酸化階段是水解階段產(chǎn)生的有機(jī)化合物既作為電子受體亦作為電子供體的生物降解過(guò)程.腐殖質(zhì)能促進(jìn)酸化過(guò)程進(jìn)行，腐殖質(zhì)所養(yǎng)菌完成.換言之，自養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌和硫酸鹽還原菌(SRB)會(huì)利用H2，使厭氧消化系統(tǒng)H2分壓降低，促進(jìn)有機(jī)酸降解.同時(shí)，腐殖質(zhì)還原菌也可利用H2作為電子供體生成AH2QDS，使系統(tǒng)H2分壓降低. Succinog產(chǎn)量;僅添加AQDS劑量為0.066和0.33 g·g-1 TS時(shí)，VFAs產(chǎn)生量便可分別提高0.9和1.7倍，產(chǎn)生的VFAs主要是乙酸和丙酸;同時(shí)，添加AQDS還可顯著提高蛋白質(zhì)降解率，但對(duì)多糖降解率提高并不明顯.酸化過(guò)程中，AQDS作為電子受體加速了氨基酸氧化還原.

　　污泥厭氧消化酸化階段有機(jī)物會(huì)轉(zhuǎn)化為VFAs，這使得厭氧消化系統(tǒng)pH下降，而適度pH值下降(pH=4.5~5.5)對(duì)酸化細(xì)菌較為有利.由于腐殖酸中羧基和羥基解離可以釋放出質(zhì)子，因此，腐殖酸為弱酸，其與腐殖酸鹽可以形成良好的酸/堿緩沖體系.腐殖質(zhì)在厭氧消化系統(tǒng)可作為酸堿緩沖劑，避免厭氧消化酸化過(guò)度，維持微生物活性.

　　3.3 產(chǎn)氫/乙酸階段

　　表 1列舉了產(chǎn)氫/乙酸階段有機(jī)底物產(chǎn)氫/乙酸生化反應(yīng).表 1中的生化反應(yīng)只有在厭氧消化系統(tǒng)中乙酸和H2分壓很低時(shí)才能完enes加入到含乙酸緩沖溶液后，乙酸仍未被利用;但添加腐殖質(zhì)或醌類模式物后，乙酸(標(biāo)記2-14C)則被迅速氧化為14CO2.結(jié)果顯示，腐殖質(zhì)或醌類模式物可作為電子中間穿梭體促進(jìn)微生物共同作用氧化乙酸.腐殖質(zhì)或AQDS作為電子受體，氧化乙酸產(chǎn)甲烷反應(yīng)過(guò)程如式(2)所示.然而，因反應(yīng)熱力學(xué)吉布斯自由能不同(表 2)，因此，以H2作為電子供體的硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌和同型產(chǎn)乙酸菌利用H2比腐殖質(zhì)還原菌更具優(yōu)勢(shì)(Cervantes et al., 2008;Madigan et al., 2000).

　　表 1 有機(jī)底物產(chǎn)氫/乙酸生化反應(yīng)

　　表 2 嗜氫營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌熱力學(xué)反應(yīng)

　　污泥厭氧消化系統(tǒng)揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)中丙酸是zui難降解的;丙酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸速率很慢，大量丙酸會(huì)在厭氧消化系統(tǒng)中形成積累，進(jìn)而使系統(tǒng)pH值降低，影響產(chǎn)甲烷菌活性.研究表明，厭氧消化過(guò)程中30%的電子傳遞與丙酸降解過(guò)程有關(guān)，腐殖質(zhì)可作為電子中間體，提高厭氧消化氧化還原電位，強(qiáng)化丙酸氧化生成乙酸.

　　乳酸也是厭氧消化的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，研究表明，幾乎所有單糖可通過(guò)乳酸路徑進(jìn)行降解，但乳酸降解很快，只有當(dāng)瞬時(shí)有機(jī)負(fù)荷過(guò)高時(shí)乳酸才會(huì)出現(xiàn).污泥厭氧消化系統(tǒng)中乳酸轉(zhuǎn)化為丙酸，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成潛在危害，且乳酸不宜作為產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用的終端產(chǎn)物.研究也表明，腐殖質(zhì)還原菌可利用乳酸作為底物，促進(jìn)乳酸向乙酸轉(zhuǎn)化，減少系統(tǒng)內(nèi)丙酸積累，參與產(chǎn)氫/乙酸形成.腐殖質(zhì)促進(jìn)乳酸轉(zhuǎn)化乙酸的反應(yīng)過(guò)程如式(1)所示.

　　(1)

　　3.4 產(chǎn)甲烷階段

　　厭氧條件下腐殖質(zhì)所含醌基可作為微生物呼吸電子受體，氧化簡(jiǎn)單有機(jī)物而產(chǎn)生CO2.在厭氧呼吸中，腐殖質(zhì)所含醌基或胞外醌類物質(zhì)可充當(dāng)微生物電子中間穿梭體，醌基數(shù)量決定了腐殖質(zhì)接受電子的能力究表明，在腐殖質(zhì)或醌類模式物缺乏條件下，G. Metallireducens或W. Succinogenes均難以利用乙酸;G. Metallireducens和W.

　　(2)

　　然而，腐殖質(zhì)也可能抑制污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷過(guò)程.有學(xué)者嘗試從煤中提取腐殖質(zhì)并添加到厭氧消化系統(tǒng)中，系統(tǒng)CH4產(chǎn)量幾乎被*抑制，但發(fā)現(xiàn)有少量CO2產(chǎn)生.研究表明，向污泥厭氧消化系統(tǒng)添加劑量分別為0.3、0.5、0.8和1.0 g·g-1的腐殖質(zhì)，CH4產(chǎn)量分別減少了14%、42%、85%和97%;腐殖質(zhì)抑制CH4產(chǎn)生主要是抑制嗜乙酸產(chǎn)甲烷路徑，而嗜氫型產(chǎn)甲烷路徑幾乎未被抑制;抑制嗜乙酸產(chǎn)甲烷路徑為乙酰*向5-甲基-四氫甲烷蝶呤轉(zhuǎn)化過(guò)程，腐殖質(zhì)會(huì)與該過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)電子，致使乙酸產(chǎn)甲烷路徑被阻斷.

　　厭氧條件下腐殖質(zhì)還原菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌和硫酸鹽還原菌(SRB)僅以乙酸為底物時(shí)，腐殖質(zhì)還原菌會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)乙酸中占優(yōu)勢(shì)，且腐殖質(zhì)濃度越高對(duì)產(chǎn)甲烷細(xì)菌抑制效果越好;但當(dāng)腐殖質(zhì)與硫酸鹽還原菌(SRB)僅以丙酸為底物時(shí)，硫酸鹽還原

含醌基可以作為乙酸形成的電子受體，且醌基越多其接受電子容量越高，形成的乙酸就越多(Lovley et al., 1996;Liu et al., 2015).研究表明，添加醌類模式物AQDS可促進(jìn)污泥厭氧消化酸化過(guò)程VFAs成.當(dāng)H2分壓低于1.5×104 Pa時(shí)，乙醇可進(jìn)行產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng);丁酸要求低于200 Pa，丙酸則要求低于900 Pa .因此，系統(tǒng)H2分壓較高時(shí)會(huì)先后抑制丙酸、丁酸和乙醇降解.厭氧消化系統(tǒng)H2分壓降低必須依靠嗜氫營(yíng)

菌黏度增加，從而微生物利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)出現(xiàn)延遲;腐殖質(zhì)還原菌會(huì)與產(chǎn)甲烷菌(Archaea)競(jìng)爭(zhēng)并占優(yōu)勢(shì).但較低濃度(1.0~5.0 g·L-1)的腐殖質(zhì)可作為厭氧消化降解有機(jī)物的電子受體，促進(jìn)VFAs轉(zhuǎn)化效率和CH4產(chǎn)量增加.更多研究顯示，在嗜熱條件下，低濃度AQDS (0.2 mg·L-1)可作為電子中間穿梭體強(qiáng)化Fe2O3還原;但會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)占優(yōu)勢(shì).在實(shí)際應(yīng)用中，因污泥腐殖質(zhì)濃度低，腐殖質(zhì)作為電子受體容量有限，因此，腐殖質(zhì)還原菌并不會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌造成明顯抑制作用.

　　前已述及，高濃度腐殖質(zhì)會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷過(guò)程造成明顯抑制作用，且腐殖質(zhì)濃度越高抑制作用越明顯，但低濃度腐殖質(zhì)可作為良好電子受體促進(jìn)產(chǎn)甲烷過(guò)程.研究表明，腐殖質(zhì)對(duì)垃圾滲濾液厭氧消化系統(tǒng)CH4產(chǎn)生速率有促進(jìn)作用;與不加腐殖質(zhì)相比，加入腐殖質(zhì)濃度由250 mg·L-1提高至2000 mg·L-1，厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)氣速率提高了10.2%~28.2%.也有研究顯示，高濃度(10 g·L-1)腐殖質(zhì)會(huì)抑制產(chǎn)甲烷活性，導(dǎo)致CH4產(chǎn)量降低;原因主要是

腐殖質(zhì)濃度過(guò)高使得污泥基質(zhì)當(dāng)濃度超過(guò)2.0 g·L-1時(shí)，腐殖質(zhì)呼吸作用會(huì)抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性.因此，有必要進(jìn)一步探究污泥厭氧消化系統(tǒng)腐殖質(zhì)提高VFAs轉(zhuǎn)化效率和CH4產(chǎn)量而不會(huì)對(duì)CH4產(chǎn)生抑制作用的濃度.

　　此外，參與中溫厭氧消化產(chǎn)甲烷細(xì)菌要求環(huán)境中維持氧化還原電位(ORP)應(yīng)低于-350 mV，而腐殖質(zhì)作為電子受體屬于氧化劑.研究顯示，在T=25 ℃和pH=5.0的條件下，腐殖質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電極電位平均值為0.778 V，且pH每升高1，標(biāo)準(zhǔn)電極電位降低約20 mV。因此，過(guò)高濃度的腐殖質(zhì)或AQDS會(huì)使厭氧消化系統(tǒng)氧化還原電位升高，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性被抑制.