PDF《用的影响》

50 ℃ , and the relative abundance of homoacetogens was also lower than that of

15 and

30 ℃ . The results indicated that the methanogenic inhibitor chloroform also inhibited homoacetogenesis in sludge anaerobic digestion with stronger inhibitory effect of 0.5% concentration than 0.1%, and the inhibition at

50 ℃ was stronger than

15 and

30 ℃ . Keywords: homoacetogenesis;

methanogenic inhibitors;

sewage sludge;

carbon isotope;

anaerobic digestion

1 引言(Introduction) 厌氧消化(AD) 是污泥处理中常用的稳定减容 工艺,具有能耗低、运行成本低、污泥稳定性好等特 点.水解、酸化、乙酸化和甲烷化是污泥厌氧消化的

4 个阶段,甲烷是最终产物.近年来,有机物厌氧消化

5 期 金鑫等:产甲烷抑制剂氯仿对污泥厌氧消化中同型产乙酸作用的影响 过程的中间产物挥发性脂肪酸(尤其是乙酸) 受到 越来越多的关注,乙酸是许多微生物的良好碳源, 可作为发酵工业的生产原料来生产高附加值的发 酵产品,如生物塑料、生物能等.并且将污泥有机物 转化成乙酸而非甲烷,可减少温室气体排放( Lee et al., 2014).然而,乙酸作为污泥厌氧消化的重要 中间产物,很容易被产甲烷菌利用而快速消耗. 因此,抑制产甲烷菌是促进乙酸积累的有效手段.抑制 产甲烷菌的方法众多,其中,最常用和最有效的方 法是添加化学抑制剂.氯仿(CHCl3 ) 是一种广谱型 抑制剂,其在抑制产甲烷菌的同时可能对非产甲烷 菌活性也有一定影响(Chidthaisong et al., 2000;

Liu et al., 2011;

Braga et al., 2016). 同型产乙酸菌是兼自养和异养代谢于一身的 混合营养型细菌,可通过厌氧乙酰辅酶 A 途径,以CO2 为末端电子受体,并将其合成为代谢产物和细 胞物质(Drake et al., 2008).据统计,厌氧微生物平 均每年能够合成

1013 kg 的乙酸,其中,通过同型产 乙酸菌合成的乙酸量约占 10%,即1012 kg 乙酸.由 此可见,同型产乙酸菌对厌氧微生物代谢产乙酸具 有重要贡献(Wood et al., 1991).在污泥厌氧消化产 甲烷抑制体系中,同型产乙酸菌可消耗体系中的 H2 / CO2 ,解除产氢产乙酸过程中的氢抑制,产生更 多的乙酸.利用同型产乙酸菌和产氢产乙酸菌的互 营关系构建的产氢产酸/ 同型产乙酸耦合系统,可 将厌氧 发酵产酸率提高29% ~ 87% ( Nie et al., 2007).同样,添加同型产乙酸菌富集污泥可使有机 废水发酵系统的乙酸产量显著提高(马琳, 2012). 然而上述的污泥厌氧产酸体系均采用加热法直接 灭活产甲烷菌,且产甲烷抑制剂的存在对同型产乙 酸作用的影响研究报道较少.本课题组在研究污泥 厌氧消化中微生物群落对产甲烷抑制剂的响应时 发现,氯仿抑制条件下同型产乙酸菌的数量出现明 显下降,污泥产酸率和产氢产乙酸活性也有明显下 降(Xu et al., 2010a).然而,污泥厌氧消化体系中产 甲烷抑制剂氯仿对同型产乙酸作用的影响仍不明 确,且不同消化温度时其影响也有待进一步研究. 值得注意的是,污泥厌氧消化过程中同型产乙 酸菌、水解发酵菌和产氢产乙酸菌均代谢产生乙 酸,因此,从代谢产物上难以区分乙酸的生成来源, 这使得研究产甲烷抑制剂对同型产乙酸作用的影 响成为一个难点.乙酸的稳定性碳同位素分馏效应 可作为一种新手段来阐释乙酸生成和转化相关的 代谢过程(Conrad et al., 2014;

Freude et al., 2016).基于纯菌株的研究表明,水解发酵产乙酸作 用的 稳定性碳同位素分馏效应几乎可以忽略(........