氨氮对沼气池产气的影响

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摘要：在户用沼气池发酵产气的过程中氨氮的影响是很大的，适当浓度的氨氮对厌氧菌的生长有促进作用，能够促进沼气池的产气量；高浓度的氨氮对厌氧菌的生长有抑制作用，从而降低沼气池的产气量。同时我们分析了氨氮在沼液回流中的积累情况，以及氨氮含量的影响因素包括温度、原料浓度、接种物的多少、pH值等等。

关键词：氨氮影响；产气；沼液回流；影响因素

中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-09-0142-1

沼气生产的过程中，影响沼气原料发酵的因素有许多，例如原料的种类、接种物的多少、预处理的时间、发酵温度、料液的pH值以及搅拌是否充分等等。近几年来人们一直在这些领域分析、研究着，不断的寻找有利于沼气池产气的各种条件，来增加沼气池的产气量，从而促进新能源的开发和利用。

1 氨氮对沼气池发酵的影响

要想分析氨氮对沼气池发酵产气的影响，首先我们先分析一下氨氮对厌氧微生物有些怎样的作用。

1.1 氨氮对厌氧微生物的作用

氮元素的循环转化是通过硝化、氨化、固氮等过程进行的，在有机物的厌氧发酵过程中，氮的平衡是非常重要的因素。不论氮以何种形式存在，系统中总氮是守恒的。尽管进入厌氧发酵中的硝酸盐能被还原成氮气，但仍然存在于系统中，只有少量的氮转化为细胞，大部分的氮被还原为消化液中的NH4+-N，所以沼液中氨氮的浓度要高于所进料液的氨氮浓度。氨氮对厌氧微生物的生长有刺激和抑制之分。不同的微生物种群对氨氮的抑制作用是不同的。适应高浓度氨氮的甲烷菌对氨氮的抑制有很高的抵抗力。我们认为氨氮的毒性是由游离氨引起的，因为非离子化的氨毒性要比离子化的氨毒性大很多，游离氨能够很容易地通过细胞膜，所以游离氨的毒性是可逆的。当毒性物去除或稀释到一定程度后，产甲烷菌的活性仍可恢复。当游离氨的浓度达到一定高度时，我们认为对产甲烷菌的活性有抑制作用。如果在一个良好的微生物系统中，离子化氨浓度的影响比较重要，而在没被氨氮影响过的微生物系统中非离子化氨浓度的影响更为重要。

1.2 氨氮在沼液回流中的积累

随着沼液被循环利用，沼液中氨氮的含量不断增加，尤其是畜禽粪便和有机废弃物的发酵过程中，因为这些原料本身的含氮量就相对比较高，更容易造成氨氮的积累。

在沼气池发酵过程中沼液的利用基本达到饱和，处理沼液是个十分困难的问题，如果沼液向外排出，不但增加了费用，而且会造成沼液碱度的降低以及未降解完全的有机物的浪费，并且沼气池中排出的液体达不到国家污水的排放标准，不允许排放。我们如果将沼液回流，回到沼气池中，不仅可以减少向外排出沼液的费用，而且可以使沼液中残留的有机成分重新被微生物所利用，从而补充了沼气池的碱度，保证了产气系统的运行。沼液回流对厌氧发酵也会产生影响，如果沼液回流比过高那么就会引起甲烷产生的过程与酸化过程的失衡，造成氨氮的积累，便会抑制产甲烷菌的活性。

1.3 对氨氮含量的影响因素

对沼液中的氨氮含量的影响因素有很多，包括温度、原料浓度、接种物的多少、pH值等等。

1.3.1 温度对氨氮浓度的影响 产沼气微生物的活性与温度有密切的关系。温度越高发酵周期越短，温度越低发酵周期越长，理论上来讲，在8℃～60℃范围内沼气池都能发酵产生沼气。对于中等温度发酵来说，适宜温度为35℃。沼液中有一部分氨氮是原料本身的，另一部分是细菌分解有机氮化合物生成的。当沼气池处于低温发酵时，沼气池中产甲烷菌的生长速度非常慢，有些低温菌种生化反应速度也非常慢，因此氨氮有所增长，但增长速度缓慢。相反，在中等温度和高温发酵时，细菌活动剧烈，除少量氨氮被消耗掉，大部分氨氮会积累下来，使沼液中氨氮的含量迅速上升，增加了沼气的产量，当氨氮浓度达到一定高度时，又会抑制沼气的产量。

1.3.2 原料浓度和接种物对氨氮含量的影响 氨氮含量随原料浓度的增加而表现出增加的趋势，但不同情况下氨氮含量随原料浓度的增加而增加的速度是不同的，沼液中氨氮含量取决于厌氧发酵菌的生长代谢情况。

1.3.3 PH值对氨氮含量的影响 我们认为pH6.8～pH7.2是甲烷菌的最佳生长的酸碱范围，当pH值低于6时甲烷菌无法存活。厌氧的产甲烷菌承受氨氮的能力与沼气池的酸碱度有关。当pH值小于7时，厌氧发酵处于酸性条件下，酸会与之生成的氨中和，导致沼液中氨氮含量下降；pH值为7或大于7时，没有酸于氨发生中和反应，氨氮含量呈增长趋势。在一定范围内提高发酵体系的碱度，可以提高其对氨氮的耐受力，但是氨a氮的多少不影响沼气的组成成分。

2 不同原料发酵时的氨氮含量分析

厌氧发酵原料的不同，沼液中碳氮比就有所不同，这样在沼液回流的过程中所造成的氨氮积累情况就有所差别。

当发酵原料是各种畜禽粪便时，氨氮的含量是比较高的，如果多次进出料或者使沼液回流，氨氮的积累情况会很严重，所以一定要选择合适的回流比或采取其他的方式方法降低氨氮的积累。相对于阴沟泥和秸秆类就会好很多，氨氮的积累不会很严重。因为秸秆的碳氮比较大，发酵时产生的挥发性脂肪酸就会抑制甲烷菌的活性。而畜禽粪便含有较多的有机氮，有机氮的分解物NH4+-N具有较强的缓冲能力，能够减弱挥发性脂肪酸造成的pH值的降低，所以粪便和秸秆的混合发酵要比单一粪便发酵的产气量更高。这一点我们在沼气池的投料中要充分利用，建议农户投混合料。

参考文献

[1] 方殊荣.我国农村沼气发展的制约因素[J].农机化研究，2010，11.

[2] 刘丹.厌氧型填埋的沼液研究[J].四川环境，2005，25（2）：3-5.

作者简介：赫冬冰（1973-），汉族，吉林九台人，本科学历，就职于吉林省九台市农村能源环境保护办公室。