甘蔗糖蜜废水制苯乙醇的细胞群体协同作用及调控研究

摘要

由于环境保护及可持续发展的需求,废水资源化利用正在成为一个研究热点。鉴于此,本课题开展了甘蔗糖蜜废水资源化利用发酵制2-苯乙醇的研究。首先,通过重复批式培养策略筛选到能耐受6g/L2-苯乙醇的微生物混合培养物。其次,结合过程参数优化,在温度35℃,pH7.0和空气流量0.8vvm的条件下,获得了988mg/L的最大2-苯乙醇生产。随后,在内气升式环流反应器中执行2-苯乙醇连续生产,在水力停留时间为4天时,最高2-苯乙醇产量能达到838mg/L(相对得率8.4mg/g-COD)。最后,利用rDNAPCR-DGGE技术,解析了微生物混合培养物的群落结构演变及功能特征。
　　为阐明微生物混合培养物应对非生物参数改变增强2-苯乙醇生产的协同作用机制,研究采用GC-MS和LC-MS/MS技术,定性定量鉴定了102种胞内代谢物;结合PCA及PLS多变量统计分析,按照VIP得分,指出11种差异代谢物Phe、USFA18、PYR、Tyr、Trp、Glu、Pro、ACE、LAC、Thr和Leu是具有增强2-苯乙醇生产能力的潜在靶调控因子。进一步,通过执行理性补料试验,分批组合补料后2-苯乙醇的产量由补料前的988mg/L增加到1627mg/L,提高了64.7％。连续定期间隔组合补料后,在反应器稳定运行阶段平均2-苯乙醇产量较补料前提高了71.7%,达1437mg/L,相对得率提高了58.3%,平均为13.3mg/g-COD,COD去除率提高了9.3%,平均达83.7%,较补料前明显具有更高浓度的2-苯乙醇生产及有机负荷去除率。
　　经过资源化利用,甘蔗糖蜜废水的COD已经由原始的130g/L明显降低至21g/L,但仍有较高浓度的COD及色度残留,因此,研究进一步对发酵出水进行深度处理。经过UASB一级厌氧处理,COD有效去除率可达83.8%,最高甲烷产量能达367mL/g-COD。经过AF二级厌氧处理,COD去除率为94.3%,最终出水COD为197mg/L,可达国家二级排放标准(GB8978-1996)。经过BAF深度曝气处理,除氨氮外,出水COD、BOD、SS及pH均能达到国家一级排放标准(GB8978-1996)。最后,研究采用UASB+AF+BAF组合装置对发酵出水进行连续处理,经过40d的运行,耦合装置表现出较独立反应器更高的性能,各项出水指标均达到国家一级排放标准(GB8978-1996)。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 2-苯乙醇概述

1.3 甘蔗糖蜜废水及其资源化利用研究进展

1.4 微生物混合培养物的应用及分子生态学研究

1.5 微生物代谢组学研究进展

1.6 微生物代谢调控研究

1.7 发酵废水生物处理技术

1.8 本文研究内容

第二章 甘蔗糖蜜废水生物制苯乙醇及功能菌群结构分析

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 微生物混合培养物强化2-苯乙醇生产的协同作用机制研究

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于比较代谢组学研究的微生物混合培养物整体代谢调控增强2-苯乙醇生产

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 发酵废水深度处理达标排放

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 建议和展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

缩略词

附 录

致谢