利用活性污泥混合菌群合成聚羥基烷酸脂的研究.pdf

1、聚羥基烷酸脂（PHA）是一類可由微生物在不均衡的營養(yǎng)條件下合成的脂類物質，在微生物代謝中起到積累碳源、平衡細胞內外離子的作用。PHA的物理特性類似于聚丙烯等化學塑料，無毒無害，在自然界可完全降解，是可望替代化學塑料、徹底解決白色污染的良好材料，但是較高的成本阻礙了PHA的大規(guī)模應用，使用混合菌種如活性污泥代替純菌，使用含小分子脂肪酸的廢水代替葡萄糖、果糖等底物，可以在降低PHA的生產成本的同時，達到污泥減量、廢水資源化等目的。PHA的合

2、成菌種類很多，利用活性污泥作為混合菌來源合成PHA受到了廣泛關注，然而目前利用活性污泥合成PHA的工藝方式還比較復雜，往往將富集和馴化污泥合成 PHA分成兩個階段或者分別在兩個反應器內進行，總工藝時間較長，PHA合成效率還不能令人滿意。
　　本課題的研究目的是通過馴化污水廠剩余污泥以小分子脂肪酸為底物合成PHA，尋找簡易可行的污泥馴化和PHA的合成工藝，簡化操作程序，探索馴化活性污泥合成PHA的影響因素，通過簡單的工藝和簡單的馴化

3、方式，序批式馴化污泥合成PHA，實現廢水和剩余污泥的資源化回收利用和PHA合成的多重目的。
　　試驗以乙酸鈉代替乙酸為唯一碳源，接種污水處理廠的剩余污泥，使用序批式反應器合成PHA。通過不同的啟動和馴化方式影響PHA合成，研究發(fā)現，通過厭氧-好氧運行7-15天恢復污泥的活性，在均衡比例COD:N或COD:P的基礎上，以一定的梯度（10％~20%）減少N或P的濃度形成不均衡的營養(yǎng)條件，經過10-15天的馴化，可使活性污泥在厭氧條件下

4、合成PHA；當通過好氧運行7-10天恢復污泥活性，然后在厭氧-好氧交替運行條件下以一定梯度（10%~20%）減少N或P濃度的方式馴化7-10天，可以使活性污泥在好氧條件下合成PHA。通過不同的啟動方式實現了對兩種不同的PHA優(yōu)勢合成菌的控制和篩選。
　　試驗研究了營養(yǎng)比例（COD:N，COD:P）對PHA合成的影響。研究結果顯示，PHA的最大合成量隨著碳氮比或碳磷比的提高而提高，營養(yǎng)比例既是刺激微生物合成積累PHA的條件，也影響著

5、細胞內最大PHA產量；厭氧條件下合成PHA時，在COD:N=125:1和COD:P=250:1時最大PHA積累量分別達到細胞干重的57%和26%；好氧條件下合成PHA時，在COD:N=200:1和COD:P=500:1時最大PHA合成量分別達到細胞干重的61%和33%，限制氮源比限制磷源獲得的PHA含量更高。同時發(fā)現，厭氧條件下合成的PHA由PHB和PHV構成，好氧條件下合成的PHA幾乎完全由PHB構成。合成PHA反應器經過約35天持續(xù)

6、運行，無論是限制氮源還是限制磷源，均會導致污泥膨脹，其中磷源匱乏的反應器發(fā)生了非絲狀菌的粘性膨脹，氮源匱乏的反應器發(fā)生了絲狀菌膨脹，同時PHA合成能力喪失。試驗考察了溫度和pH對PHA合成的影響，研究發(fā)現在限磷條件下，19℃時PHA合成能力最強；在限氮條件下，16℃時PHA合成能力最強。無論限氮或限磷，結果都顯示較低的溫度適宜PHA的合成。在不控制pH時（pH介于8~9），PHA的合成情況較好，當pH降低時到7.0時底物利用能力和PHA

7、合成能力下降，pH降至5.0時PHA的合成能力大幅度降低。中性偏堿性的環(huán)境有利于PHA的合成。
　　將含紅糖的廢水水解酸化以后作為碳源進水合成 PHA。研究發(fā)現，調整 pH后進水，不僅可以使PHA的總量提高，同時也令PHA的單體構成發(fā)生變化，PHV的比例獲得較大幅度的提高；若含酸廢水不經pH調整直接進水，將會對PHA的合成產生沖擊，單位基質的PHA的產率和最大PHA積累量分別下降46%和58%，其中PHB受到的影響更大。當調整含酸

8、廢水的營養(yǎng)比例使碳源相對過剩時，基質利用效率和PHA的積累量又會提升。
　　課題對活性污泥中PHA的提取進行了初步研究，使用5%的NaClO對2800mg/L的濕污泥可達到較好的破碎效果。試驗設計了一套包括吹掃蒸發(fā)、溶劑吸收、尾氣過濾三個部分的簡易 PHA提取裝置，使用氯仿溶解萃取 PHA，使用NMP吸收氯仿，在一套裝置內同時實現了PHA的析出和氯仿溶劑的回收；提取后的PHA粗產品呈白色片狀或粉末狀，對于PHA含量20%左右的污泥

9、經過提取，獲得的PHA純度可達60-70%以上，同時對材料的表面特性、熱穩(wěn)定性進行分析，并提出了利用剩余污泥馴化、合成、提取PHA的技術策略。
　　從馴化后的合成 PHA的污泥中篩得一株具有較高 PHA合成能力的菌，命名為 S1，對其進行發(fā)酵試驗研究表明，該菌在較高的碳磷比下可以大量積累 PHA，碳磷比是影響 PHA產量的最主要因素；分批發(fā)酵實驗顯示，在 COD:P=400時，細胞干重達到了4.78g/L同時PHA的積累量也達到了