以剩余污泥為原料合成聚羥基脂肪酸酯的研究.pdf

1、石油塑料產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常用材料，但是其造成的“白色污染”越來越嚴(yán)重，且消耗大量的不可再生資源。聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHAs)是一種具有較好發(fā)展前景的可完全生物降解塑料，具有與石油塑料產(chǎn)品相似的物化性質(zhì)和加工性能，是理想的石油塑料的替代品之一。但是目前PHAs的生產(chǎn)方式主要是純菌發(fā)酵，高額的生產(chǎn)成本極大的影響了PHAs的應(yīng)用。另外，隨著我國污水處理率的不斷提高，市政污水處理廠的剩余

2、污泥產(chǎn)量不斷增大，污泥的處置費(fèi)用大，若處理不當(dāng)極易造成二次污染。而剩余污泥不但含有豐富的微生物資源，并且其厭氧消化過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VolatileFattyAcids，VFAs)是一種生產(chǎn)PHAs的廉價(jià)優(yōu)質(zhì)碳源。因此，本研究以剩余污泥水解酸化過程中產(chǎn)生的VFAs為碳源、以馴化剩余活性污泥獲得的微生物菌群為菌種進(jìn)行PHAs的合成研究，目的是降低PHAs的生產(chǎn)成本同時(shí)實(shí)現(xiàn)剩余污泥的減量化與資源化。
　　 本文以城市污水處理

3、廠剩余污泥水解酸化產(chǎn)物為原料，研究了羅氏真養(yǎng)菌H16在水解酸化液中的生長(zhǎng)規(guī)律和PHAs積累特性，同時(shí)解析了H16對(duì)水解酸化液中各種有機(jī)酸組分的利用規(guī)律，并且采用五種提取方法進(jìn)行了提取實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:H16利用乙酸、丁酸等偶數(shù)碳的有機(jī)酸合成PHB，而丙酸、戊酸等奇數(shù)碳的有機(jī)酸是合成PHBV或者PHV的原料。當(dāng)以剩余污泥52℃厭氧水解酸化48小時(shí)的水解酸化液為培養(yǎng)基(C/N/P=100/10/1，TOC=2881mg/L，乙酸占總有機(jī)酸含量

4、48.9％)時(shí)，H16的最大PHAs積累率為12.51％，PHB為PHAs的主要形式;當(dāng)水解酸化液的主要有機(jī)酸組份為戊酸(C/N/P≈100/10/1，TOC=2358mg/L，異戊酸占總有機(jī)酸含量29.8％)時(shí)，H16中PHAs合成率達(dá)到32.14％，PHV為PHAs的主要形式。采用的PHAs提取方法包括次氯酸鈉-氯仿法、SDS-次氯酸鈉法、SDS-EDTA法、酸法、堿法等，最終通過比較各種方法的提取效率、提取PHAs產(chǎn)品的純度和提取

5、成本等條件，確定了SDS-次氯酸鈉法為較適合于H16所產(chǎn)的PHAs提取的方法。
　　 為了提高菌體在水解酸化液中的PHAs積累率，本文基于好氧瞬時(shí)供料的原理馴化活性污泥共獲得9個(gè)可以生產(chǎn)PHAs的菌群。通過豐盛-饑餓模式馴化活性污泥獲得了六個(gè)可以合成PHAs的菌群，具有較高PHAs合成能力的為S-150(1)菌群，該菌群在實(shí)驗(yàn)室富集培養(yǎng)基中的PHAs合成率達(dá)到59.2％，在實(shí)驗(yàn)室小試規(guī)模的水解酸化液中PHAs合成率為25.4％，

6、具有較高的應(yīng)用價(jià)值。采用限氮、限磷等營養(yǎng)限制法馴化活性污泥獲得了兩個(gè)菌群，分別為限氮菌群和限磷菌群，其PHAs合成率均只有7％左右，應(yīng)用價(jià)值不是很高。采用剩余污泥堿熱解液馴化活性污泥獲得菌群稱為堿解液菌群，其PHAs合成率為18％左右。通過以上馴化過程可知:活性污泥經(jīng)過一定的馴化均可獲得PHAs生產(chǎn)菌，將剩余污泥轉(zhuǎn)化成PHAs生產(chǎn)菌是一種新型、經(jīng)濟(jì)、綠色無污染的剩余污泥處置方法。
　　 S-150菌群生產(chǎn)過程中不需要滅菌，菌群在

7、水解酸化液中的PHAs生產(chǎn)能力較強(qiáng)，因此采用該菌群進(jìn)行PHAs發(fā)酵的中試研究。PHAs發(fā)酵中試研究包括5L發(fā)酵罐小試和100L規(guī)模的PHAs發(fā)酵中試，100L發(fā)酵罐中試分別進(jìn)行了間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵。通過7個(gè)批次的5L發(fā)酵罐小試運(yùn)行、5個(gè)批次的100L發(fā)酵罐間歇運(yùn)行和1次100L發(fā)酵罐連續(xù)運(yùn)行，獲得了一套中試運(yùn)行參數(shù)，積累了一定的中試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并且S-150菌群在間歇運(yùn)行過程中獲得了最高的PHAs積累率為59.4％，在連續(xù)運(yùn)行過程中獲得了