温氨氮对UBF反应器抑制作用的试验研究在25℃条件下,容积负荷为15.60kgCODcr/m3?d时,CODcr去除率为74.08%,BOD5去除率为83.78%2.1　污泥的培养和驯化2.2　提高负荷阶段试验本阶段的试验是在保持水力停留时间基本不变的条件下,采用鸡粪混合液离心出水进行稀释,逐步提高进水浓度的方法进行.2.3　NH3-N对UBF反应器处理效果影响试验该试验阶段的研究目的在于保持反应器容积负荷一定(约16.90kgCODcr/m3?d),进水为鸡粪混合液离心出水(CODcr约18500mg/L),进水量一定(6.7l/d),改变进水NH3-N浓度,考察NH3-N对UBF反应器处理效果的影响,确定在25℃条件下,NH3-N对鸡粪混合液离心出厌氧处理的抑制浓度.