2.2.3　VFAs濃度和pH的變化

單個(gè)VFAs的積累和消耗反映了發(fā)酵酸化和甲烷生成之間的平衡。如圖2-5（a）所示，除了I3有兩個(gè)峰值外，各體系中乙酸濃度在第4天達(dá)到峰值，然后逐漸降低。I5有最低的峰值濃度（3.69g/L），依次是I1（4.26g/L）、I2（4.31g/L）、I3（5.96g/L）和I4（7.37g/L）。到了第16天，I1、I2和I5的乙酸濃度都低于0.23g/L，然而I4的值直到第32天才開始降低，發(fā)酵結(jié)束時(shí)濃度為1.65g/L。根據(jù)Romsaiyud等[114]的研究，乙酸濃度高于1.5g/L會(huì)影響纖維素酶的產(chǎn)生，這也是I4體系發(fā)酵過程中水解酶活性低的原因之一。丁酸的變化趨勢(shì)同樣是短暫積累后消失［圖2-5（c）］，發(fā)酵16d后，丁酸從I1、I2和I5體系中消失，I4體系在4～36d時(shí)，丁酸的濃度在1.28～1.55g/L之間變動(dòng)，發(fā)酵結(jié)束時(shí)維持在0.09g/L。上述數(shù)據(jù)表明，在高AS比例的接種體系（I1、I2和I5）中，積累的乙酸能被活性污泥中的嗜乙酸型甲烷菌利用產(chǎn)甲烷，Pearson’s相關(guān)分析也表明（表2-3），高AS體系中乙酸濃度與甲烷產(chǎn)率（CPR）顯著相關(guān)（p＜0.01）。乙酸的消耗使還原氫得到釋放，也導(dǎo)致了丁酸產(chǎn)量的降低[85]。

圖2-5　厭氧發(fā)酵過程中VFAs和pH的變化

（a）乙酸；（b）丙酸；（c）丁酸；（d）pH

表2-3　單個(gè)VFA濃度和pH，甲烷產(chǎn)率的Pearson's相關(guān)性分析

注：*顯著性水平（p＜0.05），**顯著性水平（p＜0.01）。

丙酸的產(chǎn)生是氫和還原力來不及利用時(shí)的一種釋放方式[100]。只有形成互營氧化菌群降低氫分壓，才能克服熱力學(xué)障礙生成乙酸，然后再被嗜乙酸型甲烷菌利用。而且氧化菌生長緩慢[44]，更容易導(dǎo)致丙酸在體系中的積累。污泥中含有互營氧化菌，所以I5體系在厭氧發(fā)酵16d后，丙酸從體系中消失。共培養(yǎng)體系由于互營氧化途徑的作用，I1、I2和I3分別在28d、28d、36d丙酸從體系中消失。而在I4體系中，丙酸無法被利用，造成積累［圖2-5（b）］。

Pearson’s相關(guān)分析表明（表2-3），VFAs的積累與pH下降相關(guān)，其中乙酸和丁酸是主要的貢獻(xiàn)者（p＜0.05）。而隨著體系中乙酸和丁酸的消耗，使pH維持在6.5～8.2范圍內(nèi)，有利于產(chǎn)甲烷的活性的提高[116]。如圖2-5（d）所示，共培養(yǎng)體系中乙酸和丁酸濃度的降低使pH在第8天提高到了6.91，而缺乏嗜乙酸甲烷菌的I4體系在第32天后pH為7.43，才達(dá)到了產(chǎn)甲烷的適宜范圍。