5.1 概述

在厌氧消化过程中，氮平衡是保证整个系统稳定运行的重要因素。由于厌氧微生物细胞的增殖很少，进入厌氧消化系统的氮只有很少部分被转化为细胞，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的氨氮[26，27]。氨的存在对厌氧微生物的生长至关重要，一方面，氮元素是微生物生长所需的宏量元素之一，一定浓度的氨氮可作为氮源促进厌氧微生物生长；另一方面，过高浓度的氨会抑制厌氧微生物（主要是产甲烷菌）的活性，表现为甲烷化迟滞和甲烷化速率的降低，进而使得厌氧消化过程不稳定甚至反应中止[24，25，28，114，120]。氨对产甲烷过程的抑制效应受浓度、温度、pH、接种物、驯化以及其他离子的协同或拮抗作用的影响[8]。其中，浓度是最关键的影响因素。

由于氨对产甲烷反应的抑制易受诸多环境因素的影响，文献中不同研究体系下氨的抑制浓度阈值具有较大范围，其达到50%抑制时（即甲烷产率降低50%）的TAN浓度从121 mmol/L到1 000 mmol/L（以计）不等[8]。不同营养型的产甲烷菌对氨的敏感度亦有不同[34]。目前，乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌对氨耐受能力的比较仍存在一定的争议[8]。另外，针对不同的厌氧消化工艺（如高温工艺和中温工艺），氨的抑制程度亦有不同的结论[34]。可见，不同的厌氧消化体系中，厌氧产甲烷微生态对氨胁迫的响应模式存在较大的或然性。深入了解氨浓度对微生物功能和菌群结构的影响规律，对于解决高含氮生物质废物厌氧消化过程中的氨抑制问题，提高工艺的稳定性和甲烷化效率具有重要意义。(https://www.daowen.com)

本章采用批式实验方法，通过监测100 mmol/L乙酸的厌氧甲烷化过程，比较了中温和高温厌氧环境中，不同嗜乙酸微生物体系在一系列氨浓度下产甲烷过程的差异。在此基础上分析了不同温度下氨的抑制效应随浓度的变化规律。为深入了解不同氨胁迫状态下的产甲烷过程机理，本实验通过监测产物CH4和CO2中稳定碳同位素比值的变化来分析代谢途径，以从微生物代谢活力和代谢途径的角度解析产甲烷微生态对氨胁迫的响应规律。