环氧丙烷皂化废水活性污泥菌群利用污泥水解液合成PHA的研究

摘要

利用活性污泥中的混合菌群，以污泥厌氧酸化产生的水解酸化液作为培养基，生产生物可降解材料----聚羟基脂肪酸酯（PHA），对于工业生产产生的难处理的具有高盐度、高pH值等性质的污泥的减量化、资源化利用以及降低PHA合成成本并实现PHA的大规模生产具有重要意义。
　　本论文首先探索了污泥厌氧消化产生水解酸化液的成分及含量。由于VFAs(挥发性脂肪酸)含量偏低，为保证研究环氧丙烷（PO）皂化废水活性污泥PHA的积累规律的稳定性与可靠性，后续实验中采用了模拟污泥水解酸化液作为基质，PO皂化废水活性污泥作为菌种，揭示了PO皂化废水活性污泥合成PHA与VFAs类型及消耗量间的关系，并探究了活性污泥菌群中PHA合成相关基因phaC与PHA积累的相关性。
　　利用厌氧消化的方法，本论文分别探索了污泥在不同温度不同pH值条件下所产生的水解酸化液的VFAs种类、含量及其比例。所得到的VFAs主要为乙酸、丙酸、正丁酸三种，在最佳的条件（pH为5、温度为37°C）时，乙酸最高产量约为470 mg/L；三种VFAs的比例约为2:1:1。
　　为进一步研究PO皂化废水活性污泥PHA的积累规律，采用了含有四种不同VFAs比例的模拟污泥酸化液作为基质，以PO皂化废水活性污泥作为菌种，进行小试生产 PHA。结果表明：在乙酸：丙酸：正丁酸=2:1:1的条件下，PHA产量及VFAs消耗速率处于最佳水平，其中PHA的产量可达污泥干重的24.2％。
　　之后采用最佳比例配制模拟酸化液，在反应器中进行批式发酵，结果表明：在16 h时PHA产量达到最大值，约为污泥干重的25.0%；通过单体比例分析，偶数碳原子数的VFAs有利于3HB的合成，奇数碳原子数的VFAs有利于3HV的合成。利用实时荧光定量PCR，发现了PO皂化废水活性污泥生产PHA的产量与phaC的表达量呈正相关性。
　　本论文的研究工作将为实验室实现规模化生产PHA奠定基础，同时对于通过PHA生产过程中补料的控制获得高产PHA以及PHA合酶的活性研究等都具有一定的参考价值。

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第一章 绪 论

1.1 活性污泥

1.2 污泥的水解酸化液

1.3 聚羟基脂肪酸酯（PHA）

1.4 实时荧光定量PCR

1.5 研究目的意义

第二章 污泥水解酸化液的制备与成分测定

2.1 实验仪器与材料

2.2 实验方法

2.3 实验结果

2.5 本章小结

第三章 合成PHA最佳挥发性脂肪酸比例的确定

3.1 实验仪器与材料

3.2 实验方法

3.3 实验结果

3.4 本章小结

第四章 活性污泥好氧批式发酵

4.1 实验仪器与材料

4.2 实验方法

4.3 实验结果

4.4 本章小结

第五章 PHA合成关键基因phaC的研究

5.1 实验仪器与材料

5.2 实验方法

5.3 实验结果

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

附录