好氧瞬时供料法合成聚羟基烷酯的研究

摘要

化工合成塑料由于不可生物降解而滞留环境中逐步累积造成日益严重的污染,同时其合成原料也面临日益短缺的局面。开发和利用生物可降解塑料越来越受到人们的重视。聚羟基烷酯(polyhydroxyalkanoates PHAs)它不仅具有合成塑料的物化特性,而且具有合成塑料所不具备的完全生物可降解性、生物相容性、光学活性、压电性以及在生物合成过程中可利用再生原料等优异性能,因而作为一种非常有前景的合成塑料替代品而日益受到关注。在所有利用微生物合成PHAs方法中,好氧瞬时供料法由于高PHAs合成能力及可利用混合菌群(如活性污泥)和有机废弃物合成PHAs显著降低成本而成为目前最具应用前景的技术。国外诸多学者对活性污泥好氧瞬时供料法合成PHAs进行了各种研究,但对如何把市政污泥污水处理厂的活性污泥培养成高存储能力微生物的过程鲜有报道,同时,对于磁场对活性污泥好氧瞬时供料法合成PHAs的影响研究也未曾有过报道。鉴于此,本文着重地研究以下两个方面的内容:1)高PHAs存储能力的微生物的培养。采用市政污水处理厂的活性污泥,以易挥发性有机酸乙酸、丙酸、丁酸为底物,通过逐步增加负荷法在好氧瞬时供料条件下进行驯化和培养,形成具有高PHAs存储能力的微生物。2)磁场对活性污泥好氧瞬时供料法合成PHAs的影响。将市政污水处理厂的活性污泥分别接种到平均磁场强度为42mT,21mT,6.7mT,0mT的四个批式反应器(SBR1、SBR2、SBR3、SBR4)中,通过培养过程和不同底物的批式实验,测定不同磁场强度对PHAs合成的影响。实验结果分别如下:1)采用逐步增加负荷法可以有效地培养高PHAs存储能力的微生物,其培养效果与初始负荷、负荷增加率及丰盛-饥饿期比例直接相关。初始负荷为1.096gCOD/l,30天内增加到6.48gCOD/l,丰盛-饥饿期比例为1:1,结果微生物体内PHAs含量从1.24％增加到40.62%,但系统极不稳定;初始负荷为0.36gCOD/l,35天内增加到6.48gCOD/l,丰盛-饥饿期比例为1:3,结果微生物体内PHAs含量从8.74%增加到50.24%,且系统稳定运行。可见,初始负荷越低,越有利于丰盛-饥饿模式的形成,有利于高存储能力微生物形成优势菌种。负荷增加率不宜太大,丰盛期不宜太长,否则底物存在时间较长,微生物产生适应性,以生长为主而非存储。2)磁场的存在对PHAs合成有较显著的影响,影响随磁场强度和底物不同而不同。底物不同,合成的产物也不同,参与代谢的酶也不同,而不同强度的磁场对不同的PHA聚合酶的作用不同。同样条件下,在磁场强度为6.7mT时,微生物合成聚β-羟基丁酯(polyhydroxybutyrate PHB)效果最佳;而在磁场强度为42mT时,PHB合成效果最差。而对另一种聚合物聚β-羟基戊酯(polyhydroxyvalerate PHV),则是在磁场强度为21mT时,其合成效果最佳;而没有磁场存在时,效果最差。

目录

摘要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 PHA 的性质和应用

1.1.1 PHA 的性质

1.1.2 PHA 的应用

1.2 好氧瞬时供料法合成 PHA

1.2.1 各种微生物合成 PHA 方法的比较

1.2.2 好氧瞬时供料法的代谢机制和工艺过程

1.2.3 好氧瞬时供料工艺中影响 PHA 合成的因素

1.2.4 国内外好氧瞬时供料法的研究进展

1.3 磁场对微生物的作用

1.3.1 磁场作用机理的探讨

1.3.2 磁场对活性污泥的作用

1.4 本课题的的主要研究内容

第二章 实验测定和数据计算

2.1 实验仪器和材料

2.1.1 实验仪器

2.2 测定方法

2.2.1 乙酸、丙酸、丁酸的测定

2.2.2 PHB 及 PHV 的测定

2.2.3 氨氮浓度的测定

2.2.4 微生物量的测定

2.3 计算方法

第三章 实验部分

3.1 高的 PHAs 存储能力的微生物的培养

3.1.1 实验过程

3.1.2 实验结果和讨论

3.1.3 本节小结

3.2 磁场对活性污泥好氧瞬时供料法合成 PHA 的影响

3.2.1 磁场对活性污泥培养过程的影响

3.2.2 磁场对不同底物合成 PHA 的影响

3.2.3 本节小结

第四章 结论及展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

附录 硕士期间发表和待发表的论文