2.2.3　VFAs浓度和pH的变化

单个VFAs的积累和消耗反映了发酵酸化和甲烷生成之间的平衡。如图2-5（a）所示，除了I3有两个峰值外，各体系中乙酸浓度在第4天达到峰值，然后逐渐降低。I5有最低的峰值浓度（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的乙酸浓度都低于0.23g/L，然而I4的值直到第32天才开始降低，发酵结束时浓度为1.65g/L。根据Romsaiyud等[114]的研究，乙酸浓度高于1.5g/L会影响纤维素酶的产生，这也是I4体系发酵过程中水解酶活性低的原因之一。丁酸的变化趋势同样是短暂积累后消失［图2-5（c）］，发酵16d后，丁酸从I1、I2和I5体系中消失，I4体系在4～36d时，丁酸的浓度在1.28～1.55g/L之间变动，发酵结束时维持在0.09g/L。上述数据表明，在高AS比例的接种体系（I1、I2和I5）中，积累的乙酸能被活性污泥中的嗜乙酸型甲烷菌利用产甲烷，Pearson’s相关分析也表明（表2-3），高AS体系中乙酸浓度与甲烷产率（CPR）显著相关（p＜0.01）。乙酸的消耗使还原氢得到释放，也导致了丁酸产量的降低[85]。

图2-5　厌氧发酵过程中VFAs和pH的变化

（a）乙酸；（b）丙酸；（c）丁酸；（d）pH

表2-3　单个VFA浓度和pH，甲烷产率的Pearson's相关性分析

注：*显著性水平（p＜0.05），**显著性水平（p＜0.01）。

丙酸的产生是氢和还原力来不及利用时的一种释放方式[100]。只有形成互营氧化菌群降低氢分压，才能克服热力学障碍生成乙酸，然后再被嗜乙酸型甲烷菌利用。而且氧化菌生长缓慢[44]，更容易导致丙酸在体系中的积累。污泥中含有互营氧化菌，所以I5体系在厌氧发酵16d后，丙酸从体系中消失。共培养体系由于互营氧化途径的作用，I1、I2和I3分别在28d、28d、36d丙酸从体系中消失。而在I4体系中，丙酸无法被利用，造成积累［图2-5（b）］。

Pearson’s相关分析表明（表2-3），VFAs的积累与pH下降相关，其中乙酸和丁酸是主要的贡献者（p＜0.05）。而随着体系中乙酸和丁酸的消耗，使pH维持在6.5～8.2范围内，有利于产甲烷的活性的提高[116]。如图2-5（d）所示，共培养体系中乙酸和丁酸浓度的降低使pH在第8天提高到了6.91，而缺乏嗜乙酸甲烷菌的I4体系在第32天后pH为7.43，才达到了产甲烷的适宜范围。