Inhibition of anaerobic digestion process A review翻译

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1、Inhibitionofanaerobicdigestionprocess:Areview厌氧消化过程的抑制因素综述摘要：厌氧消化是一种很有吸引力的废物处理技术，因为它可以同时实现污染控制和能源回收。许多农业和工业废弃物都是厌氧消化的理想原料，因为他们含有较高的易于生物降解的物质。但在厌氧消化过程中经常遇到甲烷产量较低和运行不稳定等问题，使得厌氧消化技术不能得到广泛应用。变化多样的抑制物质是厌氧消化效果不佳或失败的主要原因，而废物中富含这些物质。已经有相当多的实验致力于确认这种抑制机制及抑制因素的控

2、制。本文详细记述了厌氧消化过程抑制的实验控制。厌氧消化中常见的抑制物主要有氨、硫化物、轻金属离子、重金属和有机物。由于厌氧接种物、废物成分、实验方法和条件的不同，文献报道因特定的有毒物质导致厌氧消化抑制的种类非常广泛。与其他废物联合消化、改变微生物对抑制物质的适应性、采用结合的方法在厌氧消化前去除或者中和有毒物质可以明显改善废物处理效率。1．绪论厌氧消化包括厌氧条件下，厌氧微生物对有机物的降解和稳定化过程，从而形成沼气（一种二氧化碳和甲烷的混合物，可再生能源）和生物体。厌氧消化技术提供了一种减少农业

3、和工业运作中的污染并同时抵消操作过程中化石燃料的使用的方法。作为一种有效的废物和废水处理技术，厌氧消化被广泛应用于城市污泥的处理，并且被有限的应用于一些有机工业废物的处理，包括水果和蔬菜加工废物、食品加工厂废物和农业废物。厌氧消化技术具有很多优势，例如较低的污泥产量、低能耗和可回收能源。与中温厌氧消化相比，高温厌氧消化还有一些其它的好处，如较高的废物稳定化程度、更彻底的破坏病毒和细菌等病原体、改善后处理泥的脱水作用。尽管厌氧消化具有这些好处，但是较差的操作稳定性仍然阻碍了厌氧消化技术广泛的商业应用。

4、在厌氧消化中，产酸菌和产甲烷菌在生理、营养需求、生长动力学和对环境敏感条件等方面均存在着较大的差异。这两种生物种群间的失衡是导致反应器不稳定的主要因素。抑制物质是厌氧消化效果不佳或失败的主要原因，而在废水和污泥中富含这些物质。已报到的厌氧消化抑制物种类很多。当一种物质导致微生物数量发生不利的变化或者抑制微生物生长时，可判定其对厌氧消化产生抑制。抑制产生可以通过稳定速率的甲烷产量的减少和有机酸的积累来指示。本综述的目的是对以前和现在各种各样的无机物和有机物对厌氧消化抑制的研究进行简要而详尽的概括，主要

5、集中在：（1）抑制机制，（2）影响抑制的因素，和（3）废物处理过程中经常遇到的操作问题。2．抑制剂关于厌氧消化的文献显示大多数物质的抑制/毒性水平存在相当大的变化。导致这种变化的主要是由于厌氧消化过程机制的复杂性，如拮抗作用、协同作用、驯化作用和配合作用都能够显著影响抑制的现象。2.1氨氨是微生物降解含氮物质产生的，这些含氮物质大多数以蛋白质和尿素的形式存在。厌氧生物降解产生的氨的量可以用下面的化学剂量式进行估计：几种不同的氨抑制机制已经被提出，如改变细胞内的pH值、更高的维护能量需求和抑制某一种特

6、定的酶反应。铵根离子和游离氨是水溶液中无机氨氮的主要存在形式。游离氨被认为是导致抑制的主要原因，因为它可以自由的通过细胞膜。疏水性氨分子可以被被动运输到细胞内，导致质子失衡和/或者钾缺乏。在四种厌氧消化微生物中，产甲烷菌的耐受力是最低的，最容易受氨抑制影响而停止生长。当氨浓度在4051-5734mgNH3-NL-1范围内增长时，颗粒污泥中产甲烷菌失去56.5%活性时，产酸菌数量几乎不受影响。这与文献中报道的嗜乙酸甲烷菌和嗜氢甲烷菌对氨的敏感程度有冲突。一些基于甲烷产量和微生物生长速率对比的实验显示一

7、般情况下抑制作用对嗜乙酸甲烷菌比嗜氢甲烷菌强，然而其它观察显示与嗜氢产甲烷菌比嗜乙酸甲烷菌对较高水平的总氨氮有较好的耐受力。产甲烷菌菌株在厌氧消化中一般是相互独立，也就是，洪氏产甲烷螺菌、巴氏甲烷八叠球菌、甲酸甲烷杆菌，其中洪氏产甲烷螺菌最为敏感，4.2g/L即产生抑制，其他三种可以抵抗高达10g/L的氨浓度。2.1.1氨抑制控制因素2.1.1.1浓度一般认为氨浓度低于200mg/L对厌氧消化过程是有利的，因为氮是厌氧微生物必需的营养元素。据文献报道，氨具有较大的抑制浓度范围，导致甲烷产量降低50%

8、的总氨氮抑制浓度范围为1.7-14g/L。氨抑制浓度的显著区别可以归因于基质和接种物、环境条件和驯化周期的不同。2.1.1.1pH在所处理的废物中包含较高浓度的总氨氮时，pH影响微生物生长的同时也影响总氨氮的组成成分。由于游离氨被认为是真正的有毒物质，pH升高可能会导致毒性升高，因为在pH较高时具有较高的游离氨和铵根离子转化比率。过程不稳定是由于氨经常导致挥发性脂肪酸的积累，这又将导致pH降低，因此导致游离氨浓度下降。游离氨、挥发性脂肪酸和pH之间的交互作用可以形成一