理论教育 厌氧系统中产甲烷微生态的酸和氨胁迫响应机制研究

厌氧系统中产甲烷微生态的酸和氨胁迫响应机制研究

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:在较高浓度乙酸的厌氧转化过程中,乙酸氧化共生菌群的逐渐构建和优势产甲烷代谢途径的转变几乎同步发生。在共生乙酸氧化和氢营养型甲烷化的联合途径中,合作的SAOB和产甲烷菌群可获得的能量极为有限[39,47,202],限制了其快速生长,因此乙酸的降解速率也相对较低。由以上分析可见,初始乙酸浓度高于50 mmol/L,即抑制了乙酸发酵型产甲烷菌;而中性pH下较高浓度的乙酸,有利于SAOB和氢营养型产甲烷菌的生长。

厌氧系统中产甲烷微生态的酸和氨胁迫响应机制研究

在较高浓度乙酸的厌氧转化过程中,乙酸氧化共生菌群的逐渐构建和优势产甲烷代谢途径的转变几乎同步发生。而在较低的乙酸浓度下,则是营乙酸发酵型产甲烷途径的甲烷鬃毛菌科Methanosaetaceae和甲烷八叠球菌科Methanosarcinaceae占优势。

代谢途径的转变,也可以通过不同阶段乙酸降解速率的变化反映。如图4-5所示,在初始快速产甲烷阶段,乙酸降解速率的峰值波动于11~21 mmol/(L·d)间;但在二次快速产甲烷阶段,其范围仅在2~10 mmol/(L·d)。两个阶段乙酸降解速率的平均值分别为5~9 mmol/(L·d)和1~3 mmol/(L·d)。Karakashev等人[40]研究了13个厌氧消化反应器的微生物菌群,发现当乙酸发酵型甲烷化主导时,乙酸的降解速率高于4 mmol/(L·d),而共生乙酸氧化途径主导时则低于4 mmol/(L·d)。本章的研究结果与此结论相一致,而且乙酸降解速率的较低值为1~3 mmol/(L·d),这和纯培养的高温乙酸氧化共生菌群的平均乙酸降解速率接近[44]

乙酸氧化共生菌群生长速率相对较慢。高温菌群的倍增周期时间为1.5~3 d[44,59,60],中温菌群的则长达28~78 d[61-63]。与此相比,甲烷八叠球菌Methanosarcinaceae和甲烷鬃毛菌Methanosaetaceae的生长较快,其倍增周期分别为8~36 h和1~9 d[34]。在共生乙酸氧化和氢营养型甲烷化的联合途径中,合作的SAOB和产甲烷菌群可获得的能量极为有限[39,47,202],限制了其快速生长,因此乙酸的降解速率也相对较低。

由以上分析可见,初始乙酸浓度高于50 mmol/L,即抑制了乙酸发酵型产甲烷菌;而中性pH下较高浓度的乙酸,有利于SAOB和氢营养型产甲烷菌的生长。(www.daowen.com)

图4-5 不同乙酸浓度各反应器内的乙酸降解速率

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。

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