剩余活性污泥合成聚羥基烷酸的可行性研究.pdf

1、目前多數(shù)廢水生物處理工藝的實(shí)質(zhì)都是將污水中的污染物質(zhì)變成不可溶的固體(污泥)或氣體(CO<,2>、CH<,4>等)以達(dá)到凈化廢水的目的.隨著人口和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,污水和污泥量將會(huì)急劇增加,對(duì)于污泥傳統(tǒng)的處理方法是填埋,該法占據(jù)大量空間且對(duì)土壤和地表水有潛在危害.另一棘手的污染是"白色污染",近年來(lái)塑料廢物污染已成為一個(gè)令人關(guān)注的問(wèn)題.1964年一種新的可生物降解塑料(PHB)首次在污水處理廠的活性污泥樣品中發(fā)現(xiàn),這一發(fā)現(xiàn)可為上述兩個(gè)問(wèn)題的解

2、決帶來(lái)了希望.眾多學(xué)者對(duì)聚羥基烷酸(PHA)產(chǎn)率的優(yōu)化做了研究,多數(shù)研究都是在現(xiàn)有工藝做的改進(jìn),例如:尋找新的廉價(jià)碳源和選取新的菌種,然而這些成果并沒(méi)有給PHA的商業(yè)化生產(chǎn)提供直接的指導(dǎo),1997年Chua等人提出一種新的合成PHA的方法,即在污水處理過(guò)程中,通過(guò)控制污水中的COD:N比可以合成副產(chǎn)物PHA,本文正是基于此成果而展開(kāi)的.本研究包括以下三部分,第一部分:建立一個(gè)處理污水的生物反應(yīng)器以合成PHA;第二部分:調(diào)整原水中的COD

3、:N以優(yōu)化PHA的產(chǎn)率;第三部分:以乙酸、丙酸、乙酸/丙酸為碳源在不同ORP下進(jìn)行發(fā)酵,以研究PHA的合成途徑.此外,研究中還測(cè)定了聚合物的熔點(diǎn).本試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)室模型的SBR反應(yīng)器中的活性污泥合成PHA,將原水中的COD:N比從60增加到360,微生物的合成PHA的能力增加但微生物的增長(zhǎng)量缺下降.細(xì)胞合成PHA的最大值為0.27g聚合物/細(xì)胞質(zhì)、PHA產(chǎn)率的最大值為0.09g聚合物/g碳源,此時(shí)污水處理系統(tǒng)的效果并未受到明顯影響.另外,

4、為進(jìn)一步優(yōu)化PHA的產(chǎn)率,建立了一套氮投加系統(tǒng),在每四個(gè)非投氮循環(huán)進(jìn)行一個(gè)投氮循環(huán)的運(yùn)行方式下,PHA產(chǎn)率的最大值為0.09g聚合物/g碳源,此時(shí)污水處理系統(tǒng)的剩余污泥量減少了23％.當(dāng)乙酸或丙酸作為唯一碳源時(shí),當(dāng)ORP為-30mV時(shí),細(xì)胞中PHA含量達(dá)到最小值為細(xì)胞干重的12％,當(dāng)ORP為+30mV時(shí),細(xì)胞中PHA含量達(dá)到最小值為細(xì)胞干重的35％.以乙酸/丙酸為碳源時(shí),維持ORP為+30mV,共聚物PHBV的含量、產(chǎn)率以及其中3羥基戊

5、酸(3HV)的摩爾百分含量最大值分別如下:25.8％、0.38％(g/g)和78.0％.以乙酸為唯一碳源時(shí),將發(fā)酵罐底物中ORP從-30mV增加到+100mV時(shí),PHBV中3HV的摩爾含量從0％增加到21％,即底物中DO的變化能改變共聚物的組成.以乙酸、丙酸作為單一或混合碳源時(shí),得到了一個(gè)假設(shè)的PHA的合成代謝模型,該模型假設(shè)在好氧和厭氧條件下,PHA的合成過(guò)程中包括TCA循環(huán)和糖酵解途徑,其中重要觀點(diǎn)就是氧氣是合成PHBV中3HV單體