利用未经驯化的剩余污泥合成PHAs条件优化研究

发布时间：2020-06-22 20:54

【摘要】：聚羟基烷酸酯(PHAs)是微生物在不利条件下,将外碳源转化为内碳源储存于胞内,以维持自身正常生长的生物质能。PHAs具有与传统塑料相似的材料性能,具有生物可降解特点,是一种优良的传统塑料替代品。以废弃物发酵液作为碳源,利用剩余污泥合成PHAs可降低其合成成本,实现废弃物的资源化利用,对社会可持续发展具有重要意义。目前利用剩余污泥合成PHAs时,大多采用“三段式”的合成方法。在污泥培养驯化方面不仅要花费大量时间,并在菌群富集与PHAs合成阶段还要好氧瞬时供料,使反应器内溶解氧浓度持续保持在2-3mg/L以上,不利于节约能耗。本课题旨在以剩余污泥为研究对象,研究其不经过驯化直接合成PHAs的控制条件优化方法。试验选取两种不同的剩余污泥,分别为同步亚硝化/反硝化除磷工艺的剩余污泥(R1)和A~2O工艺的剩余污泥(R2),以废弃物发酵液为碳源,在相同条件下进行PHAs合成试验,检测PHAs合成量、合成速率及其胞内物质的变化情况,对比分析两种剩余污泥合成PHAs的能力,并通过分子微生物学技术,定量化两种剩余污泥中具有PHAs合成能力的菌种。为提高两种剩余污泥PHAs的产量,提出微氧和前置曝气的调控新方式,研究其最佳的控制参数,并考察高VFAs负荷下PHAs合成效果。在此基础上,选取PHAs产量更高的R1剩余污泥,分别投加两种含有不同奇偶数碳VFAs比例发酵液为碳源,在最佳控制条件下,考察以新调控方式合成PHAs的稳定性和不同奇偶数碳比例VFAs对PHAs合成总量及其不同成分比例的影响。结果表明:(1)相同条件下剩余污泥R1的PHAs合成量和合成速率均大于R2。R1中胞内糖原和聚磷等PHAs合成必的必需物质含量也大于R2。两种剩余污泥中具有PHAs合成能力的菌种主要为Thauera、Dechloromanas、Candidatus accumulibacter、Caldilinea和Zoogloea。其中Thauera、Dechloromanas和Candidatus accumulibacter占比最大,这三种菌种在R1中的含量均大于R2;(2)曝气量为10L/H的微氧条件下,两种剩余污泥的合成效果最佳。在前置曝气+微氧的组合调控方式可进一步提高PHAs合成量,控制前置曝气时间为20min,前置曝气气量为60L/H时,PHAs合成效果最佳,且此时R1的生物量并未发生减少。过高的VFAs负荷会使合成速率降低,最佳的VFAs浓度为460mg/L-520mg/L,此时COD浓度为650-750mg/L。另外,ORP可作为微氧段合成PHAs过程的调控参数,ORP降至谷点的时刻即为剩余污泥中PHAs积累最大值的时刻。(3)在前置曝气+微氧的组合调控方式下利用未经驯化的剩余污泥合成PHAs具有较高的稳定性。以偶数碳VFAs为主的发酵液合成PHAs时,其PHAs总量和合成速率均高于以奇数碳VFAs为主的发酵液。且使用不同类型的发酵液可调控PHB与PHV占的比。由此可得,R1剩余污泥具有更高的PHAs合成能力;前置曝气+微氧的调控方式可提高未经驯化剩余污泥的PHAs产量;以偶数碳VFAs为主的发酵液为碳源时,具有更高的PHAs产量和合成速率,且其中PHB的占比更高。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

第一章 绪论来源由广东省自然科学基金项目（NO.2017A030313273）；广州市科技计划010111）资助。s 的概述As 的结构与性质基烷酸酯（polyhydroxyalkanoic acids）是一种高分子聚合物的总称，是微制而产生的能源储存物质[1-2]，此类高聚物的分子结构式可表述为：

利用未经驯化的剩余污泥合成 PHAs 条件优化研究饥饿-饱食的状态交替（如在强化生物除磷的过程中），合成并储存 PHAs 以维持在不平衡的生存条件下，微生物的稳定生长。使用混合菌群合成 PHAs 可以解决纯种菌对反应器严格的灭菌消毒环境以及使用特定的较为昂贵的底物（小分子有机酸和小分子的糖类所造成的成本居高不下的问题。

【参考文献】

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本文编号：2726229