在厌氧消化过程中,氨氮是最主要的氮源,对微生物的生长有重要作用。但是,高浓度的氨氮会对能量转换效率和运行稳定性有抑制作用。本论文意在更好地理解高氨氮浓度下添加矿石和载体对厌氧消化过程的影响,为缓解高氨氮抑制问题寻找合理的解决途径。本文首先筛选出对厌氧消化产甲烷过程有促进效果的矿物和载体。而后对添加矿物和载体的反应器进行长期运行的评价。最后,阐明了添加矿物和载体对微生物群落的影响。(1)采用磁铁矿、褐锰矿、活性炭、热解碳、沸石、载体进行间歇实验。同时添加磁铁矿和载体的反应器内,甲烷产量最高,约为373.24 mL CH4/g Glu,同时迟滞期时间较短,少于1天(0.77天),而且产甲烷速率较快,λ=78.26 mL CH4/葡萄糖/d。在加入载体的反应器(约46.21 mg/L)以及同时加入磁铁矿和载体的反应器(约65.8 mg/L)中,均出现挥发性脂肪酸的积累。总氨浓度的结果表明,不同矿物和载体对氨氮的吸收量有一定的阈值。在添加了磁铁矿或褐锰矿的反应器中,可溶性铁没有显著差异,说明可溶性铁不是影响反应器性能的关键因素。同时加入磁铁矿和载体的反应器中,以乙酸盐、甲酸盐和H2/CO2为底物进行的产甲烷活性分别比空白组反应器高34%、57.1%和44.4%。同时,以乙酸盐为底物的产甲烷活性较高,表明在间歇实验中,在氨氮抑制条件下,耗乙酸产甲烷菌的活性要强于耗氢产甲烷菌的活性。(2)为了进一步探究矿物和载体的作用,在厌氧消化半连续流实验中采用不同的磁铁矿和载体添加顺序。在初始同时加入磁铁矿和载体的反应器中,甲烷产量最高,比空白时高35%。实验结果表明,初始同时添加磁铁矿和载体后反应器中挥发性脂肪酸的浓度最低,约为972.5 mg/L,比空白组反应器低70.5%。这与甲烷产量的结果相一致,部分挥发性脂肪酸可以被用来产甲烷。在所有反应器中,乙酸和丙酸是主要的脂肪酸。加入BES抑制产甲烷步骤后,初始同时加入磁铁矿和载体的反应器中,乙酸化步骤明显增强,乙酸积累量明显增加。在初始添加磁铁矿或者载体的反应器中,乙酸积累量低于空白组,说明磁铁矿和载体的协同作用可以显著加强乙酸化步骤。(3)16s rRNA基因测序结果显示,除空白组反应器外,厌氧消化过程中所有反应器中的古菌均以Methanosaeta为优势菌群。空白组反应器中则以Methanobacteriales(39%)和 Methanosaeta(42%)为优势菌群。初始同时加入磁铁矿和载体的反应器中,Methanosaeta的相对丰度在第四阶段稳定期达到最高,约为81.53%。Methanosaeta可以通过耗乙酸产甲烷途径生成甲烷,表明在本研究中,同时添加磁铁矿和载体后的反应器中,耗乙酸产甲烷途径是主要的途径。在细菌群落中,在阶段三,初始仅添加磁铁矿的反应器和初始仅添加载体的反应器中,以Actinobacteria为主,其相对丰度达49.71%和60.95%。同时,在阶段四,第二次添加后,反应器中磁铁矿和载体均存在,此时细菌以Clostridium为主(属于Firmicutes),其相对丰度均高于40%。在初始同时添加磁铁矿和载体的反应器中,始终以Clostridium为主(相对丰度为54.19%)。