论文部分内容阅读
聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)是微生物在胞内合成的一种储存能量的生物聚酯。当微生物所处的外界生长条件不平衡时,微生物就会把多余的碳源转化成PHA存储起来。PHA具有与石油基塑料聚氯乙烯类似的物理性质,且具有生物降解性、生物兼容性,是传统塑料的绿色替代品。因底物昂贵、对无菌环境的要求,工业生产的PHA价格比普通的工业合成塑料高4-9倍。将富含VFAs的污泥水解液作为底物代替工业中昂贵底物,以经过驯化的活性污泥代替纯菌发酵,将大幅降低PHA费用,还会为污水处理厂带来一定的经济效益,间接降低污泥处置成本。本研究旨在探索出使PHA合成性能更加高效稳定的富集反应器运行模式与底物结构。比较了三种典型的富集反应器类型的产PHA性能。试验结果表明,SBR#3富集反应器的模式(高负荷、短周期、短SRT)与SBR#1(低负荷、长周期、长SRT)和SBR#2(高负荷、长周期、短SRT)相比,其混菌系统对不同C/N的废水产PHA有着更广泛的适应能力,在含氮磷的条件下可以实现菌体生长和PHA合成的同步运行,显著提高了PHA产率。试验表明SBR#3在限氮磷条件下反应7.5h后,PHA产率可达到1.64g PHA/g X0;在SBR#3的运行模式下,丁酸类型驯化SBR内混菌产PHA的能力与稳定性比丙酸型更强,在限氮磷和高氮磷时,最高PHA含量可分别达到67.87wt%和69.25wt%,丁酸型SBR内微生物转换底物后PHA含量仅下降了0.35wt%,而丙酸型SBR内微生物转换底物使PHA含量下降了12.47wt%。本研究利用T_RFLP与高通量等检测手段来监测各个反应器运行过程中和产PHA批次试验中群落结构的变化。试验结果表明,不同运行策略导致反应器内优势种群不同,群落结构在运行过程中是动态变化的。底物组成对种群类型影响不大,但是对种群的相对丰度影响显著。产PHA批次试验都表现出氨氮的存在对PHA合成的促进作用,即菌体生长与PHA合成同步进行,可能与Thauera sp.较高的种群丰度有关。较高的Paracoccus sp.丰度可能是混菌系统摄取丁酸合成PHA效率较高和低C/N比条件下HV比例较高的原因。丙酸型底物驯化的混菌在含氮磷条件下批次试验后期,Acinetobacter sp.的丰度增加显著。本研究在利用实际污泥水解液驯化混菌PHA系统时,由于水解液成分复杂,其中的多糖、蛋白和残留的β-环糊精导致底物摄取速率变慢,在产PHA批次试验中最终PHA含量不高,为14.66wt%。建议后续研究中,产酸反应器以高温热解等方式提高酸化率、富集反应器梯度提升负荷以提高微生物适应性、稀释污泥水解液稀释后再进水等方式来提高实际工程中产PHA效能。