废水产酸合成聚羟基烷酸酯工艺稳定运行研究

摘要

聚羟基烷酸脂(Polyhydroxyalkanoates,简称PHAs或PHA)可以由PHA产生菌利用有机废物水解发酵液进行合成,由于良好的生物可降解性及可再生性,是一类有望代替传统石化塑料的新型生物塑料。但是传统PHA纯菌合成过程中较高的原料、消毒以及微生物分离纯化成本,使得PHA的生产成本一直居高不下,对其产业化应用产生了严重的阻碍作用。而二十世纪九十年代所兴起的PHA混菌合成技术由于其操作简单、无需灭菌,在采用了低廉成本底物的同时对废水中的废弃碳源物质进行了有效的回收利用。混合菌群利用废弃碳源合成聚羟基烷酸酯的工艺,在解决废弃污染物对环境的污染问题的同时,获得了高价值的生物塑料PHA产品,对降低其生产成本、促进其大规模生产与应用具有极其重要的意义。
　　三段式PHA混菌合成工艺是近期研究中被广为采用的一种PHA生产模式,包括废碳源的水解酸化、产PHA菌的定向富集以及PHA的合成三大步。而PHA产生菌的定向富集直接决定了后期PHA合成步骤的合成效率以及工艺成本,是三段式工艺中至关重要的一个环节。如何控制富集期中易于出现的污泥膨胀问题,优化富集菌群提取时机,为PHA合成阶段提供稳定高效的菌源,是该工艺实际应用所面临的最关键的一个难题。
　　本实验基于以蔗糖产酸废水为底物的PHA三段式生产工艺,采用蔗糖产酸废水作为底物,考察了不同进水底物浓度与不同生活污水掺混比对SBR富集反应器启动期污泥稳定性及PHA合成效率影响,以及连续流富集反应器启动期污泥沉降性能与PHA合成能力的变化规律。
　　实验结果发现,在以SBR作为产PHA菌富集反应器时,不同进水底物浓度与不同生活污水掺混比均能对产PHA菌富集反应器启动期污泥稳定性及PHA合成效率造成一定程度的影响,其中掺混10％生活污水的产PHA菌富集反应器的污泥稳定性优于不掺混及掺混20%生活污水,但这一改变对启动期污泥沉降性的改善十分有限,仍未能最终避免污泥膨胀的出现;而不同的进水底物浓度则对微生物菌群的稳定性产生了较大影响。长期实验证实,适中的进水底物浓度(约1100mgCOD/L)能够在较低的污泥龄条件下(SRT=1天)长期维持较高的污泥浓度稳定运行(MLSS≈3000mg/L),同时又具有令人满意的PHA富集效果,其在运行第94天批次试验中分别达到了0.7145PHACOD/底物COD的PHA转化率以及0.1912mgCODPHA/mgX/h的PHA比合成速率。与此同时,我们证实了连续流富集反应器不能够解决启动期出现的污泥膨胀问题,而在出现污泥沉降性恶化时亦无法便利的采取补救措施,故不宜作为最佳的富集反应器形式使用。此外,我们证实了细胞内糖原水平与其PHA合成能力呈正比,在富集过程中可将糖原作为富集效果的指示指标,并为第三阶段选择最佳的种泥提取时机。

目录

废水产酸合成聚羟基烷酯工艺稳定运行研 究

PROCESS STABILITY OF POLYHYDROXYALKANOTES PRODUCTION USING ACIDOGIC WASTE WATER

摘 要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）概述

1.3 混合菌群生产PHA国内外研究概况

1.4 主要研究内容

1.5 实验路线图

第2章 实验材料与方法

2.1 实验装置组成

2.2 样品检测方法

2.3 实验装置运行及常用溶液配制

2.4 常用实验方法

2.5 常用参数计算方法

第3章 生活污水对SBR富集反应器稳定运行影响

3.1 实验流程及工艺控制

3.2 市政污泥合成PHA能力对比分析

3.3 第一阶段实验情况

3.4 第二阶段实验情况

3.5 本章小结

第4章 进水底物浓度对SBR富集反应器稳定运行的影响

4.1实验流程及工艺控制

4.2 SBR富集反应器稳定运行工况监测

4.3 SBR富集反应器富集效率评估

4.4 本章小结

第5章 连续流反应器稳定启动运行研究

5.1 实验流程及工艺控制

5.2 第一阶段实验情况

5.3 第二阶段实验情况

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢