富氮有机废弃物厌氧发酵氨抑制机理研究中获进展

畜禽粪便、餐厨垃圾等富氮有机废弃物厌氧发酵过程中常发生氨抑制，导致产甲烷性能下降。为剖析氨抑制机理，中国科学院广州能源研究所生物质能生化转化研究室在阶梯性提高氨浓度的厌氧发酵过程中，从产气性能、关键产甲烷反应的吉布斯自由能、能量及物质流动、微生物群落演替及微生物电子传递活性等方面，揭示了氨抑制机理。研究发现，随着氨浓度增加，甲烷产量降低，发酵体系内挥发性脂肪酸积累，丙酸、丁酸降解甲烷化反应的吉布斯自由能变值升高，由发酵原料流向甲烷的能量显著减少（图1）。 

此外，产酸菌的相对丰度显著高于产甲烷菌；ATP合成酶的基因丰度显著上升以及大分子运输相关基因丰度上升，表明高氨浓度下电化学梯度产ATP途径减弱，细菌底物水平磷酸化产ATP途径增强（图2）；产酸到产甲烷过程相关电子转移的基因丰度显著下降，限制了微生物间电子互营的效率，这是导致挥发性脂肪酸累积和甲烷产量降低的主要原因。基于以上成果，研究推测高浓度氨主要抑制了有机废弃物甲烷化过程的微生物电子传递效率。因此，向发酵系统内补充电子具有缓解氨抑制和提高发酵效率的潜能。

相关研究成果以Effect of ammonia on anaerobic digestion: focusing on energy flow and electron transfer为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到中国科学院青年创新促进会和国家自然科学基金委员会等的支持。