【摘要】：聚羥基烷酸酯(PHAs)是微生物在不利條件下,將外碳源轉(zhuǎn)化為內(nèi)碳源儲存于胞內(nèi),以維持自身正常生長的生物質(zhì)能。PHAs具有與傳統(tǒng)塑料相似的材料性能,具有生物可降解特點,是一種優(yōu)良的傳統(tǒng)塑料替代品。以廢棄物發(fā)酵液作為碳源,利用剩余污泥合成PHAs可降低其合成成本,實現(xiàn)廢棄物的資源化利用,對社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前利用剩余污泥合成PHAs時,大多采用“三段式”的合成方法。在污泥培養(yǎng)馴化方面不僅要花費大量時間,并在菌群富集與PHAs合成階段還要好氧瞬時供料,使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度持續(xù)保持在2-3mg/L以上,不利于節(jié)約能耗。本課題旨在以剩余污泥為研究對象,研究其不經(jīng)過馴化直接合成PHAs的控制條件優(yōu)化方法。試驗選取兩種不同的剩余污泥,分別為同步亞硝化/反硝化除磷工藝的剩余污泥(R1)和A~2O工藝的剩余污泥(R2),以廢棄物發(fā)酵液為碳源,在相同條件下進行PHAs合成試驗,檢測PHAs合成量、合成速率及其胞內(nèi)物質(zhì)的變化情況,對比分析兩種剩余污泥合成PHAs的能力,并通過分子微生物學技術(shù),定量化兩種剩余污泥中具有PHAs合成能力的菌種。為提高兩種剩余污泥PHAs的產(chǎn)量,提出微氧和前置曝氣的調(diào)控新方式,研究其最佳的控制參數(shù),并考察高VFAs負荷下PHAs合成效果。在此基礎(chǔ)上,選取PHAs產(chǎn)量更高的R1剩余污泥,分別投加兩種含有不同奇偶數(shù)碳VFAs比例發(fā)酵液為碳源,在最佳控制條件下,考察以新調(diào)控方式合成PHAs的穩(wěn)定性和不同奇偶數(shù)碳比例VFAs對PHAs合成總量及其不同成分比例的影響。結(jié)果表明:(1)相同條件下剩余污泥R1的PHAs合成量和合成速率均大于R2。R1中胞內(nèi)糖原和聚磷等PHAs合成必的必需物質(zhì)含量也大于R2。兩種剩余污泥中具有PHAs合成能力的菌種主要為Thauera、Dechloromanas、Candidatus accumulibacter、Caldilinea和Zoogloea。其中Thauera、Dechloromanas和Candidatus accumulibacter占比最大,這三種菌種在R1中的含量均大于R2;(2)曝氣量為10L/H的微氧條件下,兩種剩余污泥的合成效果最佳。在前置曝氣+微氧的組合調(diào)控方式可進一步提高PHAs合成量,控制前置曝氣時間為20min,前置曝氣氣量為60L/H時,PHAs合成效果最佳,且此時R1的生物量并未發(fā)生減少。過高的VFAs負荷會使合成速率降低,最佳的VFAs濃度為460mg/L-520mg/L,此時COD濃度為650-750mg/L。另外,ORP可作為微氧段合成PHAs過程的調(diào)控參數(shù),ORP降至谷點的時刻即為剩余污泥中PHAs積累最大值的時刻。(3)在前置曝氣+微氧的組合調(diào)控方式下利用未經(jīng)馴化的剩余污泥合成PHAs具有較高的穩(wěn)定性。以偶數(shù)碳VFAs為主的發(fā)酵液合成PHAs時,其PHAs總量和合成速率均高于以奇數(shù)碳VFAs為主的發(fā)酵液。且使用不同類型的發(fā)酵液可調(diào)控PHB與PHV占的比。由此可得,R1剩余污泥具有更高的PHAs合成能力;前置曝氣+微氧的調(diào)控方式可提高未經(jīng)馴化剩余污泥的PHAs產(chǎn)量;以偶數(shù)碳VFAs為主的發(fā)酵液為碳源時,具有更高的PHAs產(chǎn)量和合成速率,且其中PHB的占比更高。
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703
【圖文】：

第一章 緒論來源由廣東省自然科學基金項目（NO.2017A030313273）；廣州市科技計劃010111）資助。s 的概述As 的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)基烷酸酯（polyhydroxyalkanoic acids）是一種高分子聚合物的總稱，是微制而產(chǎn)生的能源儲存物質(zhì)[1-2]，此類高聚物的分子結(jié)構(gòu)式可表述為：

利用未經(jīng)馴化的剩余污泥合成 PHAs 條件優(yōu)化研究饑餓-飽食的狀態(tài)交替（如在強化生物除磷的過程中），合成并儲存 PHAs 以維持在不平衡的生存條件下，微生物的穩(wěn)定生長。使用混合菌群合成 PHAs 可以解決純種菌對反應(yīng)器嚴格的滅菌消毒環(huán)境以及使用特定的較為昂貴的底物（小分子有機酸和小分子的糖類所造成的成本居高不下的問題。

【參考文獻】

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本文編號：2726229