基于動態(tài)間歇排水瞬時補料的活性污泥合成PHA新工藝研究.pdf

1、聚羥基烷酸酯(簡稱PHA)可以由PHA合成菌以小分子有機酸作為碳源合成，在微生物營養(yǎng)不均衡時充當體內(nèi)的碳源和能源物質(zhì)。由于PHA具有可完全被生物降解并可以利用廢棄碳源合成的優(yōu)點，故有望成為傳統(tǒng)塑料的替代品。目前，生物合成PHA的商業(yè)化推廣以純菌發(fā)酵為主，較高的原料費用、消毒成本和微生物分離純化費用限制了其規(guī)模化應(yīng)用。目前，利用活性污泥混合菌群在主流工藝ADF(Aerobic Dynamic Feeding，好氧瞬時補料)模式下合成PHA

2、成為了生物合成領(lǐng)域的熱點。然而，ADF工藝存在混合菌群總體PHA合成能力低，富集PHA合成菌系統(tǒng)篩選富集周期長等的問題。本研究基于傳統(tǒng)ADF工藝基礎(chǔ)上結(jié)合污泥沉降性能的特點，提出了好氧動態(tài)間歇排水-瞬時補料工藝(簡稱為好氧動態(tài)排水工藝，Aerobic Dynamic Discharge，ADD。授權(quán)發(fā)明專利：ZL201310737985.1)用于從活性污泥系統(tǒng)篩選出具有PHA合成能力的菌群，同時對該工藝主要影響因素進行優(yōu)化，實現(xiàn)了活性污

3、泥混合菌群中PHA合成菌的快速富集，提高了混合菌群的PHA產(chǎn)量。
　　基于PHA合成菌和好氧顆粒污泥都具有沉降快的特點，展開利用好氧顆粒污泥模式合成PHA的研究。在ADF工藝富集PHA菌群的基礎(chǔ)上引入沉降性能篩選作用對微生物加以選擇，在此運行模式下的活性污泥可以在反應(yīng)器運行30d后PHA含量達到58.3％。在此基礎(chǔ)上開展對比實驗，討論了沉降性能篩選模式與基于底物充盈-匱乏的生態(tài)篩選模式之間，不同的組合方式對PHA合成菌富集效果的影

4、響，實驗結(jié)果表明，引入沉降性能篩選后，活性污泥混合菌群中PHA合成菌數(shù)量顯著提高，且沉降性能篩選的持續(xù)施加有助于混合菌群的PHA含量提高。
　　在提出將沉降性能篩選與ADF工藝結(jié)合的基礎(chǔ)上，優(yōu)化沉降性能篩選對活性污泥的作用方式，提出了ADD新工藝用于PHA合成菌在混合菌群中的篩選和富集，并對底物濃度、周期、溫度、生物固體停留時間等工藝運行參數(shù)進行了優(yōu)化。本文提出了適合ADD工藝的沉降性能篩選強度系數(shù)Φ，并提出沉降性能篩選強度初始值

5、Φ0在0.8到0.9之間有利于PHA含量的提升。且通過實驗驗證了ADD工藝有助于提升混合菌群中PHA合成菌群的合成效率，也可以縮短PHA合成菌群的篩選富集時間，使得混合菌群整體合成PHA能力提高。
　　基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對ADD運行模式的多參數(shù)耦合作用下各參數(shù)對SBR反應(yīng)器中PHA含量影響(用來描述混合菌群中提高PHA合成菌富集效果)的敏感性進行了分析，得到了各影響因素對混合菌群PHA含量貢獻的定量關(guān)系。并且利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模

6、型，進行參數(shù)迭代計算，優(yōu)選出最佳運行參數(shù)組合并進行實驗驗證，得到在30d內(nèi)活性污泥混合菌群PHA產(chǎn)量為74.2wt%。以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，在底物充盈-匱乏(feast-famine)機制微生物細胞新陳代謝模型基礎(chǔ)上，得到適用于ADD運行模式的代謝模型。
　　利用優(yōu)化后的ADD工藝以餐廚垃圾產(chǎn)酸發(fā)酵液為底物對混合碳源PHA合成階段進行了研究。模擬餐廚垃圾發(fā)酵液中偶數(shù)碳源與奇數(shù)碳源分別占總碳源的77.4%(mol%)和18.7%(mol