作者:李颖等 来源:《化学工程杂志》 发布时间:2023/7/26 9:26:47
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富氮有机废弃物厌氧发酵氨抑制机理方面迎进展

 

近日,中国科学院广州能源研究所生物质能生化转化研究室在中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金面上等项目的资助下,在富氮有机废弃物厌氧发酵氨抑制机理方面取得进展。相关研究论文发表于Chemical Engineering Journal。郭颖和肖凡为该论文共同第一作者,李颖为通讯作者。

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。为深入揭示氨抑制机理,研究人员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全面揭示了氨抑制机理。

该研究发现,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。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且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;且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。

基于以上发现,研究人员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。

该研究丰富了厌氧发酵典型抑制的机理认知,为相关解除氨抑制提高产气技术的形成提供了理论基础。(来源:中国科学报 朱汉斌)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144638

 
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