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水环境污染和能源危机是当前困扰社会经济可持续发展的两大难题。污水的厌氧生物处理工艺，因其具有低能耗高效率且产生清洁能源等优点，成为当下水处理领域最为经济环保的选择之一。污水厌氧生物处理过程中存在的“挥发酸积累”是影响厌氧处理效能的技术难题，而中间代谢产物（甲酸、乙酸和H2/CO2）未被及时利用而导致挥发性脂肪酸无法顺利被降解是造成这一难题的原因之一。因此探究中间代谢产物的产生及消耗对进一步优化污水厌氧生物处理工艺具有重要意义。 本课题主要是从中间代谢产物甲酸在厌氧系统中的产生和消耗两方面展开研究。甲酸的产生方面，通过对厌氧连续搅拌槽式反应器(CSTR)进行工程调控，探究厌氧系统在不同的pH值环境下产酸发酵阶段甲酸的产量，从而获得最大的甲酸产量。结果表明，在有机负荷为15 kgCOD/m3·d的厌氧CSTR系统中，pH值为5.5时，系统处于丙酸型发酵，此时甲酸产量达到最大值14.6 mg甲酸/gCOD，这一数值低于已报道的大肠杆菌混合酸发酵过程中甲酸的产量(22.73mg甲酸/gCOD)。因此说明，在实际的厌氧系统中，甲酸确实作为种间电子转移载体而存在，然而pH值调控强化产甲酸的作用并不明显，这可能与产甲烷菌的存在对甲酸的消耗以及含有甲酸裂解酶的厌氧微生物对甲酸的裂解有关。 甲酸消耗方面，探究了甲酸、乙酸和H2/CO2在不同厌氧系统中的产甲烷动力学和主导微生物分析;主要通过静态摇瓶实验，以甲酸、乙酸和H2/CO2(4∶1)作为单一底物，在牛粪、污水厂絮状污泥和颗粒污泥三种典型的厌氧系统中分别进行两代培养，用修正型Gompertz模型对三种底物产甲烷量进行拟合，获得产甲烷动力学参数。同时，对第二代培养末期反应器中的微生物进行实时定量PCR分析。动力学结果表明，在牛粪系统中，甲酸、乙酸和H2/CO2(4∶1)的最大产甲烷速率分别为19.58±0.49 NmL/gVS/d、42.65±1.17 NmL/gVS/d和314.64±3.58 NmL/gVS/d;在污水处理厂絮状污泥中，三种底物最大产甲烷速率分别为6.53±0.31 NmL/gVS/d、132.04±3.96 NmL/gVS/d和640.16±19.92 NmL/gVS/d;而在颗粒污泥系统中，修正型Gompertz模型并不适用，然而意外的是，在此系统中甲酸的甲烷化速率远远高于H2/CO2。 动力学结果和微生物分析结果表明，在牛粪系统和污水厂污泥系统中，H2/CO2的快速甲烷化归因于甲烷微菌的主导作用，而在颗粒污泥系统中，甲酸的快速降解主要因为甲烷杆菌是主导的氢型产甲烷菌，而且可以推断，在本研究的颗粒污泥系统中存在的甲烷杆菌可能更倾向于利用甲酸产甲烷而非利用氢气。另外，在颗粒污泥系统中，虽然氢型产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌的总量比其在另外两种系统中要高出1-2数量级，然而H2/CO2和乙酸的甲烷化速率却低于其在另外两种厌氧系统中的产甲烷速率，这一结果表明，颗粒污泥的自身结构和底物的传质阻力都是影响底物甲烷化速率的重要因素。 综合以上两方面的研究结果发现，甲酸在本研究中的厌氧絮状污泥中，产量低且消耗慢，而在颗粒污泥系统中具有较快的消耗速率，且远远大于H2的降解速率。这一结果与之前被普遍认可的观点相矛盾，即H2作为颗粒污泥系统中主导的种间电子转移载体而甲酸转移在悬浮污泥系统中占主导作用。因此，对于甲酸/H2在厌氧絮状污泥和颗粒污泥中的相对作用大小，需要通过更深入全面的研究重新进行评估。