如图3-2所示,在无CH3F时,甲烷化过程的稳定碳同位素分离效应因初始pH的不同产生较大差异。在pH 5.5的反应器中δ13CH4的平均值为(-57.9±2.8)‰,而在pH 6.5和pH 6.0的反应器中,则分别为(-46.1±3.5)‰和(-46.4±7.0)‰(表3-3)。由此表明,pH 5.5下氢营养型甲烷化途径的贡献更大。
图3-2 不同pH各反应器内的δ13CH4和δ13CO2
为计算氢营养型甲烷化途径的贡献率(fmc),监测了初始pH为5.5且暴露于CH3F下的反应器内的δ13CH4和δ13CO2,以此作为氢营养型甲烷化途径产物的稳定碳同位素特征值。在低pH和CH3F双重胁迫下,甲烷化反应产生了强烈的稳定碳同位素分馏效应(表3-3)。δ13CH4和δ13CO2分别为-84‰~-68‰和-9.5‰~-0.6‰,αc则达到1.083,呈现出典型的氢营养型甲烷化代谢途径的特征[200]。可见,在pH 5.5且存在乙酸发酵型途径抑制因子时,共生乙酸氧化和氢营养型甲烷化途径可独立启动,相应的,乙酸氧化共生菌群成为甲烷化中心。
表3-3 不同pH各反应器内游离乙酸浓度和产甲烷途径分布(www.daowen.com)
注:δ13CH4-new、δ13CO2-new、αc和fmc是根据乙酸降解率在10%~80%期间获得数据的计算结果。
随着乙酸的逐渐降解,由于甲烷化反应更喜好利用轻质碳,致使重质的13C在液相残余乙酸内富集。当乙酸浓度降到极低时,富集效应使得δ13CH4和δ13CO2均出现大幅度增加。因此,在评价甲烷化代谢途径时仅利用了乙酸降解率为10%~80%阶段的数据。
在初始pH 5.5且无CH3F存在时,稳定碳同位素分馏效应显著减弱,其αc=1.034,为乙酸发酵型途径和氢营养型途径混合进行的特征[139],此时氢营养型甲烷化途径的比例约为51%。而在pH 6.5和6.0的反应器内,αc分别为1.008和1.014,此时甲烷主要通过乙酸发酵型途径产生,氢营养型甲烷化途径的比例仅占到21%~22%。
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