氨氮质量浓度对厌氧发酵产甲烷特性及产甲烷菌群落的影响

摘要

【目的】研究氨氮质量浓度对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产甲烷特性及产甲烷菌群落的影响。【方法】以鸡粪和玉米秸秆的混合物作为发酵原料,以不添加氮源的处理为对照,通过添加外源氮源设置不同氨氮质量浓度1500、3000、4500、6000 mg/L中温厌氧发酵试验,测定分析不同处理的产甲烷特性和产甲烷菌群落变化规律。【结果】氨氮质量浓度<3000 mg/L时,对发酵系统无明显抑制作用;氨氮质量浓度≥3000 mg/L时,厌氧消化系统受到明显的抑制,表现为产甲烷高峰期滞后、原料累积产甲烷量下降、游离氨(FAN)含量增加、挥发性脂肪酸(VFAs)积累。氨氮质量浓度为3000、4500、6000 mg/L时,其原料累积产甲烷量分别为119.50、96.60、64.52 mL/gVS,较对照分别降低16.66%、32.67%、55.03%,其中,6000 mg/L的氨氮质量浓度已超过了IC50(半抑制浓度)。当氨氮质量浓度<3000 mg/L时,嗜乙酸型产甲烷菌属甲烷鬃菌属(Methanosaeta)为优势产甲烷菌属;当氨氮质量浓度继续提升至3000 mg/L及以上时,产甲烷菌群发生改变,甲烷鬃菌属的相对丰度逐渐降低,而氨氮耐性较高的氢营养型产甲烷菌属甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷囊菌属(Methaanoculleus)的相对丰度逐渐升高。【结论】鸡粪和玉米秸秆混合发酵系统内的氨氮质量浓度高于1500 mg/L时,对嗜乙酸型产甲烷菌产生了抑制作用,造成发酵原料累积产甲烷量降低,促使优势产甲烷菌群由嗜乙酸型逐渐向氢营养型转变。