活性污泥合成聚羥基烷酯的條件優(yōu)化.pdf

1、由于傳統(tǒng)塑料的大量使用給環(huán)境造成了嚴(yán)重的“白色污染”，人們研究利用一種可生物降解的材料——聚羥基烷酯(PHA)來取代傳統(tǒng)塑料的使用，但是較高的價(jià)格限制了PHA的大規(guī)模使用。為了降低PHA的生產(chǎn)價(jià)格，近年來對利用混合菌種和多種有機(jī)底物合成PHA的活性污泥法進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)活性污泥在一定條件下也可以利用有機(jī)廢水合成PHA，大大降低了PHA的生產(chǎn)成本。但是與純菌種比較，PHA在污泥中的含量較低，使得PHA的提取較為困難。 利

2、用活性污泥合成PHA時(shí)，合成情況會受到運(yùn)行工藝、操作條件等因素的影響。為了提高活性污泥對底物的利用率，以及污泥中PHA的含量，本文利用好氧瞬時(shí)供料工藝，對活性污泥合成PHA的過程及工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。主要研究包括以下三個(gè)方面： (1)通過外加不同強(qiáng)度的磁場，改變加入反應(yīng)器中碳氮比例，研究不同磁場作用以及碳氮比的變化對活性污泥合成PHA的影響。尋求有利于PHA合成的最佳磁場強(qiáng)度和碳氮比例，對活性污泥合成PHA的運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化。

3、 (2)利用表面響應(yīng)法(RSM)，對活性污泥合成PHA的操作條件和營養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，來提高污泥中PHA的產(chǎn)量。選擇磁場強(qiáng)度、碳氮比例和初始pH進(jìn)行過程優(yōu)化，尋求這三者之間的相互作用關(guān)系，確定合成效果最好時(shí)三個(gè)因素的最優(yōu)點(diǎn)。 (3)通過在不同磁場強(qiáng)度下，改變底物中乙酸與丙酸的組成比例，觀察合成的共聚物中HB與HV比例與底物中乙酸與丙酸比例的關(guān)系，并對磁場作用的影響進(jìn)行探討，尋求對PHA組分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的途徑。 主要

4、研究結(jié)果如下： (1)反應(yīng)器外加0mT，3mT，7mT，11mT，16mT，21mT，25mT，30mT的恒穩(wěn)磁場時(shí)，磁場強(qiáng)度為7mT，底物對HB的轉(zhuǎn)化率最高；磁場強(qiáng)度為21mT，底物對HV的轉(zhuǎn)化率最高；底物對細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)化率隨著磁場強(qiáng)度的增加不斷減少，磁場的引入抑制了微生物的生長。 (2)改變加入碳氮比時(shí)，由于加入的氨氮量減少，微生物的生長量減少，有機(jī)酸用于PHA合成的量增加，使得細(xì)胞內(nèi)PHA含量增大。0mT反應(yīng)器在

5、碳氮比為200:1時(shí)，PHA含量最高為43.09％，7mT反應(yīng)器在不加氮時(shí)PHA含量最高為43.90％，21mT反應(yīng)器在碳氮比為100:1時(shí)PHA含量最高為44.47％。 (3)利用RSM得到的等高線圖描繪了磁場強(qiáng)度，碳氮比例，初始pH三個(gè)自變量之間的相互作用，以及對PHA合成的影響。降低磁場強(qiáng)度和增加pH能夠增加污泥中PHA的含量，并且當(dāng)碳氮比例為100時(shí)最適合PHA的合成。優(yōu)化得到的最佳PHA合成條件為：磁場強(qiáng)度11mT，

6、碳氮比為100:1，初始pH 9.0，最高PHA為39.8％。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化條件下PHA含量為39.6％，與預(yù)測值一致。 (4)底物中乙酸與丙酸COD含量比例為60:40時(shí)，底物的消耗速率達(dá)到最大值，外加磁場強(qiáng)度對底物消耗有促進(jìn)作用不同的磁場強(qiáng)度對PHA的合成會產(chǎn)生不同的影響，與不加磁場時(shí)相比，7mT的磁場強(qiáng)度時(shí)有更多的底物轉(zhuǎn)化為HB，21mT的磁場強(qiáng)度時(shí)有更多的底物轉(zhuǎn)化為HV，11mT的磁場強(qiáng)度時(shí)的底物轉(zhuǎn)化情況則介于7mT