氨氮對(duì)沼氣池產(chǎn)氣的影響

摘要：在戶(hù)用沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣的過(guò)程中氨氮的影響是很大的，適當(dāng)濃度的氨氮對(duì)厭氧菌的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，能夠促進(jìn)沼氣池的產(chǎn)氣量；高濃度的氨氮對(duì)厭氧菌的生長(zhǎng)有抑制作用，從而降低沼氣池的產(chǎn)氣量。同時(shí)我們分析了氨氮在沼液回流中的積累情況，以及氨氮含量的影響因素包括溫度、原料濃度、接種物的多少、pH值等等。

關(guān)鍵詞：氨氮影響；產(chǎn)氣；沼液回流；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-0432（2012）-09-0142-1

沼氣生產(chǎn)的過(guò)程中，影響沼氣原料發(fā)酵的因素有許多，例如原料的種類(lèi)、接種物的多少、預(yù)處理的時(shí)間、發(fā)酵溫度、料液的pH值以及攪拌是否充分等等。近幾年來(lái)人們一直在這些領(lǐng)域分析、研究著，不斷的尋找有利于沼氣池產(chǎn)氣的各種條件，來(lái)增加沼氣池的產(chǎn)氣量，從而促進(jìn)新能源的開(kāi)發(fā)和利用。

1 氨氮對(duì)沼氣池發(fā)酵的影響

要想分析氨氮對(duì)沼氣池發(fā)酵產(chǎn)氣的影響，首先我們先分析一下氨氮對(duì)厭氧微生物有些怎樣的作用。

1.1 氨氮對(duì)厭氧微生物的作用

氮元素的循環(huán)轉(zhuǎn)化是通過(guò)硝化、氨化、固氮等過(guò)程進(jìn)行的，在有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過(guò)程中，氮的平衡是非常重要的因素。不論氮以何種形式存在，系統(tǒng)中總氮是守恒的。盡管進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵中的硝酸鹽能被還原成氮?dú)?，但仍然存在于系統(tǒng)中，只有少量的氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞，大部分的氮被還原為消化液中的NH4+-N，所以沼液中氨氮的濃度要高于所進(jìn)料液的氨氮濃度。氨氮對(duì)厭氧微生物的生長(zhǎng)有刺激和抑制之分。不同的微生物種群對(duì)氨氮的抑制作用是不同的。適應(yīng)高濃度氨氮的甲烷菌對(duì)氨氮的抑制有很高的抵抗力。我們認(rèn)為氨氮的毒性是由游離氨引起的，因?yàn)榉请x子化的氨毒性要比離子化的氨毒性大很多，游離氨能夠很容易地通過(guò)細(xì)胞膜，所以游離氨的毒性是可逆的。當(dāng)毒性物去除或稀釋到一定程度后，產(chǎn)甲烷菌的活性仍可恢復(fù)。當(dāng)游離氨的濃度達(dá)到一定高度時(shí)，我們認(rèn)為對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性有抑制作用。如果在一個(gè)良好的微生物系統(tǒng)中，離子化氨濃度的影響比較重要，而在沒(méi)被氨氮影響過(guò)的微生物系統(tǒng)中非離子化氨濃度的影響更為重要。

1.2 氨氮在沼液回流中的積累

隨著沼液被循環(huán)利用，沼液中氨氮的含量不斷增加，尤其是畜禽糞便和有機(jī)廢棄物的發(fā)酵過(guò)程中，因?yàn)檫@些原料本身的含氮量就相對(duì)比較高，更容易造成氨氮的積累。

在沼氣池發(fā)酵過(guò)程中沼液的利用基本達(dá)到飽和，處理沼液是個(gè)十分困難的問(wèn)題，如果沼液向外排出，不但增加了費(fèi)用，而且會(huì)造成沼液堿度的降低以及未降解完全的有機(jī)物的浪費(fèi)，并且沼氣池中排出的液體達(dá)不到國(guó)家污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，不允許排放。我們?nèi)绻麑⒄右夯亓?，回到沼氣池中，不僅可以減少向外排出沼液的費(fèi)用，而且可以使沼液中殘留的有機(jī)成分重新被微生物所利用，從而補(bǔ)充了沼氣池的堿度，保證了產(chǎn)氣系統(tǒng)的運(yùn)行。沼液回流對(duì)厭氧發(fā)酵也會(huì)產(chǎn)生影響，如果沼液回流比過(guò)高那么就會(huì)引起甲烷產(chǎn)生的過(guò)程與酸化過(guò)程的失衡，造成氨氮的積累，便會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。

1.3 對(duì)氨氮含量的影響因素

對(duì)沼液中的氨氮含量的影響因素有很多，包括溫度、原料濃度、接種物的多少、pH值等等。

1.3.1 溫度對(duì)氨氮濃度的影響 產(chǎn)沼氣微生物的活性與溫度有密切的關(guān)系。溫度越高發(fā)酵周期越短，溫度越低發(fā)酵周期越長(zhǎng)，理論上來(lái)講，在8℃～60℃范圍內(nèi)沼氣池都能發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。對(duì)于中等溫度發(fā)酵來(lái)說(shuō)，適宜溫度為35℃。沼液中有一部分氨氮是原料本身的，另一部分是細(xì)菌分解有機(jī)氮化合物生成的。當(dāng)沼氣池處于低溫發(fā)酵時(shí)，沼氣池中產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)速度非常慢，有些低溫菌種生化反應(yīng)速度也非常慢，因此氨氮有所增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度緩慢。相反，在中等溫度和高溫發(fā)酵時(shí)，細(xì)菌活動(dòng)劇烈，除少量氨氮被消耗掉，大部分氨氮會(huì)積累下來(lái)，使沼液中氨氮的含量迅速上升，增加了沼氣的產(chǎn)量，當(dāng)氨氮濃度達(dá)到一定高度時(shí)，又會(huì)抑制沼氣的產(chǎn)量。

1.3.2 原料濃度和接種物對(duì)氨氮含量的影響 氨氮含量隨原料濃度的增加而表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，但不同情況下氨氮含量隨原料濃度的增加而增加的速度是不同的，沼液中氨氮含量取決于厭氧發(fā)酵菌的生長(zhǎng)代謝情況。

1.3.3 PH值對(duì)氨氮含量的影響 我們認(rèn)為pH6.8～pH7.2是甲烷菌的最佳生長(zhǎng)的酸堿范圍，當(dāng)pH值低于6時(shí)甲烷菌無(wú)法存活。厭氧的產(chǎn)甲烷菌承受氨氮的能力與沼氣池的酸堿度有關(guān)。當(dāng)pH值小于7時(shí)，厭氧發(fā)酵處于酸性條件下，酸會(huì)與之生成的氨中和，導(dǎo)致沼液中氨氮含量下降；pH值為7或大于7時(shí)，沒(méi)有酸于氨發(fā)生中和反應(yīng)，氨氮含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。在一定范圍內(nèi)提高發(fā)酵體系的堿度，可以提高其對(duì)氨氮的耐受力，但是氨a氮的多少不影響沼氣的組成成分。

2 不同原料發(fā)酵時(shí)的氨氮含量分析

厭氧發(fā)酵原料的不同，沼液中碳氮比就有所不同，這樣在沼液回流的過(guò)程中所造成的氨氮積累情況就有所差別。

當(dāng)發(fā)酵原料是各種畜禽糞便時(shí)，氨氮的含量是比較高的，如果多次進(jìn)出料或者使沼液回流，氨氮的積累情況會(huì)很?chē)?yán)重，所以一定要選擇合適的回流比或采取其他的方式方法降低氨氮的積累。相對(duì)于陰溝泥和秸稈類(lèi)就會(huì)好很多，氨氮的積累不會(huì)很?chē)?yán)重。因?yàn)榻斩挼奶嫉容^大，發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸就會(huì)抑制甲烷菌的活性。而畜禽糞便含有較多的有機(jī)氮，有機(jī)氮的分解物NH4+-N具有較強(qiáng)的緩沖能力，能夠減弱揮發(fā)性脂肪酸造成的pH值的降低，所以糞便和秸稈的混合發(fā)酵要比單一糞便發(fā)酵的產(chǎn)氣量更高。這一點(diǎn)我們?cè)谡託獬氐耐读现幸浞掷茫ㄗh農(nóng)戶(hù)投混合料。

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作者簡(jiǎn)介：赫冬冰（1973-），漢族，吉林九臺(tái)人，本科學(xué)歷，就職于吉林省九臺(tái)市農(nóng)村能源環(huán)境保護(hù)辦公室。