餐厨垃圾中蛋白质含量高,其厌氧消化易受到蛋白质水解释放出的过多的氨氮的影响而导致系统产气性能降低,中间产物积累,甚至完全失稳。为了全面解析餐厨垃圾厌氧消化系统的氨抑制失稳的微生物响应,强化厌氧消化过程,保障系统高效稳定运行,本研究设置了串联的两批次实验,分析不同氨氮浓度下反应器性能特点及微生物群落演替过程,以揭示失稳关键环节,寻找关键微生物因子,并判断微生物群落能否自我驯化适应高氨氮条件。本研究得到的主要结论如下:(1)第一批次实验中,随氨氮浓度的增加厌氧消化反应器的累积甲烷产率减少,产气速率降低、产甲烷停滞期延长。氨氮浓度达到6000、7500mg/L时的甲烷回收率分别为85.70%、67.39%,且这两组反应器出现了以丙酸为主的酸积累,反应结束时丙酸浓度依然高达258.27mg/L、686.15mg/L。(2)第二批次实验中,不论是维持原氨氮浓度还是提高到更高的氨氮浓度下运行,同等氨氮浓度下,所有氨氮水平均出现反应器甲烷产率显著上升,产气动力学(停滞期和产气时间)显著改善的现象,但高氨氮(>6000mg/L)下酸积累现象并未得到改善,反应结束时丙酸浓度在293.33-982.96mg/L之间。(3)氨氮胁迫对微生物多样性产生了巨大影响。α多样性上,随着氨氮浓度的增加,群落的Ace、Chao、Shannon指数都显著降低,Simpson指数显著增加,说明群落的丰富度和多样性都降低了;β多样性上,以PCA(Principal Component Analysis)对各样品进行聚类发现,氨氮浓度越高,微生物样品点距离对照组越远,说明不同程度氨氮胁迫使群落发生了不同程度的演替,且高氨氮胁迫下的微生物群落演替方向相同。(4)厌氧消化过程中,水解酸化菌丰度随着氨氮浓度的增加而增加,并且向着产氢能力强的微生物转化,指示系统中会产生更高浓度的挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,VFA)和氢气;产氢产乙酸菌Syntrophomonas、Pelotomaculum等在氨氮浓度6000mg/L时受到抑制,且无具有同等功能的替代微生物出现,指示该阶段的抑制的不可逆性,此时系统VFAs的降解能力受到影响;产甲烷菌受到氨氮的抑制作用最强,整体呈现随氨氮浓度增加而下降的趋势。其中甲烷鬃菌最先受到氨抑制,在3000mg/L时,就观察到乙酸在消化初期发生积累,但随着反应时间延长,甲烷鬃菌会逐渐被甲烷八叠球菌取代,乙酸最终被消耗。能够消耗氢气的微生物也大多归于产甲烷古菌,而整个古菌群落相对丰度的降低以及氢气产量的增加,导致系统内氢分压的升高。产酸菌丰度增加与耗酸菌丰度下降之间的矛盾,以及系统内阻碍丙酸等长链VFAs的互营降解过程的较高的氢分压,共同导致厌氧消化过程出现酸的积累,这可能是过程失稳的关键。(5)高氨氮下过程失稳的关键环节是以丙酸为代表的长链VFAs的降解,与其相关的互营降解联合体是本研究寻找到的关键微生物因子。更多的关注与丙酸/丁酸互养降解的微生物菌群,能为过程强化提供新的方向。