2.5.1.2 Impact of Ammonia Toxicity

2.5.1.2 Impact of Ammonia Toxicity to the Diversity of Methanogens and MethanogenesisPathway in Anaerobic Digestion
It is generally acknowledged that of all the anaerobic microorganisms involved in anaerobic digestion, the methanogens are the least tolerant to environmental inhibitors and the most likely to be affected by ammonia inhibition (Kayhanian, 1994, McMahon et al., 2001, Kotsyurbenko et al., 2004).
Koster and Lettinga (1988) studied the microbial activity change of acidogenic and methanogenic population in granular sludge as ammonia nitrogen concentrations were increased in the range of 4051-5734 mg N l-1. The experiment showed the methanogenic population lost 56.5% of its activity; while the acidogenic populations were hardly affected. The particular sensitivity of methanogens to ammonia toxicity will lead to the cessation of the methanogenesis stage of anaerobic digestion, whilst acid production remains unaffected. Consequently the build-up of organic acids resulting from inhibited methanogenesis will cause a rapid fall in pH and complete failure of the whole anaerobic process (McMahon et al., 2001).
Among the methanogenic strains, the tolerance towards ammonia toxicity varies significantly. In an early study (Wiegant and Zeeman, 1986), hydrogen-utilising methanogens were reported to be more susceptible to ammonia than acetoclastic methanogens under thermophilic conditions. In the same study, the author postulated that hydrogen accumulation due to the blockage of the hydrogenotrophic route caused a build-up of propionate which in turn, acts as an inhibitor of the acetoclastic methanogens. In a later study carried out by Angelidaki and Ahring (1993), however, specific methanogenic activity (SMA) was monitored for both acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens under thermophilic conditions. It was observed in this study that the SMA of acetoclastic methanogens decreased more than hydrogenotrophic methanogens under ammonia stress. These experimental results therefore did not support the previous study by Wiegant and Zeeman (1986).
There is, in fact, increasing evidence in the literature indicating that acetoclastic methanogens are more sensitive to ammonia toxicity than hydrogenotrophic ones (Robbins et al., 1989, Schnürer and Nordberg, 2008, Sprott and Patel, 1986). Koster and Koomen (1988) studied ammonia inhibition specifically of hydrogenotrophic methanogens using sludge that had never experienced ammonia inhibition before. The hydrogenotrophic population was found to grow well at an ammonia concentration as high as 6.3 g N l-1. Interestingly, in this study using only hydrogenotrophic methanogens strains, the methanogenesis started without a requirement for acclimation. Whereas in other studies using unacclimatised mixed populations of acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens (Van Velsen, 1979, Koster and Lettinga, 1984, Koster, 1986), temporary cessation of methanogenesis was always encountered after exposure to ammonia and recovered only after an adaptation period. This again is in accordance with earlier findings that the hydrogenotrophic methanogens are less susceptible to ammonia toxicity.
A few toxicity studies have been carried out studying the different inhibition thresholds of ammonia towards hydrogenotrophic and acetoclastic methanogens. Jarrell et al. (1987) used pure cultures to study the tolerance to ammonia in four methanogen strains commonly isolated from sludge digesters which can grow on H2 and CO2(Methanospirillum hungatei, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium thermoautotrophicum, and Methanobacterium formicicum). It has been observed that although being the most sensitive to ammonia of the four strains, Methanospirillum hungatei can tolerate ammonia concentrations up to 4.2 g N l-1; whilst the other three strains tested were resistant to ammonia concentrations higher than 10 g N l-1. Similar pure culture studies conducted on four strains of thermophilic hydrogenotrophic methanogens showed population growth could still be observed for some strains even at ammonia concentration of 9g N l-1 (Hendriksen and Ahring, 1991). The concentrations of ammonia that could be tolerated by methanogens in those studies were significantly higher than in other studies using mixed cultures (Poggi-Varaldo et al., 1997), further indicating that hydrogenotrophic methanogens have higher tolerance towards ammonia.
Although there is an apparent difference in ammonia tolerance between the two groups of methanogens, nothing in the scientific literature puts forward a possible mechanism, on a molecular microbiology level, to explain this difference e.g. effect on certain enzymes used exclusively by the acetoclastic pathway. Some investigations have been conducted on microbial behaviour under ammonia toxicity as in Borja et al. (1996) who observed that inhibition of the acetoclastic populations showed a sigmoidal pattern. This finding is in agreement with the study conducted by Poggi-Varaldo et al. (1991) who found that the bacterial growth rate and the specific acetate-uptake rate were affected by the free ammonia concentration in a three-stage pattern: initial inhibition, plateau and final inhibition. This inhibition pattern could indicate that two inhibition mechanisms are involved which act at different concentration levels. The hydrogenotrophic populations, however, exhibited a more linear pattern of inhibition (Borja et al., 1996).
Other studies have focused on microbial diversity and morphology at a genus and species levels. Sprott and Patel (1986) found that methane formation from obligate acetotroph Methanosaeta concilii was completely inhibited at a TAN concentration of 560 mg l-1, while methane formation from Methanosarcina barkeri was not inhibited at a TAN concentration of 2800 mg l-1.
Amongst the 83 species of methanogens discovered, the majority (61 species) are hydrogenotrophs that oxidise H2 and reduce CO2 to form methane, while only 9 species of acetoclastic methanogens are known that utilise acetate to produce methane (Garcia et al., 2000). Some researchers have concluded that cell morphology plays an important role in resisting ammonia toxicity. Demirel and Scherer (2008) attributed the particular susceptibility of acetate-utilising methanogens Methanosaetaceae to the cell morphology which is one of thin filaments. Due to the cell shape, Methanosaetaceae seemed to offer more surface area than the hydrogenotrophic methanogens which grow as rods, or Methanosarcinaceae which grow as thick clumps. The diffusion of free ammonia into the cells would be faster in the filamentous cells when expressed on the basis of kilograms of NH3 entering per kilogram cell mass per hour. Similar speculation has also been by made by Wiegant and Zeeman (1986). A study by Hendriksen and Ahring (1991) even suggested that for some thermophilic hydrogenotrophic methanogens, high ammonia concentration in the growth medium can induce formation of large cell aggregates, which implied a possible defence mechanism for those strains against ammonia toxicity.
The selective inhibition of ammonia towards methanogens will have a profound impact on the diversity of the methanogenic population in an anaerobic digester treating an ammonia/ nitrogen rich substrate, i.e. under the influence of ammonia, hydrogenotrophic methanogens will gradually become the predominant species and as the result the major methanogenesis pathway will shift to hydrogenotrophic (Calli et al., 2005, Westerholm et al. 2011).
The application of advanced molecular microbiology techniques such as Fluorescent in situ Hybridisation (FISH) and Quantitative Polymerase Chain Reaction (q-PCR) have made it possible to monitor changes in the methanogenic population in anaerobic digesters exposed to a high concentration of ammonia. Results from these studies (Calli et al., 2005, Goberna, 2010, Schnürer and Nordberg, 2008, Westerholm et al. 2011) have clearly indicated the obvious change of dominate methanogen population to hydrogenotrophic after the exposure to ammonia.
Changes in the methanogenic population and major methanogenic pathway were examined during start-up of a full-scale anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) treating swine waste (Angenent et al., 2002). It was observed that after the increase in total ammonia concentration during the start-up process, acetate degradation increased; however the acetoclastic methanogens population decreased based on 16S ribosomal RNA (rRNA) concentrations.
Karakashev et al. (2005) studied the influence of environmental parameters on the diversity of methanogenic communities in 15 full-scale biogas plants treating either manure or sludge as substrates under different conditions. The findings of this study indicated that in plants operating in the mesophilic range, where the free ammonia concentration was lower than in thermophilic plants, the diversity of the methanogenic population was broader. Dominance of the acetoclastic phylogenetic group Methanosaetaceae was observed in digesters fed with sludge (ammonia concentration at 0.03-0.3 g N l-1). However, Methanosaetaceae was never found to be dominant in digesters treating manure (ammonia concentration at 2.1-6.1 g N l-1). The authors reported that the inoculum type and loading rate did not affect the diversity of methanogens in biogas reactors, but the concentrations of ammonia and VFA were influential.
The consequences of the change in methanogenic pathway for the apparent behaviour and maintenance strategies of the anaerobic digestion process are significant. Under normal, uninhibited conditions, 70% of methanogenesis is attributed to the acetoclastic route and only 30% of methane is formed via the hydrogenotrophic route (Jeris and McCarty, 1965, Gujer and Zehnder., 1983). During anaerobic digestion, hydrogenotrophic methanogens play a crucial role to keep the hydrogen partial pressure low enough to make it thermodynamically possible for propionate and

Kết quả (Việt) 1:

2.5.1.2 tác động của ngộ độc amoniac để sự đa dạng của các loài sinh metan và MethanogenesisPathway kỵ khí tiêu hóaMọi người được biết rằng tất cả các vi sinh vật kỵ khí tham gia kỵ khí tiêu hóa, các loài sinh metan là ức chế ít nhất là khoan dung cho môi trường và nhiều khả năng bị ảnh hưởng bởi sự ức chế amoniac (Kayhanian, 1994, McMahon et al., năm 2001, Kotsyurbenko et al, 2004).Koster và Lettinga (1988) nghiên cứu sự thay đổi vi khuẩn hoạt động của acidogenic và sinh dân ở hạt bùn như amoniac nitơ nồng độ đã được tăng lên trong khoảng 5734 người 4051 mg N l-1. Thử nghiệm cho thấy dân sinh mất 56.5% hoạt động của nó; trong khi các quần thể acidogenic đã hầu như không bị ảnh hưởng. Sự nhạy cảm đặc biệt của loài sinh metan để ngộ độc amoniac sẽ dẫn đến sự chấm dứt của giai đoạn methanogenesis của kỵ khí tiêu hóa, trong khi sản xuất axit vẫn không bị ảnh hưởng. Do đó xây dựng của axit hữu cơ phát sinh từ inhibited methanogenesis sẽ gây ra một mùa thu nhanh chóng trong pH và thất bại hoàn toàn của quá trình toàn bộ kỵ khí (McMahon và ctv., 2001).Trong số các chủng sinh, khoan dung đối với amoniac độc tính thay đổi đáng kể. Trong một nghiên cứu đầu (Wiegant và Zeeman, năm 1986), sử dụng hydro loài sinh metan đã được báo cáo là hơn dễ bị amoniac hơn acetoclastic loài sinh metan dưới điều kiện nhiệt. Trong nghiên cứu này, tác giả giả thuyết đó tích tụ hiđrô do sự tắc nghẽn của đường hydrogenotrophic gây ra một xây dựng của propionate mà đến lượt nó, hoạt động như một chất ức chế của các loài sinh metan acetoclastic. Trong một nghiên cứu sau đó thực hiện bởi Angelidaki và Ahring (1993), Tuy nhiên, cụ thể sinh hoạt động (SMA) đã được giám sát cho cả hai acetoclastic và hydrogenotrophic loài sinh metan dưới điều kiện nhiệt. Nó được quan sát trong nghiên cứu này SMA loài sinh metan acetoclastic giảm nhiều hơn hydrogenotrophic loài sinh metan bị căng thẳng amoniac. Các kết quả thử nghiệm do đó không hỗ trợ nghiên cứu trước đây của Wiegant và Zeeman (1986).Đó là, trong thực tế, ngày càng tăng bằng chứng trong văn học chỉ ra rằng loài sinh metan acetoclastic rất nhạy cảm với amoniac độc tính hơn hydrogenotrophic người (Robbins et al., 1989, Schnürer và Nordberg, 2008, Davis và Patel, 1986). Koster và Koomen (1988) nghiên cứu amoniac ức chế cụ thể của loài sinh metan hydrogenotrophic bằng cách sử dụng bùn đó đã không bao giờ có kinh nghiệm amoniac ức chế trước khi. Dân số hydrogenotrophic được tìm thấy để phát triển tốt ở một nồng độ amoniac cao 6.3 g N l-1. Điều thú vị, trong nghiên cứu này bằng cách sử dụng chỉ hydrogenotrophic loài sinh metan chủng, các methanogenesis bắt đầu mà không có một yêu cầu cho acclimation. Trong khi trong các nghiên cứu khác bằng cách sử dụng unacclimatised hỗn hợp quần thể của loài sinh metan acetoclastic và hydrogenotrophic (Van Velsen, 1979, Koster và Lettinga, 1984, Koster, năm 1986), tạm thời chấm dứt methanogenesis luôn luôn gặp phải sau khi tiếp xúc với amoniac và phục hồi chỉ sau một thời gian thích ứng. Điều này một lần nữa là phù hợp với những phát hiện trước đó rằng các loài sinh metan hydrogenotrophic là ít nhạy cảm với amoniac độc tính.Một vài độc tính nghiên cứu đã được tiến hành nghiên cứu ngưỡng ức chế khác nhau của amoniac đối với loài sinh metan hydrogenotrophic và acetoclastic. Jarrell et al. (1987) dùng nền văn hóa tinh khiết để nghiên cứu khả năng chịu amoniac trong bốn methanogen chủng thường bị cô lập từ bùn digesters mà có thể phát triển trên H2 và CO2 (Methanospirillum hungatei, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium thermoautotrophicum, và Methanobacterium formicicum). Nó đã được quan sát thấy rằng mặc dù là nhạy cảm nhất với amoniac chủng bốn, Methanospirillum hungatei có thể chịu đựng amoniac nồng độ lên đến 4.2 g N l-1; trong khi các chủng ba khác kiểm tra là đề kháng với amoniac nồng độ cao hơn 10 g N l-1. Tương tự như tinh khiết văn hóa nghiên cứu tiến hành trên bốn chủng nhiệt hydrogenotrophic mêtanogen cho thấy dân số tăng trưởng có thể vẫn còn được quan sát cho một số chủng thậm chí tại amoniac nồng độ của 9g N l-1 (Hendriksen và Ahring, 1991). Nồng độ của amoniac mà có thể được dung nạp bởi loài sinh metan trong những nghiên cứu đã đáng kể cao hơn trong các nghiên cứu khác bằng cách sử dụng hỗn hợp nền văn hóa (Poggi-Varaldo và ctv., 1997), hơn nữa cho thấy rằng loài sinh metan hydrogenotrophic có cao khoan dung đối với amoniac.Mặc dù có một sự khác biệt rõ ràng trong khoan dung amoniac giữa hai nhóm của các loài sinh metan, không có gì trong các tài liệu khoa học đặt ra một cơ chế có thể, trên một mức độ vi sinh vật học phân tử, để giải thích sự khác biệt này ví dụ: ảnh hưởng nhất định enzym được sử dụng độc quyền của con đường acetoclastic. Một số nghiên cứu đã được thực hiện vào các hành vi vi sinh vật dưới ngộ độc amoniac như trong Borja et al. (1996) người quan sát thấy rằng sự ức chế của các quần thể acetoclastic đã cho thấy một mô hình sigmoidal. Tìm kiếm này là trong thỏa thuận với nghiên cứu thực hiện bởi Poggi-Varaldo et al. (1991) những người tìm thấy tỷ lệ vi khuẩn phát triển và tỷ lệ hấp thụ axetat cụ thể đã bị ảnh hưởng bởi sự tập trung miễn phí amoniac trong một mô hình ba giai đoạn: đầu tiên sự ức chế, cao nguyên và ức chế cuối cùng. Mô hình sự ức chế này có thể chỉ ra rằng hai ức chế cơ chế có liên quan mà hành động ở các cấp độ khác nhau tập trung. Dân số hydrogenotrophic, Tuy nhiên, trưng bày một mô hình tuyến tính hơn của sự ức chế (Borja và ctv., 1996).Các nghiên cứu khác đã tập trung vào sự đa dạng vi khuẩn và hình thái học ở một cấp chi và loài. Davis và Patel (1986) tìm thấy rằng sự hình thành metan từ bắt acetotroph Methanosaeta concilii hoàn toàn ức chế tại nồng độ TAN của 560 mg l-1, trong khi hình thành metan từ Methanosarcina barkeri không ức chế tại nồng độ TAN của 2800 mg l-1.Trong số các loài 83 của các loài sinh metan phát hiện, đa số (61 loài) có hydrogenotrophs oxidise H2 và giảm CO2 để hình thức mêtan, trong khi chỉ 9 loài loài sinh metan acetoclastic được biết đến mà tận dụng axetat để sản xuất mêtan (Garcia và ctv., 2000). Một số nhà nghiên cứu đã kết luận rằng hình thái học di động đóng một vai trò quan trọng trong chống amoniac độc tính. Demirel và Scherer (2008) do tính nhạy cảm đặc biệt của tận dụng axetat mêtanogen Methanosaetaceae để hình thái của tế bào mà là một sợi mỏng. Do hình dạng tế bào, Methanosaetaceae dường như cung cấp thêm diện tích bề mặt hơn các loài sinh metan hydrogenotrophic phát triển như thanh, hoặc Methanosarcinaceae mà phát triển như khối dày. Sự khuếch tán của amoniac miễn phí vào các tế bào sẽ nhanh hơn trong các tế bào sợi nhỏ khi thể hiện trên cơ sở kg NH3 vào một khối lượng tế bào kg cho giờ. Đầu cơ tương tự cũng đã được bởi thực hiện bởi Wiegant và Zeeman (1986). Một nghiên cứu của Hendriksen và Ahring (1991) thậm chí gợi ý rằng cho một số loài sinh metan nhiệt hydrogenotrophic, cao amoniac nồng độ trong trung bình tăng trưởng có thể gây ra sự hình thành các tế bào lớn máy, mà ngụ ý một cơ chế có thể bảo vệ cho những chủng chống lại ngộ độc amoniac.Ức chế chọn lọc amoniac đối với loài sinh metan sẽ có một tác động sâu sắc về sự đa dạng của dân sinh, một digester kỵ khí điều trị một amoniac / nitơ giàu chất nền, tức là dưới ảnh hưởng của amoniac, hydrogenotrophic loài sinh metan sẽ dần dần trở thành các loài chủ yếu và do đó, con đường chính methanogenesis sẽ chuyển hydrogenotrophic (Calli et al., 2005, Westerholm et al. năm 2011).Ứng dụng vi sinh vật học phân tử nâng cao kỹ thuật chẳng hạn như lai tại chỗ huỳnh quang (cá) và định lượng phản ứng chuỗi Polymerase (q PCR) đã làm cho nó có thể để theo dõi các thay đổi trong dân số sinh ở kỵ khí digesters tiếp xúc với nồng độ cao của amoniac. Kết quả từ các nghiên cứu (Calli et al., 2005, Goberna, 2010, Schnürer và Nordberg, 2008, Westerholm et al. 2011) đã rõ ràng chỉ ra sự thay đổi rõ ràng của thống trị methanogen dân để hydrogenotrophic sau khi tiếp xúc với amoniac.Những thay đổi trong dân số sinh và con đường lớn sinh đã được kiểm tra trong thời gian khởi động của một quy mô đầy đủ trình tự kỵ khí lô lò phản ứng (ASBR) điều trị chất thải lợn (Angenent et al., 2002). Nó được quan sát thấy rằng sau sự gia tăng nồng độ tất cả amoniac trong tiến trình khởi động, axetat suy thoái tăng; Tuy nhiên acetoclastic loài sinh metan dân giảm ngày 16 RNA ribosome (rARN) nồng độ.Karakashev et al. (2005) nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường tham số về sự đa dạng trong cộng đồng sinh 15 nhà máy khí sinh học quy mô đầy đủ điều trị phân hoặc bùn như chất dưới điều kiện khác nhau. Những phát hiện của nghiên cứu này chỉ ra rằng trong các nhà máy hoạt động trong phạm vi hay, nơi tập trung miễn phí amoniac là thấp hơn trong các nhà máy nhiệt, sự đa dạng dân sinh đã rộng hơn. Sự thống trị của đội phát sinh loài acetoclastic Methanosaetaceae được quan sát thấy trong digesters cho ăn với bùn (amoniac tập trung tại 0,03-0.3 g N l-1). Tuy nhiên, Methanosaetaceae không bao giờ tìm thấy được chi phối trong digesters điều trị phân (amoniac tập trung tại 2.1-6.1 g N l-1). Các tác giả báo cáo rằng tỷ lệ loại và tải của inoculum đã không ảnh hưởng đến sự đa dạng của các loài sinh metan trong khí sinh học lò phản ứng, nhưng nồng độ của amoniac và phi đội VFA đã có ảnh hưởng.Hậu quả của sự thay đổi trong sinh con đường cho các hành vi rõ ràng và bảo trì các chiến lược của quá trình tiêu hóa kị khí là rất lớn. Trong điều kiện bình thường, bỏ hoang, 70% của methanogenesis là do các tuyến đường acetoclastic và chỉ có 30% methane được thành lập thông qua các tuyến đường hydrogenotrophic (Jeris và McCarty, 1965, Gujer và Zehnder., 1983). Trong quá trình tiêu hóa kị khí, hydrogenotrophic loài sinh metan đóng một vai trò rất quan trọng để giữ cho áp suất thành phần hiđrô thấp, đủ để làm cho nó thermodynamically có thể cho propionate và

Kết quả (Việt) 2:

2.5.1.2 Tác động của Độc Amoniac đến sự đa dạng của methanogen và MethanogenesisPathway trong Anaerobic Digestion
Nó thường được thừa nhận của tất cả các vi sinh vật kỵ khí tham gia vào quá trình tiêu hóa yếm khí, methanogens là những người ít chịu các chất ức chế môi trường và có khả năng bị ảnh hưởng bởi ammonia nhất ức chế (Kayhanian, 1994, McMahon et al., 2001, Kotsyurbenko et al., 2004).
Koster và Lettinga (1988) đã nghiên cứu sự thay đổi hoạt động của vi sinh vật của dân acidogenic và vi sinh methanogenic trong bùn hạt như nồng độ nitơ amoniac tăng lên trong khoảng 4051-5734 mg N l-1. Các thí nghiệm cho thấy dân số vi sinh methanogenic mất 56,5% hoạt động của mình; trong khi các quần acidogenic hầu như không bị ảnh hưởng. Sự nhạy cảm đặc biệt của methanogen đến ngộ độc ammonia sẽ dẫn đến sự chấm dứt của giai đoạn khí methan của kỵ khí, trong khi sản lượng axit vẫn không bị ảnh hưởng. Do sự tích tụ của axit hữu cơ do khí methan ức chế sẽ gây ra sự sụt giảm nhanh chóng trong pH và thất bại hoàn toàn của toàn bộ quá trình yếm khí (McMahon et al., 2001).
Trong số các chủng vi sinh methanogenic, sự khoan dung đối với độc tính ammonia thay đổi đáng kể. Trong một nghiên cứu trước đây (Wiegant và Zeeman, 1986), methanogen hydro-sử dụng đã được báo cáo là nhạy cảm hơn với amoniac hơn methanogen acetoclastic dưới điều kiện nhiệt. Trong nghiên cứu này, tác giả mặc nhiên công nhận rằng sự tích lũy hydro do sự tắc nghẽn của tuyến đường hydrogenotrophic gây ra một build-up của propionate do đó, hoạt động như một chất ức chế methanogens acetoclastic. Trong một nghiên cứu sau đó được thực hiện bởi Angelidaki và Ahring (1993), tuy nhiên, hoạt động của vi sinh methanogenic cụ thể (SMA) đã được giám sát cho cả methanogen acetoclastic và hydrogenotrophic dưới điều kiện nhiệt. Nó đã được quan sát trong nghiên cứu này là SMA của methanogen acetoclastic giảm hơn methanogen hydrogenotrophic bị căng thẳng amoniac. Những kết quả thực nghiệm nên không hỗ trợ các nghiên cứu trước đây bởi Wiegant và Zeeman (1986).
Có nghĩa là, trong thực tế, ngày càng tăng bằng chứng trong văn học chỉ ra rằng methanogen acetoclastic nhạy cảm hơn với nhiễm độc amoniac hơn những hydrogenotrophic (Robbins et al., 1989, Schnürer và Nordberg, 2008, Sprott và Patel, 1986). Koster và Koomen (1988) đã nghiên cứu ức chế amoniac đặc biệt của methanogen hydrogenotrophic sử dụng bùn đã bao giờ trải qua sự ức chế amoniac trước. Dân số hydrogenotrophic đã được tìm thấy để phát triển tốt ở một nồng độ amoniac cao như 6,3 g N l-1. Điều thú vị là, trong nghiên cứu này sử dụng các chủng methanogen chỉ hydrogenotrophic, các khí methan bắt đầu mà không có một yêu cầu cho sự thích nghi. Trong khi các nghiên cứu khác sử dụng quần unacclimatised hỗn hợp của methanogen acetoclastic và hydrogenotrophic (Van Velsen, 1979, Koster và Lettinga, 1984, Koster, 1986), tạm ngừng khí methan luôn gặp phải sau khi tiếp xúc với amoniac và phục hồi chỉ sau một thời gian thích ứng. Điều này một lần nữa là phù hợp với kết quả nghiên cứu trước đó rằng methanogens hydrogenotrophic là ít nhạy cảm với nhiễm độc amoniac.
Một vài nghiên cứu độc tính đã được tiến hành nghiên cứu các ngưỡng ức chế khác nhau của amoniac hướng methanogen hydrogenotrophic và acetoclastic. Jarrell et al. (1987) sử dụng các nền văn hóa thuần túy để nghiên cứu khả năng chịu amoniac trong bốn chủng methanogen thường được phân lập từ phân hủy bùn mà có thể phát triển trên H2 và CO2 (Methanospirillum hungatei, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium thermoautotrophicum, và Methanobacterium formicicum). Nó đã được quan sát thấy rằng mặc dù là nhạy cảm nhất với amoniac trong bốn chủng, Methanospirillum hungatei có thể chịu được nồng độ amoniac lên đến 4,2 g N l-1; trong khi ba chủng khác được thử nghiệm kháng với nồng độ amoniac cao hơn 10 g N l-1. Nghiên cứu văn hóa tinh khiết tương tự như tiến hành trên bốn chủng methanogen hydrogenotrophic ưa nhiệt cho thấy tốc độ tăng trưởng dân số vẫn có thể được quan sát thấy đối với một số chủng thậm chí ở nồng độ ammonia của 9g N l-1 (Hendriksen và Ahring, 1991). Nồng độ ammonia có thể được dung thứ bởi methanogens, trong những nghiên cứu này cao hơn so với các nghiên cứu khác sử dụng các nền văn hóa pha trộn đáng kể (Poggi-Varaldo et al., 1997), tiếp tục chỉ ra rằng methanogen hydrogenotrophic có khoan dung cao hơn đối với amoniac.
Mặc dù có một rõ ràng sự khác biệt trong khả năng chịu ammonia giữa hai nhóm methanogens, không có gì trong các tài liệu khoa học đưa ra một cơ chế có thể, trên một mức độ vi sinh học phân tử, để giải thích sự khác biệt này ví dụ như ảnh hưởng đến một số enzym được sử dụng độc quyền bởi các con đường acetoclastic. Một số cuộc điều tra đã được tiến hành trên các hành vi vi khuẩn phía dưới độc amoniac như trong Borja et al. (1996), người đã quan sát thấy sự ức chế của các quần acetoclastic cho thấy một mô hình xích ma. Phát hiện này cũng phù hợp với các nghiên cứu tiến hành bởi Poggi-Varaldo et al. (1991) đã tìm thấy rằng tỷ lệ tăng trưởng của vi khuẩn và tỷ lệ acetate hấp thu cụ thể bị ảnh hưởng bởi nồng độ ammonia tự do trong một mô hình ba giai đoạn: ức chế ban đầu, cao nguyên và ức chế thức. Mô hình ức chế này có thể chỉ ra rằng hai cơ chế ức chế là có liên quan mà hành động ở mức nồng độ khác nhau. Các quần hydrogenotrophic, tuy nhiên, trưng bày một mô hình tuyến tính hơn của sự ức chế (Borja et al., 1996).
Các nghiên cứu khác đã tập trung vào sự đa dạng của vi sinh vật và hình thái ở một chi và loài cấp. Sprott và Patel (1986) tìm thấy rằng sự hình thành khí metan từ bắt buộc acetotroph Methanosaeta concilii đã hoàn toàn bị ức chế ở nồng độ TAN 560 mg l-1, trong khi hình thành methane từ Methanosarcina barkeri không bị ức chế ở nồng độ TAN 2800 mg l-1.
Trong số 83 loài methanogens, phát hiện, đa số (61 loài) là hydrogenotrophs mà bị oxi hóa H2 và giảm CO2 để tạo thành methane, trong khi chỉ có 9 loài methanogen acetoclastic được biết rằng sử dụng acetate để sản xuất khí methane (Garcia et al., 2000). Một số nhà nghiên cứu đã kết luận rằng tế bào hình thái đóng một vai trò quan trọng trong việc chống nhiễm độc amoniac. Demirel và Scherer (2008) cho rằng sự nhạy cảm đặc biệt của methanogen acetate-sử dụng Methanosaetaceae đến hình thái tế bào đó là một trong những sợi mỏng. Do hình dạng tế bào, Methanosaetaceae dường như cung cấp diện tích bề mặt hơn methanogens hydrogenotrophic mà phát triển như que, hoặc Methanosarcinaceae mà phát triển các cụm dày. Sự phổ biến của ammonia miễn phí vào các tế bào sẽ được nhanh hơn trong các tế bào dạng sợi khi thể hiện trên cơ sở kg NH3 vào mỗi khối tế bào kg mỗi giờ. Đầu cơ tương tự cũng đã được thực hiện bởi bởi Wiegant và Zeeman (1986). Một nghiên cứu của Hendriksen và Ahring (1991) thậm chí còn cho rằng đối với một số methanogen hydrogenotrophic ưa nhiệt, nồng độ amoniac cao trong môi trường tăng trưởng có thể gây ra sự hình thành của các uẩn tế bào lớn, mà ngụ ý một cơ chế bảo vệ có thể cho những chủng chống lại độc tố ammonia.
Các ức chế chọn lọc amoniac hướng methanogens, sẽ có một tác động sâu sắc đến sự đa dạng của các dân vi sinh methanogenic trong máy tiêu hoá kỵ khí điều trị một nền giàu amoniac / nitơ, tức là dưới ảnh hưởng của ammonia, methanogen hydrogenotrophic sẽ dần dần trở thành loài chiếm ưu thế và là kết quả của đường khí methan lớn sẽ chuyển sang hydrogenotrophic (Calli et al., 2005, Westerholm et al 2011.).
Việc áp dụng kỹ thuật vi sinh vật học phân tử tiên tiến như đèn huỳnh quang tại chỗ lai (FISH) và định lượng Polymerase Chain Reaction (q-PCR) đã làm cho nó có thể theo dõi những thay đổi trong dân số vi sinh methanogenic trong bể phân hủy yếm khí tiếp xúc với nồng độ cao của amoniac. Kết quả từ những nghiên cứu này (Calli et al., 2005, Goberna, 2010, Schnürer và Nordberg, 2008, Westerholm et al 2011.) Đã chỉ rõ sự thay đổi rõ ràng của dân methanogen thống trị để hydrogenotrophic sau khi tiếp xúc với amoniac.
Những thay đổi trong các vi sinh methanogenic dân số và con đường vi sinh methanogenic chính đã được kiểm tra trong quá trình khởi động của quy mô đầy đủ hàng loạt kỵ khí sequencing lò phản ứng (ASBR) xử lý chất thải lợn (Angenent et al., 2002). Nó đã được quan sát thấy rằng sau khi mức tăng tổng nồng độ amoniac trong quá trình khởi động, suy thoái acetate tăng; Tuy nhiên methanogens acetoclastic dân số giảm dựa trên 16S RNA ribosome (rRNA) nồng độ.
Karakashev et al. (2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số môi trường về sự đa dạng của các cộng đồng vi sinh methanogenic trong 15 nhà máy khí sinh học quy mô toàn điều trị hoặc phân hữu cơ hay bùn làm chất nền dưới các điều kiện khác nhau. Những phát hiện của nghiên cứu này chỉ ra rằng trong các nhà máy hoạt động trong phạm vi mesophilic, nơi tập trung ammonia tự do thấp hơn ở thực vật ưa nhiệt, sự đa dạng của các dân vi sinh methanogenic đã được rộng hơn. Sự thống trị của các nhóm phát sinh loài acetoclastic Methanosaetaceae đã được quan sát thấy trong nồi nấu ăn với bùn (nồng độ amoniac tại 0,03-0,3 g N l-1). Tuy nhiên, Methanosaetaceae đã bao giờ tìm thấy được ưu thế trong hầm xử lý (nồng độ amoniac ở 2,1-6,1 g N l-1) phân. Các tác giả cho rằng các loại chất tiêm chủng và tải tốc độ không ảnh hưởng đến sự đa dạng của methanogen trong lò phản ứng khí sinh học, nhưng nồng độ amoniac và VFA nhiều ảnh hưởng.
Các hậu quả của sự thay đổi trong con đường vi sinh methanogenic cho các chiến lược hành vi và bảo trì rõ ràng của quá trình tiêu hóa yếm khí quá trình là rất lớn. Trong các điều kiện không có giới hạn bình thường, 70% các khí methan là do các tuyến đường acetoclastic và chỉ có 30% khí mê tan được hình thành thông qua các tuyến đường hydrogenotrophic (Jeris và McCarty, 1965, Gujer và Zehnder., 1983). Trong quá trình tiêu hóa yếm khí, methanogen hydrogenotrophic đóng một vai trò rất quan trọng để giữ cho áp suất riêng phần hydro thấp, đủ để làm cho nó có thể cho nhiệt động propionate và