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1、工學(xué)博士學(xué)位論文利用活性污泥混合菌群合成聚羥基烷酸脂的研究RESEARCHONPOLYHYDROXYALKANOATESYNTHESIZEDWITHACTIVATEDSLUDGEMIXEDBACTERIAL陳瑋哈爾濱工業(yè)大學(xué)2010年7月國內(nèi)圖書分類號(hào):TU992.3/X703.1學(xué)校代碼:10213UDC:628.3密級(jí):公開工學(xué)博士學(xué)位論文利用活性污泥混合菌群合成聚羥基烷酸脂的研究博士研究生:陳瑋導(dǎo)師:呂炳南教授副導(dǎo)師:陳志強(qiáng)副教授申請(qǐng)學(xué)位:工學(xué)博士學(xué)科:市政工程所在單位:市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期:2010年
2、7月授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TU992.3/X703.1U.D.C.:628.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPOLYHYDROXYALKANOATESYNTHESIZEDWITHACTIVATEDSLUDGEMIXEDBACTERIALCandidate:ChenWeiSupervisor:Prof.LvBing-nanAssistantSupervisor:Asso.Prof.ChenZhi-q
3、iangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MunicipalEngineeringAffiliation:Sch.ofMunici.&Environ.Eng.DateofDefence:July2010DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要聚羥基烷酸脂(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(zhì),在微生物代謝中起到積累碳源、平衡細(xì)胞內(nèi)外離子的作用
4、。PHA的物理特性類似于聚丙烯等化學(xué)塑料,無毒無害,在自然界可完全降解,是可望替代化學(xué)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(yīng)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(chǎn)成本的同時(shí),達(dá)到污泥減量、廢水資源化等目的。PHA的合成菌種類很多,利用活性污泥作為混合菌來源合成PHA受到了廣泛關(guān)注,然而目前利用活性污泥合成PHA的工藝方式還比較復(fù)雜,往往將富集和馴化污泥合成PHA分成兩個(gè)階段或者分別在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,總工藝時(shí)間較長
5、,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方式,序批式馴化污泥合成PHA,實(shí)現(xiàn)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(yàn)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(yīng)器合成PHA。通過不同的啟動(dòng)和馴化方式影響PHA合成,研究發(fā)現(xiàn),通過厭氧-好氧運(yùn)行7-15天恢復(fù)污泥的活性,在均衡比例COD:N或C
6、OD:P的基礎(chǔ)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(jīng)過10-15天的馴化,可使活性污泥在厭氧條件下合成PHA;當(dāng)通過好氧運(yùn)行7-10天恢復(fù)污泥活性,然后在厭氧-好氧交替運(yùn)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(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩種不同的PHA優(yōu)勢合成菌的控制和篩選。試驗(yàn)研究了營養(yǎng)比例(COD:N,COD:P)對(duì)PHA合成的影響。研究結(jié)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
7、既是刺激微生物合成積累PHA的條件,也影響著細(xì)胞內(nèi)最大PHA產(chǎn)量;厭氧條件下合成PHA時(shí),在COD:N=125:1和COD:P=250:1時(shí)最大PHA積累量分別達(dá)到細(xì)胞干重的57%和26%;好氧條件下合成PHA時(shí),在COD:N=200:1和COD:P=500:1時(shí)最大PHA合成量分別達(dá)到細(xì)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(shí)發(fā)現(xiàn),厭氧條件下合成的PHA由PHB和PHV構(gòu)成,好氧條件下合成的PHA幾乎完全由PHB構(gòu)成。合成PHA反應(yīng)器經(jīng)過約35天持續(xù)運(yùn)行,無論是限制氮源還是限制磷源,
8、均會(huì)導(dǎo)致污泥膨脹,其中磷源匱乏的反應(yīng)器發(fā)生了非絲狀菌的粘性膨脹,氮源匱乏的反應(yīng)器發(fā)生了絲狀菌膨脹,同時(shí)PHA合成能力喪失。I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文試驗(yàn)考察了溫度和pH對(duì)PHA合成的影響,研究發(fā)現(xiàn)在限磷條件下,19℃時(shí)PHA合成能力最強(qiáng);在限氮條件下,16℃時(shí)PHA合成能力最強(qiáng)。無論限氮或限磷,結(jié)果都顯示較低的溫度適宜PHA的合成。在不控制pH時(shí)(pH介于8~9),