• 問題背景：中國每年產(chǎn)生約38億噸畜禽糞便，雞糞因富含有機(jī)物（產(chǎn)甲烷潛力達(dá)794 mL/g-VS）具有高沼氣潛力，但其高氮含量（以尿酸和蛋白質(zhì)為主）在厭氧消化過程中易轉(zhuǎn)化為氨氮（TAN），導(dǎo)致氨抑制（TAN > 3 g/L時(shí)抑制產(chǎn)甲烷菌活性），尤其在高固體濃度（TS > 15%）條件下更為突出。
• 研究目的：探究適度原位氨氣剝離技術(shù)對(duì)雞糞高固體厭氧消化（TS=15%）的增效作用，并分析其對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)、代謝途徑及甲烷產(chǎn)量的影響。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

• 系統(tǒng)設(shè)置：兩個(gè)并聯(lián)的12升中溫（37°C）厭氧消化反應(yīng)器，分別設(shè)為對(duì)照組（無剝離） 和剝離組（配備原位氨氣剝離系統(tǒng)）。剝離系統(tǒng)通過循環(huán)沼氣（流速2 L/min，每5分鐘運(yùn)行15秒）將氨氣吸收至硫酸溶液中。
• 運(yùn)行參數(shù)：水力停留時(shí)間20天，有機(jī)負(fù)荷率5.3 g-VS/(L·d)，持續(xù)運(yùn)行194天。
• 分析內(nèi)容：定期監(jiān)測(cè)TAN、VFAs、pH、沼氣產(chǎn)量與成分，并通過高通量測(cè)序、13C標(biāo)記乙酸同位素示蹤、比產(chǎn)甲烷活性（SMA）測(cè)試等手段分析微生物群落與代謝途徑。

三、主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1. 氨氮與揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）濃度變化

• 剝離組TAN濃度降至5.8 g/L，較對(duì)照組（6.8 g/L）降低20%；VFAs總量下降30%（從21.6 g/L降至15.2 g/L），其中乙酸和丙酸積累顯著減少。
• 盡管兩組游離氨（FAN）濃度均低于抑制閾值（0.7 g/L），但高TAN仍是導(dǎo)致VFAs積累的主要因素。

2. 甲烷產(chǎn)量與消化效率

• 剝離組甲烷產(chǎn)率提升34%（250 mL/g-VS vs. 187 mL/g-VS），揮發(fā)性固體（VS）去除率從33%提高至43%。
• 24小時(shí)間歇試驗(yàn)顯示，剝離組甲烷產(chǎn)氣速率更快，丙酸和溶解氫濃度更低，表明代謝活性增強(qiáng)。

3. 微生物群落結(jié)構(gòu)變化

• 細(xì)菌群落：優(yōu)勢(shì)菌門為厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes） 和Cloacimonetes。剝離組中蛋白質(zhì)降解菌（如Bacteroides、Fermentimonas）和碳水化合物降解菌（如Clostridium）豐度上升，促進(jìn)水解與酸化。
• 古菌群落：甲烷八疊球菌（Methanosarcina sp.） 為優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷菌，剝離組其豐度增加10%，而氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌（如Methanoculleus）豐度下降，表明乙酸裂解途徑增強(qiáng)。

4. 代謝途徑轉(zhuǎn)變

• 13C同位素示蹤顯示，對(duì)照組SAO-HM途徑占主導(dǎo)（83%），剝離組AM途徑貢獻(xiàn)提升（SAO-HM降至77%），表明氨剝離促進(jìn)了乙酸直接轉(zhuǎn)化為甲烷的效率。
• 比產(chǎn)甲烷活性（SMA）測(cè)試中，剝離組乙酸和氫營養(yǎng)型SMA分別提升156%和33%，進(jìn)一步驗(yàn)證代謝活性增強(qiáng)。

四、機(jī)理總結(jié)

1. 氨剝離降低TAN，減輕對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制；
2. VFAs積累減少，緩解丙酸和氫分壓對(duì)代謝的負(fù)面影響；
3. 微生物群落向乙酸裂解型產(chǎn)甲烷途徑傾斜，提升甲烷轉(zhuǎn)化效率。

五、結(jié)論與展望

• 結(jié)論：適度原位氨剝離可通過降低TAN濃度、優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)乙酸裂解途徑，顯著提升高固體雞糞厭氧消化的甲烷產(chǎn)率。
• 局限與展望：盡管剝離組性能改善，但VFAs濃度仍較高，SAO-HM途徑仍占主導(dǎo)。未來需通過強(qiáng)化剝離效率（如提高氣流速率或頻率）進(jìn)一步優(yōu)化工藝。

六、實(shí)際意義

丹麥Unisense微電極可穿刺水體、動(dòng)物組織、生物膜、顆粒污泥、植物根莖葉、液體-固體擴(kuò)散邊界層，研究微區(qū)、微生態(tài)的研究系統(tǒng)，微電極穿刺系統(tǒng)可穿刺檢測(cè)動(dòng)植物組織器官/沉積物/水/土壤/底泥/生物膜/顆粒污泥等不同深度的nM級(jí)O₂、NO、N₂O、H₂S、H₂、pH、氧化還原電位、溫度等指標(biāo)變化。unisense微電極尖端最細(xì)可達(dá)幾微米，不破壞被測(cè)點(diǎn)微環(huán)境，無損傷。