3.3.1 乙酸的厌氧甲烷化过程

如图3-1所示，不同初始pH下，产甲烷反应在经历了2～18 d的迟滞期后逐渐启动[图3-1（a）和图3-1（b）]。采用Gompertz模型拟合累计甲烷产量随时间的变化曲线，据此评估微生物菌群的产甲烷活力，结果见表3-2。拟合结果显示，初始pH的降低延长了迟滞期。未添加CH3F的反应器中，初始pH为6.5、6.0和5.5时，迟滞期分别为1.6 d、3.4 d和16.9 d。CH3F抑制了乙酸发酵型甲烷化途径，使得甲烷化启动延迟了1～2 d，且降低了比甲烷产生速率（μCH4）。暴露于CH3F下的最大比产甲烷速率仅为未添加CH3F时的29%～42%。可见，甲烷化启动过程可能是在乙酸发酵型甲烷化途径和共生乙酸氧化途径的共同作用下进行。

图3-1 不同pH各反应器的产气情况和乙酸浓度

注：图中数据点为2平行实验的平均值，误差线表示数值范围。(https://www.daowen.com)

表3-2 不同pH各反应器产甲烷过程的Gompertz模型拟合结果

在不同的初始条件下，甲烷化启动过程伴随着氢气分压（pH2）的快速增加。当乙酸即将耗尽时，氢分压开始降低（图3-1 c）。暴露于CH3F的反应器中的pH2约为未添加CH3F时的1.5～2.0倍，反应器上方累积的H2很可能由共生乙酸氧化反应产生，pH2的降低则可能是氢营养型产甲烷菌的消耗所致。pH2的波动反映了乙酸氧化和氢营养型甲烷化的动态变化。而pH 5.5时，pH2较大的波动幅度表明低pH下乙酸氧化反应和氢营养型甲烷化更为活跃。

在初始pH为5.0时，乙酸向甲烷的转化过程在39 d的培养期内始终未启动。而且，与未添加乙酸的空白对照组相比，中间代谢产物如H2（分压低于40 ppm）和CO2（以液相TIC计，低于4 mmol/L）的浓度始终处于较低水平，说明微生物的代谢活力被低pH所形成的高酸度所抑制。