4.1 概述

厌氧生境中，核心微生物产甲烷菌具有低生长速率和对各种生态因子（如pH和VFAs浓度等）的高度敏感性[30]。因此，厌氧消化工艺在遭受高有机负荷冲击或者消化原料为含水率高易降解的生物质废物时，容易产生酸抑制现象。高浓度VFAs的累积伴随着pH的大幅波动使得产甲烷菌群受到抑制，极大地影响了工艺的稳定性和甲烷转化率[7，8]。酸胁迫的形成往往伴随着pH和VFAs的相互作用，而pH的变化可强化或削弱高浓度VFAs的抑制作用。作为厌氧生境中的关键生态因子，pH和VFAs浓度各自均对微生物菌群结构及其功能具有重要的选择作用[99]。深入研究高浓度酸冲击下胁迫产生和解除过程中微生态的变化响应规律，以及pH在此过程中的作用机制，对于解决工艺运行不稳定和抑制产生后恢复启动慢的问题具有重要意义。(https://www.daowen.com)

乙酸是发酵及乙酸化过程的产物和甲烷化的主要底物。酸抑制的自然解除取决于乙酸向甲烷的快速流通转化[21]。各嗜乙酸微生物种群之间的竞争关系和对胁迫的适应能力成为重要的研究方向。尽管针对VFAs浓度对产甲烷种群的选择作用已有一些报道[36，102，103]，但随着共生乙酸氧化联合途径和乙酸氧化共生菌群的发现，不同环境条件下嗜乙酸微生物间的竞争关系变得极其复杂。已有结论显示，在高氨氮胁迫等不利于甲烷鬃毛菌科Methanosaetaceae生存的因素存在时，共生乙酸氧化细菌（SAOB）可成为优势功能菌[39，40，71，80]。低pH的酸性环境中，SAOB亦发挥了重要作用（见第3章结论）。但针对高浓度酸负荷下各产甲烷菌种群和SAOB间相互作用与制约的关系，目前尚存在较大争议[47]，pH（碱性）扰动对其竞争关系的影响也鲜见报道。为深入了解酸冲击和胁迫状态下产甲烷微生态的响应机制，本章研究了不同乙酸浓度以及伴随着乙酸降解发生的碱性pH扰动对产甲烷微生态的影响规律，并主要关注了乙酸发酵型产甲烷菌和SAOB及其伴生的氢营养性产甲烷菌的动态变化，从甲烷化代谢途径和关键微生物种群的丰度变化等多角度阐明产甲烷微生态对酸胁迫（包括酸浓度和碱性pH）的响应机制。