氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究(3)

氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究

利用乙酸：CH3COOH→CH4 + CO2 利用 H2 和CO2：4H2 + CO2→2CH4 + 2CO2

此外还发生如下反应：

HCOO-＋2H+→CH4＋CO2＋HCO3- △G0＝－32.9 kJ/mol

以上过程中产生的二氧化碳在中性溶液中以碳酸盐的形式存在．

综上各阶段有机酸产生以及利用过程可以发现：在酸化阶段，可溶性有机物被大量、多种发酵菌转化为以挥发性有机脂肪酸为主的中间产物，主要有乙酸、丙酸、丁酸、乳酸以及乙醇等有机物；在产氢产乙酸阶段，酸化阶段的产物被产氢产乙酸菌（OHPA菌）转化为乙酸、氢气和二氧化碳，乙酸大量产生；在产甲烷阶段，起主导作用的产甲烷菌将乙酸、氢气、碳酸、甲酸、和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质，消耗大量的有机酸的酸性物质．

1.5 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硝酸盐能被还原成氮气，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都被还原为消化液中的NH4+-N，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：

CH3CHNH2COOH（丙氨酸）＋2H2O→CH3COOH＋CO2＋NH3＋4H+ CH2NH2COOH（甘氨酸）＋4H+→2CH3COOH＋2NH3

两个反应合并即为：

CH3CHNH2COOH＋2CH2NH2COOH＋2H2O→3CH3COOH＋CO2＋3NH3

由于氨基酸的降解的能够产生 NH3，因此在这一过程会影响到溶液的pH 值．NH3 的存在对厌氧过程非常重要，一方面，NH3 是微生物的营养物质，细菌利用氨氮作为其氮源，另一方面，NH3 如果其浓度过高就会快速抑制甲烷菌的活性．

1.6研究的目的和意义

1.6.1 研究的意义

在我国垃圾结构中，餐厨垃圾约占40%，其所占比例之大，适合集中收集和集中处理，而根据垃圾有机含量高和易生物降解的特性，采用生物技术发酵产气，是实现餐厨垃圾减量化，资源化和无害化处理较安全可行的方法．有机物厌氧发酵一般分为水解、酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段，每个阶段都是在不同的微生物作用下完成的，其中，在发酵过程中，餐厨垃圾中所含的蛋白质会通过反应生成氨氮，少量的氨氮，会在反应中作为微生物氮源的来源，促进反应的进行，但是，随着反应的进一步进行，会产生大量的氨氮，反过来又会对微生物的活性产生抑制作用．本课题致力于厌氧发酵条件下氨氮对产甲烷菌活性的影响．对如何提高微生物对氨氮的耐受能力，控制氨氮浓度对发酵的反馈抑制作用有

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江南大学学士学位论文

着重要的研究和现实意义． 1.6.2 研究的目的

本文通过研究不同物料配比以及不同氨氮胁迫对产甲烷过程的影响来解决产甲烷过程中氨氮抑制这个难点，通过这一方式不仅解决了大量餐厨垃圾的处置问题，避免了由此造成的环境污染，而且获得了可再生能源——沼气，产生可观的经济效益，实现了餐厨垃圾资源化利用的最大化．

1.7 研究的内容

1、本课题采用摇瓶实验，通过对发酵过程中甲烷产率等评价指标的跟踪测定，通过产气速率，判断反应的抑制强弱．

2、对驯化后的厌氧污泥在不同梯度氨氮浓度下的反应状况的测定．包括：有机酸，氨氮，TOC，TS，沉降性以及F420，定性和定量测定．

3、通过对不同浓度下的反应中个指标的测定，找出最适宜反应浓度，并了解不同浓度下的反应速率比和有机废物的利用情况．

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氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究

第2章 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验装置

实验中使用实验装置为图(2-1)所示的甲烷潜力测试仪器，产生的气体在线收集．

图2-1 甲烷潜力测试器

2.1.2 污泥和餐厨垃圾来源

反应底物以米饭，蔬菜，猪肉作为原材料模拟餐厨垃圾，其中米饭，蔬菜，精猪肉的TS配比为7:2:1，餐厨垃圾TS为20%，污泥为餐厨垃圾处理厂用于处理餐厨垃圾的污泥（TS为4%）．

2.1.3 主要实验试剂

表2-1 主要实验试剂

试剂名称

乙醇 乙酸 乙氰 H2SO4 NaOH 盐酸 氯化铵 十二水硫酸亚铁 重铬酸钾 硝普钠 水杨酸 次氯酸钠

规格 A.R A.R 色谱纯 A.R A.R A.R A.R A.R A.R A.R A.R

生产厂家

国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 江苏汉邦科技有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司

2.1.4 主要仪器设备

表2-2 主要实验试剂

仪器名称

高效液相色谱分析仪

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生产厂家

Dinox Ultimete 3000 江南大学学士学位论文

紫外分光光度计 马弗炉

水浴锅 pH计

台式离心机TGL-16G 电热恒温鼓风干燥箱 上海美谱达仪器有限公司 上海仪表集团公司制造三部 上海佳敏仪表有限公司 国立常州试验设备研究所

梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 上海安亭科学仪器厂

上海精密实验设备有限公司

2.2实验分析测定方法

2.2.1 产气量的测定

采用排水集气法，即用图2-1的装置图收集气体．置于55 ℃恒温室中，定时记录甲烷的累积产量，直至甲烷累积产量停止增加时，结束实验.期间，每12 h摇动血清瓶一次． 2.2.2 辅酶F420的测定

1）测定原理

辅酶F420是一种低分子量的荧光物质，当它被氧化时，在紫外线的激发下会产生荧光，在420nm处有最大吸收峰．

2）试剂

生理盐水：0.9% 乙醇（或异丙醇）：无水乙醇 NAOH：4 mol/L HCL：6 mol/L 3）步骤[23]

4000 rpm，15min，离心 沉淀加水至15ml 弃去上清液 4000 rpm，15min，离心 沉淀加水至15ml 弃去上清液 4000 rpm，15min，离心 沉淀加生理盐水至15ml, 弃去上清液 浸泡30min 4000 rpm，15min，离心 沉淀加水至15ml 弃去上清液 水域加热（95-100℃, 30min ）玻璃棒不断搅拌, 冷却后4000 rpm， 上清液 15min，离心 亮黄色提取液，记录体积 取相同体积的上清液 两份 以2:1的比例加乙醇 乙醇：提取液 加数滴6mol/LHCl 加数滴4mol/LNaOH，使pH=13.5 使pH<3 5克湿污泥加水至15ml 搅拌混合，沉淀2小时 8 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究

10000 rpm，15min，离心 参比样 试样

沉淀弃去 图2-2 颗粒污泥样品预处理步骤[这个图放在一页上，不要分在两页] 用紫外－可见光光度计在波长420 nm下测定.计算公式如下：

(A1-A0) · f C = ε · l 式中：C ——污泥中的辅酶F420 浓度(mmol/L)；

A1 ——试样在420 nm下的吸光度值； A0 ——参比样在420 nm下的吸光度值； f ——稀释倍数； l ——比色皿厚度(cm)；