混和菌群合成PHA工艺影响因子与优化策略研究-市政工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TU992.3 U.D.C.: 628.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON INFLUENCE FACTORS AND OPTIMIZED STRATEGIES OF MIXED CULTURES PHA PRODUCTION PROCESS Candidate： Huang Long Supervisor： Prof. Chen Zhi-Qiang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Municipal Engineering Affiliation: School of Muni. Env. Eng. Date of Defence： July, 2013 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I I 摘要 聚羟基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHAs）是传统石化塑料的最佳替代品， 具有与传统塑料相似的特性和良好的生物降解性，是近些年来研究的热点。微生 物在电子受体/供体（例如厌氧-好氧工艺）或者底物（好氧动态补料模式）非连续 存在的环境中会将周围的碳源以 PHA 的形式在细胞内积累。目前 PHA 的规模化 运用主要集中在纯菌发酵工艺上，但是原材料和严格消毒的生产过程提升了纯菌 发酵的成本，使其难以进一步推广。混合菌群 PHA 发酵工艺的出现将 PHA 的生 产成本大大降低，随后研究者将目光投向富含微生物群体的城市污水厂活性污泥 和富含碳源的有机废水，因此混菌合成 PHA 工艺便显现了良好的环境效益。 目前利用活性污泥合成 PHA 的工艺中研究较多的是三段式工艺，其包含有机 废水酸化、产 PHA 混合菌富集驯化以及批次 PHA 合成三个阶段。产 PHA 混合菌 的富集是三段式工艺的核心阶段，如何强化富集体系的筛选力，提升混合菌群的 PHA 合成能力一直是三段式 PHA 合成工艺面临的主要课题。此外，寻求稳定、高 效的批次 PHA 合成模式也是研究者关注的焦点。 本课题将会在先前研究的基础上以三段式工艺为平台，以发酵蔗糖废水为底 物考察污泥停留时间（SRT）、初始种泥投加量对产 PHA 菌群富集驯化阶段的影响， 从工艺运行稳定性、产 PHA 菌富集效果、PHA 合成效果等方面予以评估，并利用 T-RFLP 技术对富集反应器中的混合菌群结构进行初步解析。对 BATCH 试验的补 料方式、反应器形式进行优化和评估，并考察富集反应器的产 PHA 混合菌群对挥 发性有机酸（VFA）组分的利用情况，结合相关试验结果对混合菌群的摄取规律进 行讨论。 试验结果表明：与 SRT 设为 10d 的富集系统相比较，SRT 较低（5d）的富集 系统在进水底物浓度为 2520mgCOD/L 的条件下表现出了更高的运行稳定性，在整 个富集阶段系统内部的污泥性状均处于一个健康良好的状态。SRT 为 5 天的富集 反应器表现出了更优秀的富集效果，反应器内的菌泥在第 92 天的 BATCH 试验中 获得了占微生物细胞干重 61.26%的最大 PHA 合成比例。T-RFLP 结果显示以短 SRT 运行的富集反应器中微生物群落结构更加简单，说明 SRT 较低的富集系统对混合 菌群施加了更大的筛选压力。结合试验结果，重新讨论了 SRT 对产 PHA 混合菌群 富集驯化过程的影响机理。种泥浓度设置较高的反应器在富集过程中先后出现了 两次污泥沉降性恶化的情况，工艺运行稳定性欠佳，其 PHA 合成表现并未受到明 II II 显影响，最大 PHA 合成比例为 57.84%，但是菌泥较差的沉降性能限制了批次富集 阶段的 PHA 产力以及富集效率。另外，以 ADF 模式运行的富集反应器内微生物 的胞外聚合物分泌情况随富集时间的推移会呈现一定规律性的变化。以连续补料 模式运行的反应器保证了 PHA 合成速率处于一个较高的水平，特定的进水方式也 很好地避免了潜在的底物抑制效应，可以较好地应对菌泥沉降性能欠佳带来的合 成效率低下的问题。在长期的富集驯化过程中，特定的底物结构可能会使混合菌 群形成了与之对应的群落结构，因此在 BATCH 试验中表现出特定的 VFA 利用规 律。 关键词：聚羟基烷酸酯；SRT；初始种泥浓度；富集效果；菌群结构；影响机理 PAGE PAGE VI Abstract As an optimal alternative to the conventional pe