碳源对活性污泥合成聚羟基烷酸酯影响的研究

摘要

不可降解塑料的大量使用导致的环境污染已引起全球范围内的广泛关注。聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoate，PHA)是一种生物可降解塑料，若使用混合微生物培养的方法(如活性污泥法)来合成，则可降低其生产成本，因为反应过程中不需要无菌条件，并且可以采用污水中的有机物为碳源。本文在长期运行的序批式反应器中研究和比较了乙酸、乙酸与丙酸的混合物以及剩余污泥碱性发酵液为碳源对活性污泥合成PHA总量及PHA组分的影响，获得了合成PHA的合适工艺条件。 通过比较完全好氧工艺以及厌氧—好氧工艺长期驯化的活性污泥以乙酸为碳源对PHA合成的影响，结果表明，厌氧．好氧活性污泥工艺在厌氧条件下利用乙酸合成PHA量比完全好氧工艺在好氧条件下利用乙酸合成PHA量要低。在此基础上，研究了好氧条件下乙酸加入次数、乙酸浓度及硝化抑制剂(丙烯基硫脲，ATU)对PHA合成的影响；将乙酸分3次加入到反应器、乙酸浓度为2925mg/L及加入6.74mg/LATU时，可以使污泥挥发性悬浮固体物(VSS)中PHA的含量达到56.3％，其中聚羟基丁酸(Polyhydroxybutyrate，PHB)的碳摩尔占PHA总碳摩尔的96％，聚羟基戊酸(Polyhydroxyvalerate，PHV)所占的比例为3％，二甲基三羟基戊酸(3—hydroxy-2—methyvalerate，PH2MV)所占的比例低于1％。 根据上述研究结果，采用好氧条件分三次加入有机酸的工艺(简称好氧动态进料，ADF)，研究了乙酸—丙酸混合酸为碳源对PHA合成的影响。结果表明，有机酸浓度(1522、3044、5979及8972mg/L)、乙酸—丙酸比例(乙酸COD占总有机酸的COD比例分别为100％、51.2％、26.1％、0％)、氨氮浓度(0.28、13.91及60.6mg/L)及磷浓度(0、10.9及35.8mg/L)等对PHA合成以及其组分有明显影响；以乙酸—丙酸混合酸为碳源合成PHA的最佳工艺条件为有机酸浓度3044mg/L、乙酸COD占总有机酸COD的比例为26.1％、氨氮浓度为13.9mg/L、磷浓度为10.9mg/L，合成PHA的量占污泥挥发性悬浮固体物重量的51.1％，其中PHB、PHV及PH2MV分别占PHA总碳摩尔的14％、83％及3％。 论文还对活性污泥碱性条件下的发酵液为碳源合成PHA进行了研究，发现通过好氧动态进料工艺，可以使合成的PHA量达到污泥挥发性悬浮固体物重量的47％，其中PHB占32％、PHV占46％、PH2MV占21％。 通过以上三种碳源对污泥合成的PHA含量和组分影响的比较可以看出，乙酸为碳源时，合成的PHA含量最高，主要成分为PHB(96％)；乙酸—丙酸的混合酸为碳源时，PHA的合成量有所降低，但PHV的含量可达83％；发酵液为碳源时，合成PHA量比纯乙酸以及乙酸．丙酸混合酸为碳源的低，但它提供了一种资源化利用剩余污泥合成PHA的新方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1课题来源与研究意义

1.1.1课题来源

1.1.2研究背景和意义

1.2研究内容与技术路线

1.2.1研究内容

1.2.2技术路线

1.3聚羟基烷酸酯(PHA)的研究概况与进展

1.3.1聚羟基烷酸酯的概述

1.3.2活性污泥合成聚羟基烷酸酯的代谢机理

1.3.3活性污泥合成聚羟基烷酸酯的工艺研究进展

第2章材料与方法

2.1实验材料

2.1.1污泥来源

2.1.2序批式反应器(SBR)配水组成

2.2测定方法

2.2.1挥发性脂肪酸(VFA)的测定

2.2.2 PHA的测定

2.2.3糖原的测定

2.2.4其它测试项目及方法

第3章活性污泥微生物以乙酸为碳源合成PHA的研究

引言

3.1反应器运行及污泥驯化

3.1.1厌氧-好氧序批式反应器的运行

3.1.2好氧序批式反应器的运行

3.2不同工况条件下乙酸为碳源合成PHA的实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1厌氧与好氧条件下活性污泥合成PHA的比较

3.3.2好氧条件下乙酸加入次数对PHA合成的影响

3.3.3好氧动态进料(ADF)条件下总乙酸浓度不同对PHA合成影响

3.3.4硝化抑制剂浓度对ADF工艺合成PHA的影响

3.4结论

第4章乙酸-丙酸混合酸为碳源采用ADF工艺合成PHA的研究

引言

4.1反应器的运行及污泥驯化

4.2 PHA合成的实验方法

4.3结果与讨论

4.3.1混合酸的总COD浓度对PHA合成的影响

4.3.2乙酸与丙酸的比例对PHA合成的影响

4.3.3初始氨氮浓度对PHA合成的影响

4.3.4初始磷浓度对PHA合成的影响

4.4结论

第5章发酵液为碳源采用ADF工艺合成PHA的研究

5.1发酵液的来源

5.1.1剩余污泥

5.1.2实验用碳水化合物

5.1.3试验装置

5.1.4剩余污泥和碳水化合物联合发酵的条件

5.2驯化过程中PHA合成

5.3发酵液COD浓度对PHA合成的影响

5.3.1 PHA合成量及其组分

5.3.2 SOP的周期变化

5.3.3糖原的周期变化

5.3.4有机酸的周期变化

5.3.5氨氮的周期变化

5.3.6pH的周期变化

5.4结论

第6章结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果