厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸是水解酶、酸化酶和產(chǎn)酸細(xì)菌共同參與的復(fù)雜代謝過(guò)程，Fe、Co、Ni等微量元素在提高酶活性和維護(hù)微生物生長(zhǎng)過(guò)程起著重要作用。Ni作為重要的微量元素之一，參與氫化酶、一氧化碳脫氫酶(CODH)和乙酰輔酶A合成酶等的合成，同時(shí)也是部分產(chǎn)酸細(xì)菌的重要組成部分，在產(chǎn)酸代謝過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

目前，有研究指出發(fā)酵體系中直接補(bǔ)充微量元素有利于提高水解酸化效率，但其補(bǔ)充量在不同發(fā)酵體系中差異巨大，這是因?yàn)槲⒘吭�素多變的化學(xué)形態(tài)以及不同的生物利用度引起的。ORTNER等的研究表明，Ni會(huì)與S2−、CO32−、PO42−等離子發(fā)生沉淀等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，由此導(dǎo)致相當(dāng)一部分(約40%)無(wú)法被利用。近期研究者開(kāi)始關(guān)注通過(guò)提高生物利用度優(yōu)化微量元素投加量的相關(guān)研究。ZHANG等的研究表明乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、次氮基三乙酸(NTA)可以提高產(chǎn)甲烷過(guò)程中Ni的生物利用度。CAI等的研究證實(shí)了EDTA-Fe的補(bǔ)充既能在產(chǎn)酸期提高生物質(zhì)向VFA的轉(zhuǎn)化效率，也能在產(chǎn)甲烷階段增強(qiáng)VFA向甲烷的轉(zhuǎn)化效率。ZHONG等的研究亦指出EDTA-Ni可以通過(guò)提高水溶性Ni的比例來(lái)強(qiáng)化產(chǎn)甲烷過(guò)程。利用EDDS、NTA、EDTA等人工合成螯合劑提高微量元素的水溶態(tài)和離子交換態(tài)等可生物利用形態(tài)已經(jīng)得到了初步驗(yàn)證。而胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances，EPS)作為一種微生物分泌的天然有機(jī)物，擁有與人工合成螯合劑相似的官能團(tuán)，LIU等分析了EPS的質(zhì)子結(jié)合位點(diǎn)的強(qiáng)度，證實(shí)了EPS中羧基、磷酸基、羥基和氨基的存在，這些基團(tuán)與微量元素有較好的螯合性能，因而有望成為提高微量元素生物利用度和減少投加量的綠色物質(zhì)。

目前對(duì)螯合劑提高Ni生物利用度的研究多集中于厭氧消化產(chǎn)甲烷階段中，對(duì)于水解產(chǎn)酸過(guò)程的影響并不清晰，由于人工螯合劑存在價(jià)格和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，本研究考慮利用EPS作為Ni的螯合劑，并與人工螯合劑進(jìn)行對(duì)比，從產(chǎn)酸效能、Ni生物利用度和微生物群落分布的角度綜合評(píng)價(jià)FW厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸體系中螯合劑-Ni共同補(bǔ)充后對(duì)水解酸化過(guò)程的增促效應(yīng)和機(jī)理。

1、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

為了保證各批所用物料的一致性，本實(shí)驗(yàn)采用模擬廚余垃圾。根據(jù)國(guó)內(nèi)典型的廚余垃圾組成，結(jié)合課題組前期研究結(jié)論，模擬廚余垃圾比例確定為：芹菜20%、土豆30%、香蕉皮20%、米飯20%、豆腐5%、豬肉5%。混合物料經(jīng)過(guò)機(jī)械破壁機(jī)破碎后冷藏備用。模擬廚余垃圾的基本性質(zhì)詳見(jiàn)表1。

本實(shí)驗(yàn)所用的接種物來(lái)自某餐廚垃圾厭氧處理廠的中溫消化污泥，經(jīng)24h沉降后取下層的濃縮污泥用于實(shí)驗(yàn)。污泥的基本性質(zhì)詳見(jiàn)表1。污泥中Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mo的含量分別為3.28×103、3.23、8.19、707、276、168、1.56mg·kg-1。EPS來(lái)源于接種污泥，用加熱法提取然后冷凍干燥制成粉末用于Ni的螯合。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

污泥和FW以VS質(zhì)量比1∶6混合，控制TS=4%，溫度調(diào)控為37℃，在有效體積為400mL的厭氧小瓶中進(jìn)行發(fā)酵，反應(yīng)開(kāi)始前通入N2吹掃2min以保證厭氧環(huán)境。Ni以(NiCl2·6H2O)的形式投加。實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)添加1.25、2.5、5、10、15mg·L−1的Ni來(lái)確定最佳質(zhì)量濃度，發(fā)酵時(shí)間7d。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行50%最優(yōu)質(zhì)量濃度-螯合劑對(duì)FW水解酸化的強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)。Ni-螯合實(shí)驗(yàn)共有9組，包括對(duì)照組、EPS對(duì)照組、Ni-50%最優(yōu)質(zhì)量濃度組、Ni-最優(yōu)質(zhì)量濃度組、EDDS、EDTA、NTA、CA-Ni-50%最優(yōu)質(zhì)量濃度組。將Ni∶螯合劑按1∶1混合，為防止光降解在黑暗中攪拌12h制成配合物，然后將其放入反應(yīng)器中，另取一份EPS-Ni螯合物冷凍干燥后掃描傅里葉紅外光譜。

1.3 分析方法

總固體含量(TS)、揮發(fā)性固體含量(VS)按標(biāo)準(zhǔn)方法分析。pH由pH計(jì)(PHS-3C型，上海雷刺儀器)測(cè)定。SCOD采用分光光度法(5B-3B，北京連華科技)測(cè)定。溶解態(tài)蛋白質(zhì)和碳水化合物通過(guò)Lowry-Folin法和蒽酮-硫酸法測(cè)定。采用氣相色譜法(GC-2030，日本島津)測(cè)定VFAs質(zhì)量濃度，包括乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸和異戊酸。為了便于計(jì)算，通常把VFA轉(zhuǎn)化成COD，它們的COD當(dāng)量轉(zhuǎn)化系數(shù)分別為1.066、1.512、1.816、1.816、2.036、2.036g·L−1。傅里葉紅外光譜圖樣品采用溴化鉀壓片法制備。

采用順序提取法評(píng)估Ni的形態(tài)。通過(guò)電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICAPRQ,美國(guó)ThermoFisherScientific)分析每個(gè)萃取步驟的Ni質(zhì)量濃度。

采用離心沉淀法進(jìn)行微生物群落分析，使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提的基因組DNA的質(zhì)量，使用NanoDrop2000(ThermoScientific，美國(guó))測(cè)定DNA濃度和純度，用于PCR擴(kuò)增的引物為515F(GTGCCAGCMGCCGCGG)和806R(GGACTACHVGGGTWTCTAAT)，使用IlluminaMiSeq系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)增和純化的產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序并利用美吉生物云平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)分析。

1.4 計(jì)算方法

通過(guò)式(1)、式(2)來(lái)計(jì)算發(fā)酵體系中的水解率、酸化率。

2、結(jié)果與討論

2.1 Ni對(duì)FW水解酸化的影響及投加策略?xún)?yōu)化

1)Ni質(zhì)量濃度對(duì)FW水解酸化的影響。

研究了不同Ni質(zhì)量濃度對(duì)水解產(chǎn)酸效果的影響，如圖1所示，SCOD和VFA質(zhì)量濃度(均以VS計(jì))均在3~4d基本趨于穩(wěn)定。FW中的發(fā)酵基質(zhì)主要是碳水化合物和蛋白質(zhì)，反應(yīng)1~3d水解產(chǎn)酸菌快速降解發(fā)酵底物，溶解態(tài)碳水化合物和蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度(均以VS計(jì))快速降低，至反應(yīng)結(jié)束時(shí)，碳水化合物和蛋白質(zhì)分別降解了62.4%~65.1%、24.7%~29.9%，可能是因?yàn)榘l(fā)酵底物中碳水化合物的質(zhì)量濃度明顯高于蛋白質(zhì)，這也與STRAZZERA等的研究結(jié)論相似，表明碳水化合物是比蛋白質(zhì)更有效的產(chǎn)酸基質(zhì)。1.25、2.5、5mg·L−1的Ni對(duì)水解酸化過(guò)程有一定的促進(jìn)作用，而當(dāng)Ni質(zhì)量濃度為10、15mg·L−1時(shí)相比于對(duì)照組出現(xiàn)了明顯的抑制作用，并且Ni質(zhì)量濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。SCOD和VFA均在Ni-2.5mg·L−1條件下呈現(xiàn)出最高質(zhì)量濃度，比對(duì)照組分別提高了23.0%和35.4%。由此可知，Ni對(duì)水解產(chǎn)酸的作用也呈現(xiàn)出典型的“低促高抑”現(xiàn)象，這與之前GUO等和MUDHOO等的研究結(jié)果相似，低質(zhì)量濃度Ni對(duì)于水解產(chǎn)酸同樣具有促進(jìn)作用。

2)螯合劑-Ni對(duì)FW水解酸化的影響。

在水解產(chǎn)酸效果最優(yōu)Ni質(zhì)量濃度(2.5mg·L−1)和次優(yōu)Ni質(zhì)量濃度(1.25mg·L−1)的基礎(chǔ)上，以次優(yōu)Ni質(zhì)量濃度(1.25mg·L−1)為基數(shù)與5種螯合劑EDDS、EDTA、NTA、CA、EPS分別1∶1螯合，進(jìn)一步研究螯合劑-Ni對(duì)FW水解酸化的影響以及利用螯合劑降低Ni用量的可行性。不同螯合劑-Ni對(duì)水解酸化的影響如圖2所示，結(jié)果表明SCOD質(zhì)量濃度和VFA產(chǎn)量(均以VS計(jì))基本都在第4天達(dá)到穩(wěn)定。5種螯合劑的加入使SCOD質(zhì)量濃度相較于對(duì)照組分別提高了20%~27%，其中EDTA、EDDS和CA組與Ni-1.25mg·L−1組相比沒(méi)有顯著差異，而NTA、EPS組顯著優(yōu)于Ni-1.25mg·L−1組(P=0.0001)，提高了6.2%。螯合劑的加入還使VFA產(chǎn)量相較于對(duì)照組分別提高了27%~43%，其中EDTA、EDDS、NTA組顯著優(yōu)于Ni-1.25mg·L−1組，與Ni-2.5mg·L−1組相比沒(méi)有顯著差異；而EPS組相比Ni-1.25mg·L−1組和Ni-2.5mg·L−1組分別提高了16.6%和5.7%，均有顯著性差異(P=0，P=0.0037)。由此可知，人工螯合劑和EPS對(duì)于強(qiáng)化產(chǎn)酸效率和減少Ni用量均有明顯的效果，在保證VFA產(chǎn)量的條件下至少能夠有效減少50%的Ni用量，之前關(guān)于人工螯合劑的研究表明，EDTA、EDDS、NTA與TE螯合后都能在減少50%TE用量的情況下提高甲烷產(chǎn)率，本研究結(jié)果證明，螯合劑對(duì)于水解產(chǎn)酸過(guò)程有同樣的效果，并且天然螯合劑EPS可以起略?xún)?yōu)于人工螯合劑的作用。

從上述結(jié)論可以得出EPS-Ni組表現(xiàn)出了最優(yōu)的產(chǎn)酸效果，為了識(shí)別是EPS有機(jī)構(gòu)成的影響還是EPSNi螯合功能的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了只添加EPS的對(duì)照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單獨(dú)添加EPS時(shí)VFA產(chǎn)量并沒(méi)有顯著提高，同時(shí)利用EPS對(duì)照組的提升進(jìn)行換算，VFA產(chǎn)量的提高中，81.4%是EPS-Ni螯合之后對(duì)Ni生物利用度的貢獻(xiàn)，而僅有18.6%可能是來(lái)自于EPS本身復(fù)雜的生化功能，由此推測(cè)EPS與Ni的螯合作用才是強(qiáng)化FW水解產(chǎn)酸的主要原因。

此外，圖3評(píng)價(jià)了不同螯合劑對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響及各組之間的顯著性差異。除EDDS、CA外，EDTA、NTA、EPS對(duì)于水解率和酸化率的提高效果均優(yōu)于同等Ni質(zhì)量濃度(1.25mg·L−1)，EPS和NTA的水解率和酸化率能與最優(yōu)Ni質(zhì)量濃度(2.5mg·L−1)基本持平，沒(méi)有顯著差異，EDTA和NTA之間也沒(méi)有顯著差異，這與SCOD質(zhì)量濃度和VFA產(chǎn)量情況基本一致。綜上表明EDTA、NTA、EPS-Ni的加入可以有效提高FW水解酸化效率，同時(shí)降低50%的Ni用量。故利用這3種螯合劑，選擇發(fā)酵初期(0d)、產(chǎn)酸峰值(4d)、發(fā)酵末期(7d)進(jìn)行系統(tǒng)的碳平衡分析，如圖4所示。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵底物中的碳水化合物和蛋白質(zhì)比例大幅降低，分別從63.1%~66.7%和29.5%~31.6%降到8%~10%。VFA的比例明顯增加，且VFA主要以乙酸和丁酸為主，還包含少量丙酸，屬于丁酸型發(fā)酵。從4d到7d，VFA總比例基本持平，戊酸是由乙酸、丙酸、丁酸進(jìn)一步合成的產(chǎn)物，在發(fā)酵末期乙酸比例減少，開(kāi)始出現(xiàn)少量戊酸。由此可知，添加Ni和螯合劑，不會(huì)對(duì)VFA的種類(lèi)和比例產(chǎn)生影響，但能明顯提高系統(tǒng)的產(chǎn)酸效率。對(duì)比不同FW發(fā)酵體系的VFA產(chǎn)值，前人研究在基于pH調(diào)控基礎(chǔ)下的VFA產(chǎn)值能達(dá)到0.3~0.4g·g−1(以TS計(jì))，本研究利用EPS-Ni作為螯合劑就可以使VFA產(chǎn)值可以達(dá)到0.3g·g−1，驗(yàn)證了EPSNi補(bǔ)充對(duì)酸性條件(pH=4~5)產(chǎn)酸發(fā)酵體系的有效性。

2.2 螯合劑對(duì)Ni化學(xué)形態(tài)和生物利用度的影響

在厭氧產(chǎn)酸體系中，Ni的化學(xué)形態(tài)受環(huán)境因素而發(fā)生變化，進(jìn)而影響Ni的生物利用度。EDTA和NTA都屬于氨基羧酸類(lèi)螯合劑，ZHANG等的研究和ZHONG等的研究均已證明了EDTA、NTA與Ni螯合后補(bǔ)充到厭氧體系中可以有效提高Ni的生物利用度。而EPS中有著豐富的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，與Ni存在一定的絡(luò)合作用，圖5對(duì)比了EPS與Ni螯合前后的傅里葉紅外光譜圖。在EPS譜圖中，3420cm−1的吸收峰是由于蛋白質(zhì)氨基(-NH)或葡萄糖羥基(-OH)基團(tuán)伸縮振動(dòng)引起的，2994cm−1處是烷基(-CH)的特征吸收峰，1570cm−1的吸收峰被認(rèn)為是蛋白質(zhì)羧基(C=O)基團(tuán)的伸縮振動(dòng)，1415cm−1的吸收峰可能是由羧基(C-O)伸縮振動(dòng)引起，也可能對(duì)應(yīng)于-CH2、-CH3的彎曲振動(dòng)，而小于1000cm−1的吸收峰通常被歸入磷酸基團(tuán)。EPS與Ni螯合后，光譜圖中3420、2994、1570、1415cm−1的吸收峰分別變成了3450、2957、1583、1397cm−1，這些變化表明EPS的氨基、羧基、羥基是與Ni結(jié)合的主要因素。

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)EPS-Ni投加后對(duì)Ni化學(xué)形態(tài)的影響，采用順序提取法提取Ni的各種化學(xué)形態(tài)，再利用這5種化學(xué)形態(tài)的含量來(lái)進(jìn)行核算，評(píng)價(jià)Ni在產(chǎn)酸發(fā)酵體系中的生物利用度。F1代表水溶態(tài)，可以快速直接被微生物利用，具有最高的生物利用度；F2代表可交換態(tài)，最容易遷移和轉(zhuǎn)化為F1，也有助于生物利用度；F3可還原態(tài)，對(duì)pH敏感，當(dāng)pH下降時(shí)很容易釋放到F2中；F4可氧化態(tài)，通常是通過(guò)吸附形成的，不容易被微生物利用；最后是F5殘留態(tài)，其中的Ni不溶于微生物，不能被微生物利用。從F1~F5，生物利用度逐級(jí)降低。選取水解酸化效果最優(yōu)的3種螯合劑EDTA、NTA、EPS組，與單獨(dú)加Ni1.25mg·L−1組，取產(chǎn)酸達(dá)到穩(wěn)定峰值的第4d發(fā)酵條件下的混合液，利用順序提取法提取其中的5種化學(xué)形態(tài)的Ni并進(jìn)行含量分析，如圖6所示。Ni-1.25mg·L−1組中的F1為44.7%，EDTA-Ni、NTA-Ni、EPSNi組的F1分別提高到56.5%、59.5%、72.6%。F2中的Ni也是較容易被生物利用的，EDTA-Ni、NTANi、EPS-Ni組的F1和F2組分之和分別是Ni-1.25mg·L−1組(55.6%)的1.18、1.19、1.49倍。同時(shí)，與螯合劑-Ni相比，Ni-1.25mg·L−1組中生物利用率最低的2個(gè)組分F4和F5之和最高，為24.1%。因此，加入螯合劑-Ni與單獨(dú)加Ni相比，有效提高了Ni的生物利用度，這與之前的研究結(jié)果一致，并且在本研究中EPS對(duì)于生物利用度的提升效率明顯優(yōu)于EDTA和NTA，這與VFA產(chǎn)量情況一致。不同螯合劑的情況有差異，這是由于螯合劑對(duì)Ni的絡(luò)合能力不同。絡(luò)合能力過(guò)強(qiáng)不利于Ni的釋放，影響微生物的吸收。絡(luò)合能力太弱可能無(wú)法阻止Ni與S2−的沉淀。LI等的研究認(rèn)為，EPS中的羥基和氨基是與Ni絡(luò)合的關(guān)鍵基團(tuán)，上述EPS與Ni螯合的傅里葉紅外光譜圖分析亦得到同樣結(jié)論，因此推測(cè)是EPS與Ni的絡(luò)合效果相比于EDTA和NTA更有效，從而EPS對(duì)Ni生物利用度的提升更強(qiáng)，但這有待于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 螯合劑-Ni作用下的微生物群落結(jié)構(gòu)分析

1)多樣性分析。

為了評(píng)價(jià)不同條件下微生物群落的豐富度和多樣性，對(duì)接種污泥、不補(bǔ)充Ni的對(duì)照組、Ni-1.25mg·L−1組、EDTA、NTA、EPS-Ni-1.25mg·L−1實(shí)驗(yàn)組的微生物群落進(jìn)行α多樣性分析，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表2。Ace和Chao指數(shù)主要用于評(píng)估微生物群落的豐富度，與接種泥相比，各實(shí)驗(yàn)組的Ace指數(shù)和Chao指數(shù)均明顯減小，這表明隨著發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)酸細(xì)菌進(jìn)行了富集；Shannon和Simpson指數(shù)主要反映群落多樣性，2個(gè)指數(shù)反映的變化情況一致，即實(shí)驗(yàn)組群落多樣性也表現(xiàn)出一定程度的降低。隨著厭氧發(fā)酵的進(jìn)行，產(chǎn)酸發(fā)酵體系對(duì)厭氧細(xì)菌進(jìn)行了優(yōu)化選擇。其中，Ni單獨(dú)補(bǔ)充比的Ace、Chao、Simpson指數(shù)高，Shannon指數(shù)低，這與韋采妮等的研究一致，表明添加Ni增加了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中微生物的物種豐富度和多樣性。EDTA-Ni、NTA-Ni的物種豐富度和多樣性高于對(duì)照組，但低于單獨(dú)Ni補(bǔ)充組；而EPS-Ni組高于Ni-1.25mg·L−1，這表明人工螯合劑會(huì)降低微生物數(shù)量與多樣性，而EPS由于其綠色配體的特性，從而保障了產(chǎn)酸細(xì)菌的豐度和多樣性，這與2.1.2部分中EPS-Ni實(shí)驗(yàn)組得到了最高的VFA產(chǎn)值結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

2)微生物群落組成分析。

對(duì)微生物群落優(yōu)勢(shì)菌門(mén)和優(yōu)勢(shì)菌屬的演替情況也進(jìn)行了分析，如圖7所示。在產(chǎn)酸發(fā)酵體系中，厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)都占據(jù)主導(dǎo)地位。Firmicutes在各組中的相對(duì)豐度最高，達(dá)到45%~60%，作為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)在水解酸化過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用：可以產(chǎn)生胞外酶，是分解纖維素、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等有機(jī)物生成小分子物質(zhì)的主要菌類(lèi)，也是產(chǎn)生VFA的高相對(duì)門(mén)，并且Firmicutes對(duì)極端環(huán)境的耐受性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)不斷酸化的環(huán)境，在VFA產(chǎn)量達(dá)到峰值，系統(tǒng)pH降低到4時(shí)仍保持高相對(duì)豐度，保障底物的水解酸化效果。Proteobacteria在添加Ni的實(shí)驗(yàn)組中，相對(duì)豐度由對(duì)照組的17.0%增加到23%~30%，這與CHAKRABORT等的研究一致。Bacteroidota中的大部分細(xì)菌參與水解酸化過(guò)程，能降解碳水化合物、蛋白質(zhì)等多種有機(jī)物。

隨著發(fā)酵的進(jìn)行，各實(shí)驗(yàn)組的優(yōu)勢(shì)菌屬與接種泥顯現(xiàn)出巨大差異。接種泥中的優(yōu)勢(shì)菌屬Fastidiosipila(24.6%)隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸減少，在發(fā)酵后期相對(duì)豐度僅有0.05%~1.4%。對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)菌屬為Bacillus(26.1%)，該菌屬在厭氧發(fā)酵體系中普遍存在，有助于碳水化合物的降解。單獨(dú)加Ni-1.25mg·L−1的實(shí)驗(yàn)組和EPS-Ni組優(yōu)勢(shì)菌屬為Clostridium_sensu_stricto_1(23.1%，19.7%)，是水解酸化的重要細(xì)菌，可以利用多種糖作為碳和能源來(lái)產(chǎn)生乙酸、丁酸、氫氣和二氧化碳，是丁酸發(fā)酵常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)菌種，本研究中乙酸和丁酸的大量存在證明了該菌屬的存在。EDTA-Ni組、NTA-Ni組Clostridium_sensu_stricto_1(12.1%，21.0%)和Bacillus(12.6%，19.0%)豐度相差不大。除Clostridium_sensu_stricto_1和Bacillus外，各實(shí)驗(yàn)組的Fermentimonas相對(duì)豐度也較高，為8.1%~15.5%，是一種厭氧產(chǎn)乙酸菌，它能利用碳水化合物產(chǎn)生乙酸。總之，Ni的添加可以通過(guò)增加Clostridium_sensu_stricto_1的相對(duì)豐度來(lái)提高VFA(主要是丁酸)的產(chǎn)量，這與2.1.2部分的結(jié)論相對(duì)應(yīng)，并且與Clostridium_sensu_stricto_1和Bacillus的相對(duì)豐度一致，乙酸和丁酸的產(chǎn)量EPS-Ni組>NTA-Ni組>EDTA-Ni組。但是EPS-Ni組的Clostridium_sensu_stricto_1和其他組相比不是豐度最高的，這是因?yàn)?/span>EPS能夠在一定程度上保障產(chǎn)酸細(xì)菌的豐度，使得該組在發(fā)酵末期的群落多樣性相比于其他組更高，從而導(dǎo)致單個(gè)屬的豐度較小。不過(guò)和其他水解產(chǎn)酸菌屬相比，Clostridium_sensu_stricto_1的豐度更高，這保障了乙酸和丁酸產(chǎn)量更高。

3、結(jié)論

1)不同Ni質(zhì)量濃度在FW產(chǎn)酸發(fā)酵過(guò)程中表現(xiàn)出明顯的低促高抑現(xiàn)象，最優(yōu)質(zhì)量濃度和次優(yōu)質(zhì)量濃度分別為2.5mg·L−1和1.25mg·L−1。

2)在發(fā)酵體系中補(bǔ)充EDDS、EDTA、NTA、EPS與Ni-1.25mg·L−1的螯合物，結(jié)果表明螯合劑的加入使得Ni-1.25mg·L−1實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)出與Ni-2.5mg·L−1實(shí)驗(yàn)組相當(dāng)甚至略?xún)?yōu)的水解酸化效率，尤其是EPS實(shí)驗(yàn)組，VFA質(zhì)量濃度提升效果比1.25mg·L−1高16.6%，比2.5mg·L−1高5.7%。

3)發(fā)酵過(guò)程中Ni的化學(xué)形態(tài)分析表明，螯合劑的加入增加了Ni的F1和F2形態(tài)比例，EPS實(shí)驗(yàn)組最為明顯，達(dá)到單獨(dú)Ni的1.49倍，這表明螯合劑通過(guò)提高Ni的生物利用度強(qiáng)化了產(chǎn)酸效率。

4)對(duì)發(fā)酵體系中的微生物種群多樣性和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，表明Firmicutes和Clostridium_sensu_stricto_1是水解酸化中的優(yōu)勢(shì)門(mén)和優(yōu)勢(shì)屬，Ni可以增加Clostridium_sensu_stricto_1的相對(duì)豐度，同時(shí)EPS能夠保障產(chǎn)酸細(xì)菌的豐度從而提高VFA產(chǎn)量。因此，可以認(rèn)為在FW產(chǎn)酸發(fā)酵體系中，EPS是減少Ni投加用量和強(qiáng)化水解產(chǎn)酸效能的綠色螯合劑。（來(lái)源：太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，太原理工大學(xué)環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院）