活性污泥论文:活性污泥微生物合成PHA的研究
活性污泥法处理污水中的细菌菌群研究
活性污泥法处理污水中的细菌菌群研究随着城市化进程的快速发展,污水处理已经成为城市运行管理中必不可少的一环。
而污水中存在各种有害的生物和化学物质,为了使处理后的水质符合环保标准,科学家们借鉴自然规律,发明了活性污泥法。
活性污泥法成功应用于废水处理的过程中,并不断优化升级。
关于活性污泥中的菌群组成和特性,其实已经有过一定的研究。
下文将重点介绍活性污泥法在污水处理中的作用以及其菌群组成研究。
一、活性污泥法处理污水的基本原理活性污泥法(Activated Sludge Process,ASP)是用微生物将有机物质转化为无机物的一种方法,是目前最为常用的污水处理技术之一。
其原理是在混合式污水曝气池中,通过牵引空气使活性污泥充分接触,在此过程中由细菌,真菌,原生质和微型动物等微生物施行生物降解,将有机污染物降解为无机物,然后向渣水池间接排放或用来灌溉农田等。
活性污泥池内的微生物通过吸附、胞内吞噬、过滤和分解等方式,对待处理污水中各种有机和无机物质进行了有效的去除和处理,这种污水处理方式具有高效性、经济性和稳定性等优点。
二、活性污泥中的微生物群落活性污泥是一种复合细菌群体,由多种微生物组成,包括了广谱菌、兼性厌氧菌、好氧菌、厌氧菌、铁细菌、泥炭菌、酵母菌、放线菌、藻类、细菌吞噬者等。
其中,好氧菌、厌氧菌和兼性菌是最为重要的群体,在活性污泥处理污水中扮演着关键的角色。
1、好氧菌好氧菌生长需要氧气和其他养分,是活性污泥中最主要的细菌群。
活性污泥处理污水过程中,好氧菌可分为异养菌和自养菌,异养菌是通过吸附/附着生长,处理可生化污水中溶解的有机物质,如葡萄糖,乙醇,氧化快,梅酚等,自养菌直接汲取氧气作为电子受体、从而氧化处理污水中有机物质。
2、厌氧菌厌氧菌需要低氧气环境下生长,利用氧化亚氮、硝酸根、硫酸根等作为电子受体,可以将有机物质分解为简单的无机离子和小分子化合物。
厌氧菌处理污泥中的有机物质,可以产生较好的硝化效果。
微生物制PHA(聚羟基烷酸酯制备)
提高微生物合成PHA能力,改
变PHA单体组分,消除解聚组 织
碳源
占成本的一半,影响产物的性能与产率
实验测量:使用多种有机酸利用工业废弃物,尤其是从废水中提取的活性污泥
2、利用食品加工废弃物,如乳清,同时也有利用食品 垃圾,榨油废弃物作为底物的想法
微生物聚羟基烷酸酯制 备技术进展
聚羟基烷酸酯
细胞内含物 可完全生物降解 石油基塑料的理想代替品 医药领域 减少白色污染 减少石油消耗 废物再利用 产量少 价格贵 机械性能 亲水性
合成方法
细菌合成法—原核微生物在
受到某种基本营养成分的供 给限制时,将过量碳源以碳 源和能源形式储存而,积累 量可占到细胞干重的 30%~80%。
效率最高,丁酸次之,乙酸丙酸利用滞后。也有利用植物油、糖浆、 乳清来生产的做法
细胞浓度和产物 PHAs 的含量都 相对较低,同时也存在着发酵周期 长、产物分离纯化难度相对大难点
发酵
发酵使得原料转化为易被吸收的有机酸,为生产提供良好环
境。
高密度发酵法:提高细胞密度、增加胞内产物含量、缩短发
酵周期可以有效地提高生产强度。(控制有机酸浓度不能过 高。)
转基因植物—将合成路径引
入植物 ,利用 CO2 为碳源 , 太阳能为能源合成 ,降低生 产成本 。大部分累积的 PHAs 含量都很低
化学合成法—成本高 基因合成法—难实现
菌种
光能与化能、自养与异养(65
个属300多种)
自养合成量低(10%以下)、
异养合成量高(可达80%)
获得新的菌种:野生菌种、基
丙酮法、蛋白酶+错流超滤法
活性污泥法合成可生物降解塑料的工程化可行性探讨
是 同分 异构体 。
乙 酸
乙酸盐
丙酸盐
A
丁酸盐
HB HV
图 3 乙酸 盐 、 酸盐 、 酸 盐 和戊 酸 盐 合成 P A的 途 径 丙 丁 H
注 : V 为 P MV 的 单 体 x和 2 HM H2 l x分别 表 示 1和 2 单 体 。 个
用污 泥积 累生产 P HA 的 可 能 性 。 活 性 污 泥 法 因 独
高温 、 干燥 , 在 H 。 紫 外 辐射 和渗 透 压 等 ) 生 存 O、 而 物 积 累的一种 可作 为微 生物胞 内碳 源 和能 源 的颗 粒
态 内储 物 。
由于废水 生物 处理 工艺 的多样 性 和活 性 污泥 生 物 群落结 构 的复 杂 性 , 致 活性 污 泥 系 统 具 有 不 同 导
具 有 很 好 的 推 广 价值 和应 用 前 景 。
关键词
P HA
活 性 污 泥 F a t a n 机 制 e s- mie F
塑 料 因具有质 轻 、 强度高 、 耐腐 蚀及 磨 耗性 和 价 格 低廉 等优 势而 被 广 泛 应用 于 人 类 日常 生 活 、 工农 业 生产 以及 科 研 领 域 。然 而 , 料 废 物 以 每 年 近 塑 25 0 t 0 万 的速 度 在 环 境 中积 累 , 成 了严 重 的 “ 造 白
变 , 而驯 化 和 富集 出具 有 贮 存 P 从 HA 功 能 的 优势 菌 种 , 机 制积 累 P 此 HA 的能力 强 而 稳定 , 目前 研 是
究 最 为热 门 、 最有 前 景 和最 具 工 程 化运 用 可 能 的新
技术。
污泥厌氧发酵及污泥发酵液产PHA的研究
河南科技Henan Science and Technology 地球与环境总773期第三期2022年2月污泥厌氧发酵及污泥发酵液产PHA的研究陆已畅程家齐王重阳(河南大学迈阿密学院,河南开封475000)摘要:随着“限塑令”政策的升级,生物可降解塑料的研发和推广成为当下热点。
聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为一种新兴的生物可降解塑料,有着无限的潜力。
利用剩余污泥来生产PHA,不仅节约成本,还有很好的环境效益,实现了废弃资源的再利用。
本文主要针对污泥厌氧发酵以及菌种合成PHA的影响因素进行分析,阐述当前剩余污泥发酵液产PHA的研究进展,并对污泥厌氧发酵产PHA的发展前景进行展望。
关键词:聚羟基脂肪酸酯;厌氧消化;挥发性脂肪酸;剩余污泥中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:1003-5168(2022)3-0116-04 DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2022.03.027Review on Anaerobic Fermentation of Sludge and PHA Productionfrom Sludge Fermentation LiquidLU Yichang CHENG Jiaqi WANG Chongyang(Miami College,Henan University,Kaifeng475000,China)Abstract:With the upgrade of the policy of"limit plastic",the research and promotion of biodegradable plastics has become a hot topic.Polyhydroxyalkanoates(PHA),as a new biodegradable plastic,has infi⁃nite ing surplus sludge to produce PHA not only saves cost,but also has good environmental benefits,realizing the reuse of waste resources.In this paper,the influence factors of sludge anaerobic fermentation and PHA synthesis of bacteria were analyzed,the research progress of PHA production from surplus sludge fermentation liquid was described,and the development prospect of sludge anaerobic fer⁃mentation PHA production was prospected.Keywords:PHA;anaerobic digestion;volatile fatty acids;activated sludge0引言据统计,目前我国城市污水处理厂达到4140座,截至2020年底,我国城市污水处理厂日处理能力为1.90亿m3,污水处理总量为559.2亿m3[1]。
基于CiteSpace_的PHA_研究进展与热点分析
第45卷第1期包装工程2024年1月PACKAGING ENGINEERING·81·基于CiteSpace的PHA研究进展与热点分析杨雪,魏风军*(河南科技大学艺术与设计学院,河南洛阳471023)摘要:目的直观把握PHA相关领域的研究进展和热点,推动PHA领域的发展。
方法以CNKI与Web of Science数据库中近10年的相关文献为对象,采用文献计量方法,使用CiteSpace软件绘制PHA研究知识图谱。
结果相关文献的年度发文量不断上升,国内外学术界对PHA领域的关注度越来越高,国际PHA领域的跨单位合作比国内更广泛。
该领域的研究力量遍布全球,其中清华大学、葡萄牙里斯本新大学、马来西亚理科大学、昆士兰大学、布尔诺理工大学等机构的贡献突出、影响较大,陈国强是该领域发文量最多的学者。
通过分析关键词可知,目前对PHA的关注重点主要集中在力学性能、生物降解、混合菌群、活性污泥、除磷脱氮等方面。
结论在未来的PHA研究中,PHA的增强改性、在活性污泥中提取PHA及生物法合成PHA仍是研究热点。
关键词:聚羟基脂肪酸酯;知识图谱;文献计量法;可视化分析中图分类号:TB324;G353.1 文献标志码:A 文章编号:1001-3563(2024)01-0081-10DOI:10.19554/ki.1001-3563.2024.01.010CiteSpace-based PHA Research Progress and Hot Spot AnalysisYANG Xue, WEI Fengjun*(School of Art and Design, Henan University of Science and Technology, Henan Luoyang 471023, China)ABSTRACT: The work aims to intuitively master the research progress and hot spots in PHA-related fields and promote the development of PHA field. With the related literature in CNKI and Web of Science in the past ten years as the objects, the knowledge map of PHA research was drawn by the CiteSpace software with the bibliometric method. The annual number of publications of related literature increases continuously, the academic communities in China and abroad are paying more and more attention to the PHA field, and the cross-unit cooperation in the international PHA field is more extensive than that in China. The research power in this field is spread all over the world, among which Tsinghua University, NOVA Univ Lisbon, University of Science Malaysia, University of Queensland, and Brno University of Technology are prominent in their contribution and influence. CHEN Guoqiang is the scholar with the largest number of publications in this field. Key word analysis shows that the current focus of attention on PHA is mainly concentrated on mechanical properties, biodegradation, mixed flora, activated sludge, phosphorus and nitrogen removal. In the future research, enhanced modification of PHA based on increasing its structural diversity, extraction of PHA in activated sludge and biological phosphorus removal and nitrogen removal, biosynthesis of PHA, and mixed bacterial colony fermentation will be the future research trends in the field of PHA.KEY WORDS: polyhydroxyalkanoate; knowledge map; bibliometric method; visual analysis收稿日期:2023-10-30基金项目:国家自然科学基金(51675162)·82·包装工程2024年1月高分子材料具有质轻、加工性优、阻透性好、成本低等优势,与金属材料、无机非金属材料并称为三大材料。
食品工厂活性污泥积累生物降解塑料PHA的研究
第2 8卷 第 8期 杨 幼 慧 等 : 品 工 厂 活 性 污 泥 积 累 生 物 降 解 塑 料 P A 的 研 究 食 H
食 品 工 厂 活 性 污 泥 积 累生 物 降 解 塑晖 钟 士 清 余 海 虎 。
脂 2 / , H7 0 0g L p . 。 ( ) 白胨 2 8 / 葡 萄 糖 1 / , 2蛋 . 5g L, 0g L 琼
脂 2 g L p .。 0 / , H7 0
1 2 2 模 拟 废 水 ..
潜 力 J 。食 品 工 厂 的 废 水 含 有 高 浓 度 有 机 物 , 要 进 行 处 理 才 能 排 放 。 在 处 理 的 同 时 需 产 也 究生大 量 的 剩 污 泥 , 需 进 行 厌 氧 分 解 或 报 告余
P HA生 产 成 本 的 有效 途 径 。 据 报 道 , 已发 现 活性 污 泥 可 积 累 P HA, 发 酵 生 产 P 有 HA 的
( ) 萄 糖 2 / ,酵 母 膏 1 5g L 1 葡 0g L . / ,
Mg O4 7 O 0 0 / , S ・ H2 . 5 L KH2 O4 5 / , g P L 琼 0. g
葡 萄 糖 1 / ( - )S . 5g L 0 g L, NI4 2 O40 2 / , I KH2 O . 5 g L 微 量 元 素 液 [ l / , P 40 2 / , mL L
p 7. H 2~ 7. 4。
研
丑 性 污 泥 以 食 品 废 水 为 原 料 发 酵 生 产 的活
结 果 表 明 , 同 来 源 活 性 污 泥 自然 积 累 P 不 HA 的 能 力 有 较 大 差 异 , 广 州 广 美 食 品 厂 能 力 最 以
利用活性污泥合成PHB的实验研究
SCt EN CE & TE CHN0LOGY l NF ORMATI ON
工 业 技 术
利 用活性 污泥 合 成 P H B的 实验研 究
丁 多 霖 ( 南京林 业大学 江苏南 京 2 1 0 0 3 7 )
摘 要: 活性 污泥是微 生物群体及 它们所依附的有机物 质和 无机糟质 的总称 , 其 中的许 多细菌都能 累积聚一D羟丁酸 膏( P H B ) , P H B 是 相客 性较好 的生物材料, 不仅具有 高分子材 料的热塑性 , 还 能以可再生生物资 泺为基本 生产原料, 刺成 易降 解的且无毒 的医 用塑料嚣皿和 外科 用的手术针和鼍 线, 具 有 重 要 的 使 用价 值 。 因 而 如何 合 理 利 用 活 性 污 泥 合 成P H B 具 有 重要 的 囊 实意 叉 , 本 文 以 实验 宣微 生 物 合 成P H B 的 原 理 为着曩 点, 进一 步来进行活 性 污泥合 成P HB的实验 研 究, 以寻找 资源化 利用活性 污泥的 离效途径 。
养供应物生长时 , 会 积 累大 量 聚 羟 基 烷 酸
消耗 9 1 . 4 %, 其中5 3 . 4 %的乙 酸 钠 被 转化 为
P HB, 仅 3 . 1 %乙 酸 钠 用 干 合 成 污 泥 活 性 生 物
合成 大分 子 聚 合 物 P HB的 生 长 形 式 , 表 现
为非 平 衡 生 长 , 其 生 长 主 要 是 由干 活 性污 量 , 供污泥生长 。 可见, 经 好 氧 菌 驯 化 后 的 泥细 菌 细 胞 内 储藏 PHB引起 的 。 为 了 进一 活 性 污泥 在 一 定 条件 下 有 着很 好 的 P HB 合 一种有效途径 。 总之 , P HB作为 一 种 生 物 可 降 解 塑 料 ,
[doc]活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展
活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展综述与专论?生物技术通报BloTECHNoLoGYBULLETIN2009年第6期活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展黄媛媛(河北省生物研究所,石家庄050081)摘要:聚羟基脂肪酸(PHAs)是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展,包括合成PHA的主要微生物,碳源及影响PHA积累的因素.关键词:聚羟基脂肪酸酯活性污泥影响因素StudyofPolyhydroxyalkanoatesProductionbyActivatedSludge HuangY uanyuan(HebeiInstituteofBiology,Shijiazhuang050081)Abstract:Polyhydroxyalkanoate(PHA)arepolyestersofhydroxyalkanoates,whicharesynthesizedbynumerousbacteriaasin—tracellularcarbonandenergystoragecompoundsandaccumulatedasgranule sinthecytoplasmofcells.PHAhavebeenrecognizedas oneofnewcandidatesforproducingbiodegradableplastic.Theuseofactivate dsludgecanreducetheproductioncostofPHAandthe environmentalpollution.Inthispaper,themainmicroorganismandcarbonso urceofsynthesisPHAandtheinfluentialfactorofPHAwerereviewed.Keywords:Polyhydroxyalkanoate(PHA)ActivatedsludgeInfluentialfacto r聚羟基脂肪酸脂(polyhydroxyalkanoate,PHA)是很多细菌合成的一种细胞内聚酯,在生物体内主要是作为细胞内碳源性物质而存在的.具有生物相容性,光学型,压电性,气体相隔性等多种优秀性能.由于它的力学性能与某些热塑性材料如聚乙烯,聚丙烯类似,并且可以完全降解进入自然界的生态循环,因而被认为是一种”生物可降解塑料”.目前PHA已经可以通过真养产碱杆菌进行工业化生产,但成本太高.活性污泥是废水处理系统中自然形成的微生物与有机物的聚集体,含有大量的PHA合成菌,可以用来生产PHA,实现剩余活性污泥的资源化利用.1974年Wallen首先从活性污泥中获得了聚羟基脂肪酸酯(PHA),为利用活性污泥生产PHA奠定了基础.1聚羟基脂肪酸脂(PHAs)的生物合成1.1合成PHAs的主要微生物表1合成PHA的微生物菌种中文名称菌种中文名称Actinomyces放线菌属Methylotrophs甲基营养菌属Alcalienes产碱杆菌属Methylosinus甲基弯曲菌属Azospirillum固氮螺菌属Micrococcus微球菌属Azotobacter固氮菌属Protomonas原单胞菌属Bacillus芽胞杆菌属Nocardia诺卡氏菌属Beggiatoa贝日阿托氏菌属Paracoccns副球菌属Chromobacterium色杆菌属Pseudomonas假单胞菌属Clostridium梭菌属Rhizobium根瘤菌属Corynebacterium棒杆菌属Rhodococcus红球菌属Derxia德克斯菌属Rhodopseudomonas红假单胞菌属Ectothiorhodospira硫红螺菌属Rhodospirillum红螺菌属Ferrobacillus亚铁杆菌属Sphaerottilus球衣菌屑Halobacterium嗜盐杆菌属SpiriUum螺菌属Hydrogenomonas氢单胞菌属Streptotilus链霉菌属Hyphomicrobium生丝微菌属Vibrio弧菌属Lampropnedia生丝微球菌属Xanthobacter黄色杆菌属Methanomon4~s甲烷单胞菌属Zoogloea动胶菌属Methylobacterittm甲基杆菌属细球菌属红色无硫菌属收稿日期:2008—12-24作者简介:黄缓缓(1980.),女,河北省保定人,硕士,主要从事微生物和分子生物学研究生物技术通报BiotechnologyBulletin2009年第6期能合成PHA的微生物分布极为广泛,包括光能和化能,自养和异养菌共计65个属中的近300种微生物.这些微生物能利用不同的碳源合成PHA.例如,利用苏丹黑或尼尔兰等亲脂染料,可以容易地区分PHA合成菌和非PHA合成菌.目前研究较多的,用于合成PHA的微生物见表1.合成PHA的菌属非常多,不同的菌属对底物的要求,所合成PHA的结构,产率甚至合成机制均有很大差别.它们分别利用不同的碳源产生不同的PHA,如糖类,脂肪醇,脂肪酸,碳氢化合物甚至二氧化碳和氢气的混合气体都可作为碳源.1.2PHA的发酵培养方式批式补料方法是PHA生产中最常用的发酵手段.两步培养法也经常使用,尤其是对于那些在限制营养元素条件下积累PHA的菌种¨.某些菌种在合成PHA时不需要限制营养元素,其PHA合成与细胞生长相关,如Bacillussp,A.vinelandii和重组E.coli”.最近,相关研究开发出了利用多波长荧光检测器在线监控发酵过程的方法,可以更好地优化批式补料发酵方法¨.细菌的PHA组成是另一个依赖于发酵过程的元素.一般来说,PHA的单体结构使相应的合成菌对碳源依赖性非常大.在一些假单胞菌中,使用不同的碳源会发现有很多新的PHA单体被合成,这些相关碳源会使合成的PHA 单体末端包含相应的功能基团¨.进一步的筛选结果表明,PHA的合成很大程度上是底物依赖性的,当提供了合适的碳源后,很多细菌就能够合成PHA.所以,当需要一些特殊结构的PHA时,具有相似结构的相关碳源就需要作为发酵的碳源. 2活性污泥合成PHA的工艺介绍2.1PHA在活性污泥模型中的作用随着对PHA研究的深入,国际水质协会关于活性污泥模型(ASM)的建立也开始考虑内存物质如PHA的作用,并在除ASM1之外都加入了PHA在活性污泥中的作用参数,这部分内容还需进一步研究, 尤其是对于特殊运行方式的活性污泥系统中PHA 的作用更值得特别注意.深入研究PHA在此类活性污泥中的作用,对建立适应特定环境的活性污泥模型很有参考价值.由于运行条件以及环境因素的影响,不同的城市污水和实验室活性污泥中的异养微生物是不同的,包括能够和不能贮存基质两类; PHA的比生产速率受到能积累PHA异养微生物的数量及活性的影响,ASM3中定义的贮存速率为常数不具有普适性.2.2乙酸,葡萄糖等作为碳源传统的PHA合成工艺常采用乙酸,葡萄糖等作为原料,经SBR反应器驯化后得到具有高PHA贮存能力的微生物.Dionisi等¨采用厌氧/好氧SBR工艺,以几种溶解性底物,包括乙酸钠,乙醇,葡萄糖,谷氨酸,丙酸钠,淀粉,酵母提取液以及tween80组成的混合物驯化活性污泥,进行PHA积累的研究.结果表明,SBR中高基质浓度梯度的存在使COD主要在厌氧条件下迅速得到去除.这种情况下,只有一种丝状菌能够积累PHA,积累内存物质与碳源种类有关,PHA/乙酸盐为30%.Taka—batake等叫以乙酸盐作为惟一碳源物质研用好氧序批式实验究了日本东京几个污水厂产的潜力,研究结果表明活性污泥积累PHA的平均含量在18.8%,变化范围为6.O%~29.5%.张伟等从污水处理厂回流池废水中分离到的北京红篓菌(Rcs.pekingensisstrain3.P)能够以乙酸,丙酸,丁酸,琥珀酸等为碳源合成PHB,以乙酸为碳源合成PHB可达细胞干质量的60%.羊依金等通过在城市污水中添加乙酸对活性污泥进行驯化,使PHA占细胞干重的百分比由29%提高到37%.2.3有机废物作为碳源采用价格低廉的有机废物作为碳源,如厨余垃圾,农业和食品工业废水,市政污水等,将有效降低PHA生产成本¨.杨幼慧等研究表明,不同来源活性污泥自然积累PHA的能力有较大差异,工厂活性污泥经过驯化,发酵后,均可有效富集PHA积累菌,PHA产量大幅度提高.陈国强等用废糖蜜为原料生产PHB,用水解淀粉为原料生产PHB和PHBV,实现了世界上首次规模化生产第三代PHA-羟基丁酸共聚羟基乙酸酯(PHBHHx),且用基因工程菌埃希氏杆菌和廉价淀粉水解糖碳源合成PHB,细胞干重达200g/L,PHB含量在80%以上.田卓玲等用废啤酒酵母自溶液合成PHB,能降低生产成本.Chua等提出厌氧-好氧活性污泥法生产PHA的理论工艺模型,该模型以传统的活性污泥法2009年第6期黄媛媛:活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展61处理污水为基础,分为传统的活性污泥污水处理工艺和厌氧.好氧PHA生产工艺两部分.传统活性污泥法工艺产生的剩余污泥部分用于PHA生产,碳源则利用工业废水等有机废物,可同时做到污水有效处理和PHA合成成本的降低,具有良好的可行性和工业应用前景.3活性污泥积累PHA的影响因素3.1氧在PHA合成中的最优化研究发现,微生物吸收乙酸转化为PHB的效率与氧浓度密切相关.氧是合成A TP,将乙酸转移到细胞内的必要条件,但浓度过高又会限制PHB的生成.在氧限制条件下,乙酸转化为PHB的量(YPHB/AC)为0.68Cmol/Cmol,而在氧过量时, YPHB/AC降至0.48Cmol/Cmol.因此,要提高基质的吸收速率以及PHB生成水平,可以通过氧供给量来实现.限制氧浓度可以在微生物生长量最少时优化PHB产量.初步估计,DO浓度近似于氧半饱和常数K,比较适用于乙酸型废水.而一些含糖类,磷或脂肪酸的废水的氧控制需要进一步研究. 同时,在基质缺乏(famine)段和基质充足(feast)段均保持低DO浓度,可以减少曝气花费,降低生产成本引.3.2pH值对PHA合成的影响研究发现,pH≥8时有利于用合成废水驯化的活性污泥生产PHA.Chua等发现pH值在7~8范围内,驯化阶段污泥合成PHA能力不受pH值影响,这也说明活性污泥可以稳定合成PHA.但序批实验发现,在pH值为6和7时,PHA少于污泥干重的5%,几乎可以忽略;而在pH值为8和9时, PHA合成显着提高,PHA可达污泥干重的25%~32%.pH值对PHA合成的影响可解释为:低pH值条件下,为维持平衡,乙酸大部分为不离解状态, 未离解的乙酸很快扩散进入微生物细胞,然后离解产生质子负荷,使胞内环境pH值降低,从而不利于PHA生产.Serafim等则发现不控制pH值,合成的PHB含量为47.5%,而pH值为7.0和8.3时合成的PHA含量分别为27.5%和39.8%.认为可通过不控制pH值或控制pH值在较高时,提高PHA 产量.并且提出从工艺角度考虑,不控制pH值将减少过程控制的复杂性和运行费用.3.4温度对PHA合成的影响相关研究结果表明:在经过一定时间的驯化并保证反应器内维持一定量的生物体的情况下,低温环境更有利于聚磷菌除磷,温度不但对于微生物的活性有所影响,而且还对于微生物的代谢模式有所影响.在低温情况下,聚磷菌积累的内存物质PHA较多,但是其所消耗的糖原则相对较少,说明可能存在不同于以前所描述的以糖原作为EBPR工艺的还原力来源的代谢模式.而通过研究温度对于采用SBR运行方式的活性污泥积累PHB的影响发现,PHB的生成速率随着温度的升高而降低,主要是因为温度高时同化速率高的原因Ⅲ.4展望利用活性污泥生产PHA可实现污泥的资源化利用,减少其对环境的二次污染,具有广阔的发展前景.为了进一步提高PHA产量,降低生产成本,使其工业化生产,可以从活性污泥合成PHA过程中的温度,pH值,含氧量方面深入研究.致谢:宋水山研究员对本文给予了修改和指正,特此表示感谢!.参考文献ReuschRN,SadoffHL.ProcNatlAcadSciUSA,1988,85:4176~418O.LemoigneM.BullSocChemBiol,1926,8:770—782.AndersonAJ,DawesEA.MicrobRev,1990,54:450~472. LeeSY.BiotechBioeng,1996,49:1—4.汤洪敏.贵州大学(自然科学版),2002,19(3):268~273.沈耀良,废水生物处理新技术理论与应用.北京:中国环境科学出版社出版,1999,201,215—216.MorgenrothE,SherdenT,V anLoosdrechtMCM,eta1.WatRes, 1997,31(12):3191~3194.WallenI,RohwoWK.EnvironSciTechnol,1974,20(8):576—579.9羊依金,李志章,张雪乔.化学研究与应用,2006,18(9): 1015—1021.10陈国强,张广,赵锴,等.无锡轻工大学,2002,21(2): 197—208.11SudeshK,AbeH,DoiY.ProgPolymSci,2000,25:1504~1555.(下转第74页)1234567874生物技术通报BiotechnologyBulletin2009年第6期(上接第61页)12WuQ,HuangHH,HuGH,eta1.AntonievailLeeuwenhoek, 2001,80:111~118.13PageWJ.ApplMicrobiolBiotechnol,1992,38:117—121. 14LeeJ,LeeSY,ParkS,eta1.BioteehnolAdv,1999,17:29—48. 15CHenGQ,WuQ,XiJZ,eta1.NatrSci,2000,10:843~850. 16ChenGQ,WuQ,ZhaoK,eta1.ChineseJPolymSci,2000,18: 389—396.17魏书斋,孙静,刘丽丽.山东水利,2007,(8):29~32.18王琴,陈银广.环境科学与技术,2007,30(5):111~114. 19DionisiD,LevantesiC,RenziV,eta1.WatSciTech,2002,46(1 ~2):337~344.20TakabatakeH,SatohH,MinoT,eta1.WatSeiTeeh,2002,45 (12):119~126.21张伟,姜成英,戴欣,等.微生物学通报,2004,31(1):26—29..222324262728杨幼慧,伍朝晖,等.食品与发酵工业,2002,28(8):5—8.陈国强,吴琼.精细与专用化学品,2001,18:22—25.田卓玲,于慧敏,沈忠耀,等.食品与发酵工业,2005,29 (5):1~6.ChuaASM,HirooT,HiroyasuS,eta1.WatRes,2003,37:3602 —3611.KatieA T.MarkN,RalfC.BioteehBioeng,2003,82:238~250. 吴光学,管运涛.环境科学,2005,26(2):126~130. SerafimLS,LemosPC,OliveiraRF,eta1.BioteehBioeng,2004, 87(2):145~160.。
污水厂活性污泥法中微生物.doc
活性污泥法中微生物作者:石志杰单位:石家庄高新区供水排水公司日期:2010年10月6日摘要:污水处理中,大多采用活性污泥法,而这种方法是通过微生物降解污水中的有机物质,使污水得到净化。
因此生物池中污泥所含微生物的数量及种类直接关系到出水水质,也给污水处理过程中工艺的调整起到了指示的作用。
关键词:工业污水、活性污泥、微生物一、引言:随着国家对环境污染冶理力度的加大,各污水处理厂的治理力度也在加大。
石家庄高新区污水处理厂是以UNITANK活性污泥法来处理污水的,因其进水中工业废水比重较大,而且有一部分污水是经过企业处理后才排放的,且碳氮磷的比例失衡,因此,不利于污水的进一步处理。
为了监控活性污泥的性状及调整工艺的需要,除了检测污泥的MLSS,SV30,MLVSS 等指标外,还重点监测了活性污泥中的微生物。
通过几年的观察,我们掌握了微生物随进水水质及温度等变化的状况,这些为我厂的工艺调整提供了科学依据。
二、活性污泥的概念及作用机理1、活性污泥是指;由细菌、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的污水净化功能的菌胶团。
2、活性污泥去除污水中有机物的作用机理(1)吸附阶段:由于活性污泥具有巨大的表面积,而表面上含有多糖类的粘性物质,导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。
(2)分解并稳定阶段:活性污泥中的微生物通过吸收营养物质来合成细胞组分,营养物质在生物体内进行产能代谢,产能代谢所产生的能量,供合成细胞组分及维持生命活动之用。
也正是通过微生物的新陈代谢作用,活性污泥将有机污染物转化为稳定无机物,从而达到净化的目的。
处理后出水水质的好坏同组成活性污泥的微生物的种类,数量及活性有关。
三、微生物的生长环境1、营养比微生物的生长,需要有合理的营养比,这个比例为碳:氮:磷为100:5:1,而我厂进水中工业废水占到70%以上,相应的生活污水所占比重较低,微生物生存所需的碳氮磷的比例不协调,通过大量的实验(如表1所示),测出我厂碳:氮:磷为(37-68.1):(13.3-24.3):1。
活性污泥混合菌群利用污泥水解液合成PHA的性能研究
活性污泥混合菌群利用污泥水解液合成PHA的性能研究聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)是微生物在胞内合成的一种储存能量的生物聚酯。
当微生物所处的外界生长条件不平衡时,微生物就会把多余的碳源转化成PHA存储起来。
PHA具有与石油基塑料聚氯乙烯类似的物理性质,且具有生物降解性、生物兼容性,是传统塑料的绿色替代品。
因底物昂贵、对无菌环境的要求,工业生产的PHA价格比普通的工业合成塑料高4-9倍。
将富含VFAs的污泥水解液作为底物代替工业中昂贵底物,以经过驯化的活性污泥代替纯菌发酵,将大幅降低PHA费用,还会为污水处理厂带来一定的经济效益,间接降低污泥处置成本。
本研究旨在探索出使PHA合成性能更加高效稳定的富集反应器运行模式与底物结构。
比较了三种典型的富集反应器类型的产PHA性能。
试验结果表明,SBR#3富集反应器的模式(高负荷、短周期、短SRT)与SBR#1(低负荷、长周期、长SRT)和SBR#2(高负荷、长周期、短SRT)相比,其混菌系统对不同C/N的废水产PHA有着更广泛的适应能力,在含氮磷的条件下可以实现菌体生长和PHA合成的同步运行,显著提高了PHA产率。
试验表明SBR#3在限氮磷条件下反应7.5h后,PHA产率可达到1.64g PHA/g X0;在SBR#3的运行模式下,丁酸类型驯化SBR内混菌产PHA的能力与稳定性比丙酸型更强,在限氮磷和高氮磷时,最高PHA含量可分别达到67.87wt%和69.25wt%,丁酸型SBR内微生物转换底物后PHA含量仅下降了0.35wt%,而丙酸型SBR内微生物转换底物使PHA含量下降了12.47wt%。
本研究利用T_RFLP与高通量等检测手段来监测各个反应器运行过程中和产PHA批次试验中群落结构的变化。
试验结果表明,不同运行策略导致反应器内优势种群不同,群落结构在运行过程中是动态变化的。
底物组成对种群类型影响不大,但是对种群的相对丰度影响显著。
活性污泥论文:活性污泥微生物合成PHA的研究
活性污泥论文:活性污泥微生物合成PHA的研究【中文摘要】聚-β-羟基烷酸(PHA)是一类由微生物在生长受限的条件下合成的储藏性物质。
它既具有与传统塑料相似的热塑性,又具有可降解性,是理想的石化塑料替代品。
目前PHA已通过纯菌发酵方式实现商业化生产,但由于纯菌利用的底物价格昂贵,发酵设备又需灭菌处理,因此提高PHA的生产成本为石化塑料的4-9倍,较高的生产成本阻碍了其进一步推广应用。
研究发现用于污水处理的活性污泥微生物能够合成PHA,且活性污泥可利用的底物种类丰富、来源广泛,培养设备不需灭菌,因此利用活性污泥生产PHA越来越多地受到人们的关注,并成为研究的热点。
本课题主要针对活性污泥驯化培养和PHA 生产两个阶段进行研究。
首先在活性污泥的驯化阶段,比较了两种不同培养方式的驯化效果,确定较优方式,并在较优方式的培养下考察了碳源组成对驯化效果的影响。
然后在PHA生产阶段,分别对比了利用三种碳源组成配水培养时不同氮、磷供给方式对PHA生产的影响,确定了较优方式,并进一步在较优供给方式培养下考察了碳源组成对PHA生产的影响。
在对群落结构的研究中,采用16Sr DNA文库与T-RFLP技术对活性污泥中细菌种群结构进行了确定和分析。
研究结果表明,针对活性污泥驯化阶段,本研究在单阶段驯化模式的基础上提出了双阶段驯化模式,通过对比驯化效果发现双阶段模式更适于培养高PHA合成能力的活性污泥。
双阶段模式下乙酸的利用速率比单阶段模式提高了210%,污泥浓度增加了125%,PHA含量能在更短的时间内达到峰值。
进水碳源组成不同导致驯化效果不同:进水乙酸钠浓度为20mM/L、丙酸钠浓度为10mM/L时,活性污泥合成PHA能力最强,PHA 合成量为0.48g PHA/g碳源。
针对PHA生产阶段,对直接降低氮、磷供给的方式进行改进,提出了逐渐降低氮、磷供给的方式;对比两种方式促进PHA积累的效果发现,逐渐降低方式的效果更显著,PHA含量提高到污泥干重的38.00%,而直接降低方式下最高PHA含量仅为12.02%。
利用混合菌群活性污泥法实现生物可降解塑料PHA的合成
生态环境 2005, 14(6): 967-971 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目:国家建设部2005年科学技术项目(05-K2-8);北京市教育委员会科技发展计划重点项目(KZ200410016017);北京市留学人员科技活动择优资助项目(2005)作者简介:郝晓地(1960-),男,教授,博士,主要从事可持续环境生物技术研究,发表国外SCI 期刊论文20余篇、国内核心期刊论文40余篇。
收稿日期:2005-06-21利用混合菌群活性污泥法实现生物可降解塑料PHA 的合成郝晓地,朱景义,曹秀芹北京建筑工程学院可持续环境生物技术研发中心,北京 100044摘要:PHA 是一种生物可降解塑料,可从污水有机物中合成。
文章在简要说明现阶段工业生产PHA 情况的基础上,总结了利用混合菌种活性污泥法从污水有机物中合成PHA 的优点。
重点对两种从污水中生产PHA 工艺——厌氧-好氧活性污泥工艺和好氧瞬时供料工艺进行了介绍,并给出了相应工艺流程。
通过使用廉价的有机底物可以使PHA 的生产价格降低到原来的一半,大约为每公斤4欧元左右。
文章还讨论了控制工艺运行条件对PHA 合成的重要性,并说明了不同底物组成对合成PHA 性质的影响。
关键词:聚-β-羟基烷酸(PHA);活性污泥;可生物降解塑料;厌氧-好氧工艺;好氧瞬时供料工艺;间歇式反应器(SBR) 中图分类号:X783.2 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2005)06-0967-05众所周知,随着经济和社会的发展白色污染变得越来越为严重。
目前,塑料垃圾以每年2.5×107t 的速度在自然界中积累,其填埋、焚烧等处理过程中表现出了许多影响环境的弊端。
因此,加强可降解塑料的研究与开发,争取在工艺上取得突破并应用于实际,生产出具有生物可降解性、且价格合理的塑料制品,对于环境保护和可持续发展都具有重要的现实意义。
活性污泥合成生物可降解塑料的研究进展
活性污泥合成生物可降解塑料的研究进展林东恩1, 张逸伟1, 沈家瑞2(1.华南理工大学应用化学系; 2.华南理工大学材料学院,广州 510641)摘 要:PHAs(polyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯)是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,作为完全可生物降解的热塑性聚酯而倍受关注。
介绍了利用生物处理污水中活性污泥的混合碳源及微生物群体发酵合成PHAs的有关研究成果,包括微生物的种类、碳源及合成途径等,重点分析厌氧2好氧法活性污泥积累PHAs的量化关系,指出合理的工艺及适当的营养条件可以提高污泥中PHAs的积累量。
此工作为污水处理资源化及污泥减量化、实现清洁生产提供了非常有潜力的研究方向。
关键词:聚羟基脂肪酸酯; 活性污泥; 生物降解塑料中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:100326504(2004)022******* 聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,以下简称PHAs)是许多原核微生物在不平衡生长条件(如缺乏氮、氧等)下合成的胞内能量和碳源储藏性聚合物。
PHAs具有生物可降解性、生物相容性、压电性和光学活性等优良特性,还具有类似于化学合成塑料的理化性质,无毒无害,是一种很有应用前景的新型材料[1-3]。
目前PHAs已经可以通过真养产碱杆菌(A l2 caligenes eut rophus)进行工业化生产,但成本太高[4],因此PHAs的价格昂贵,主要应用于人体医药学、药物缓释体系等方面[5]。
在降低生产成本到一定程度后,可代替合成塑料广泛应用于农业、日用化工等行业,解决各方面引起的白色污染问题。
而另一方面,PHAs与废水生物处理特别是生物除磷有着密切的联系。
细菌是以糖原、PHAs等作为其含碳有机物的贮藏物质(植物以淀粉、人以脂肪作为含碳的贮藏物),因此,PHAs在有机废水处理特别是厌氧-好氧生物除磷过程中起着能量转换器的作用。
溶氧浓度对活性污泥合成PHA的影响的开题报告
溶氧浓度对活性污泥合成PHA的影响的开题报告一、选题背景活性污泥法是水处理领域最常见的处理方法之一。
活性污泥法通过微生物的新陈代谢作用,将废水中有机物分解为二氧化碳和水,并生成新生物质。
其中,有机物质的降解与微生物代谢中的能量需要溶解氧(DO)的参与,DO是活性污泥法处理水的最重要的因素之一。
在活性污泥法处理废水的过程中,通过控制DO的浓度可以影响生物体对于特定营养物质的吸收和利用能力,同时也会影响细胞合成需氧生物聚合物的能力。
其中一种重要的合成物质是PHA(聚羟基丁酸),它可以用于生物塑料、生物医用材料等领域。
因此,本研究选择探究溶氧浓度对活性污泥合成PHA的影响,旨在为活性污泥法处理废水的优化提供科学依据。
二、研究目的本研究旨在通过控制不同的DO浓度,研究其对活性污泥合成PHA的影响,并探究最适宜的DO浓度范围。
三、研究方法1. 活性污泥的培养:选取适当的营养物质和污染物模拟实际污水,培养初始活性污泥。
2. 编制不同DO浓度的处理体系:在设置pH值和温度等参数一致的情况下,将不同DO浓度的气体通入培养污泥的反应器中,控制DO浓度。
3. 测定PHA合成效率:在一定时间内,取样测定PHA的合成效率,并比较不同DO浓度下的效果。
4. 分析数据并归纳总结:根据实验数据归纳总结各种DO浓度下PHA合成效率的差异,并探究最适宜的DO浓度范围。
四、预期成果通过本研究,预期实现以下目标:1. 探究不同DO浓度对活性污泥合成PHA的影响,找到最适宜的DO浓度范围,为活性污泥法处理废水提供更准确的参考依据。
2. 为生物塑料和生物医用材料等领域开发高品质PHA提供参考依据。
3. 探究活性污泥法处理废水的机理,为进一步优化处理方法提供科学依据。
五、难点及解决思路本研究中可能面临的难点是找到合适的营养物质和模拟污染物质,以及控制DO 浓度的精准性问题。
针对这些问题,可以参照前人研究的经验,结合实际情况进行优化,并尝试多次实验进行校验,确保实验结果的准确性。
新活性污泥论文
活性污泥法处理废水的综述摘要:介绍了各种活性污泥法处理废水的试验研究,从具体的实例综述了各种方法的处理效果,从中体现工艺的创新与实用。
关键词:活性污泥法废水活性污泥法是处理生活污水、工业废水最广泛使用的方法。
它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。
无机盐类(磷和氮的化合物)也能部分地被去除。
1.1活性污泥法的基本流程活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统组成,见下图1活性污泥法的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池(二沉淀)。
需处理的污水与回流的活性污泥进入曝气池成为混合液,同时进行曝气,使污水与活性污泥充分接触,并供给混合液足够的溶解氧,在好氧状态下,污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而稳定,然后混合液进入二沉池。
在二沉池中,活性污泥与澄清水分离后一部分不断回流到曝气池,澄清水则溢流排放。
处理过程中,活性污泥不断增长,剩余的污泥则排除。
排除的活性污泥称剩余污泥。
良好的活性污泥和充足的氧气是活性污泥正常运行的必要条件。
1.2 活性污泥处理废水的应用实例张洪荣[1]等采用混凝法作为预处理,提高退浆废水的可生化性。
并且将普通的活性污泥法进行改良,将PVA降解菌作为优势菌种投加到活性污泥中,提高了活性污泥的PVA 降解率即CODcr去除率,由实验结果处理后CODcr去除率达到93.52%,出水水质达到了GB4287-1992《纺织染整工业水污染物排放标准》中的二级排放标准.李芙蓉[2]等用好氧活性污泥法对高碱性废水进行处理,研究了随着曝气时间的延长,废水pH值、碱度及COD的变化规律。
实验结果表明,pH值随着曝气时间的延长逐步降低,原水pH值可由12.5降至10以下,而碳酸根碱度呈递增趋势,总碱度仅略有上升。
经过8 h曝气后,pH值可以降到10以下,利用嗜碱性好氧微生物对高碱性废水直接进行好氧处理,能去除部分COD,COD去除率最高可达60.6%。
聚羟基脂肪酸酯(PHAs)在废水反硝化处理中的应用
聚羟基脂肪酸酯(PHAs)在废水反硝化处理中的应用聚羟基脂肪酸酯(phas)在废水反硝化处理中的应用引言:严格说来,反硝化作用就是一系列相同生物能量学反应的共同组成。
硝酸盐经过亚硝酸盐,一氧化氮,一氧化二氮等阶段被还原成为氮气。
这个生化过程就是自然界氮循环过程中的关键步骤,自然界中各种微生物以及大部分细菌都参予其中。
生物反硝化对废水处理过程中的营养除去也很关键。
资料说明活性污泥系统中10%-90%的细菌种群可以展开反硝化作用(lemmer,1994;nielsen和nielsen,2002)。
尽管废水处理工艺中退氮系统已经基本创建,但是这种系统存有一个问题,即为嵌入大量有机物做为电子供体离无法为反华硝化作用提供更多足够多的电子。
为了化解这个问题,一些直观的有机化合物,比如醋酸,甲醇或者污泥水解物等嵌入至系统中。
然而,这种方法不仅增添了嵌入过量,引发水水质转差的风险,而且须要相当高精度和高昂的控制系统。
另外,常用液体基质的反硝化速率相对较低或不平衡。
近些年来,科学界出现了一种用于废水中脱氮的反硝化系统的新理念c提出采用固体基质代替常用的液体碳源。
这里我们称其为“固相反硝化”。
稻草,树皮,木材,水解的桦木,以及生物聚合物等材料,都进行过此项实验(穆勒,1985)。
在目前使用过的生物聚合物中,phas可能是最适宜的固体基质,因为phas本身是一种适合微生物着生的材料,和有氧条件下一样,反硝化条件下也有利于各种微生物的代谢。
作为可生物降解塑料的来源,phb是最广泛的细菌聚酯,可用其作为固相反硝化材料的候选。
共聚物材料也是这个情况,phbv是一种市场上可以买到的材料,商品名为biopol。
采用phas,尤其是phb和phbv进行反硝化的研究,开始于最近十年。
关于这个方面的早期报告来自于德国的研究小组(rieker1990;mulleretal.1992;waisandsussmuth1993;heinemann1995;wurmthaler1995)。
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活性污泥论文:活性污泥微生物合成PHA的研究【中文摘要】聚-β-羟基烷酸(PHA)是一类由微生物在生长受限的条件下合成的储藏性物质。
它既具有与传统塑料相似的热塑性,又具有可降解性,是理想的石化塑料替代品。
目前PHA已通过纯菌发酵方式实现商业化生产,但由于纯菌利用的底物价格昂贵,发酵设备又需灭菌处理,因此提高PHA的生产成本为石化塑料的4-9倍,较高的生产成本阻碍了其进一步推广应用。
研究发现用于污水处理的活性污泥微生物能够合成PHA,且活性污泥可利用的底物种类丰富、来源广泛,培养设备不需灭菌,因此利用活性污泥生产PHA越来越多地受到人们的关注,并成为研究的热点。
本课题主要针对活性污泥驯化培养和PHA 生产两个阶段进行研究。
首先在活性污泥的驯化阶段,比较了两种不同培养方式的驯化效果,确定较优方式,并在较优方式的培养下考察了碳源组成对驯化效果的影响。
然后在PHA生产阶段,分别对比了利用三种碳源组成配水培养时不同氮、磷供给方式对PHA生产的影响,确定了较优方式,并进一步在较优供给方式培养下考察了碳源组成对PHA生产的影响。
在对群落结构的研究中,采用16Sr DNA文库与T-RFLP技术对活性污泥中细菌种群结构进行了确定和分析。
研究结果表明,针对活性污泥驯化阶段,本研究在单阶段驯化模式的基础上提出了双阶段驯化模式,通过对比驯化效果发现双阶段模式更适于培养高PHA合成能力的活性污泥。
双阶段模式下乙酸的利用速率比单阶段模式提高了210%,污泥浓度增加了125%,PHA含量能在更短的时间内达到峰值。
进水碳源组成不同导致驯化效果不同:进水乙酸钠浓度为20mM/L、丙酸钠浓度为10mM/L时,活性污泥合成PHA能力最强,PHA 合成量为0.48g PHA/g碳源。
针对PHA生产阶段,对直接降低氮、磷供给的方式进行改进,提出了逐渐降低氮、磷供给的方式;对比两种方式促进PHA积累的效果发现,逐渐降低方式的效果更显著,PHA含量提高到污泥干重的38.00%,而直接降低方式下最高PHA含量仅为12.02%。
只利用乙酸钠为碳源生产的PHA中HV单体含量可达45.51%,这一结果较之前的报道有很大程度的提高;HV单体含量随进水中丙酸钠浓度的升高而增加,只利用丙酸钠为碳源时PHA中HV单体含量最高,占多聚物总量的81.50%。
通过微生物群落结构分析发现,合成PHA活性污泥中的细菌大部分属于α-变形细菌纲,主要包括Alpha proteobacterium,Meganema perideroedes,Paracoccus sp.和Rhodobacteraceae bacterium等。
随进水丙酸钠浓度的提高,前三种微生物的丰度逐渐增大,而Rhodobacteraceae bacterium的丰度逐渐减小。
不同碳源培养体系中,微生物种群丰富度越小,PHA产量越高;培养活性污泥的配水碳源组成越接近,微生物群落结构越相似。
【英文摘要】Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are accumulated as storage by various microorganisms under growth-limited condition. Its thermoplasticity is similar as oil-derived plastics, and biodegradable property makes it as a good substitute for conventional polymers. Nowadays PHA has been industrially produced by pure cultures. While high substratecosts and aseptic equipment required by pure culture increased the production price to 4-9 times of oil-derived plastics, which stocks wider use of PHA. Researches show that the microorganisms from conventional active sludge used to treat waste water could synthesis PHA. Activated sludge microorganisms use cheap substrate from various sources and don’t require sterilized equipment, which remarkably decreases the PHA production price. Culturing activated sludge microorganisms to produce PHA has aroused more and more people notice and becomes research hotspots.This research focuses on the enrichment and acclimation of microorganisms synthesis PHA stage (Stage 2) and PHA accumulation stage (Stage 3) of 3-step process of PHA production. At Stage 2, it compares two different enrichment and acclimation strategies at first,and then studies the impacts of different carbon substrate composition under the better strategy. At Stage 3, two nitrogen and phosphorus supply strategy was employed to encourage PHA accumulation in sludge. The effects are compared which helped to choose a better one used for the study of impacts from different carbon substrate composition then. Microbial community structure is also investigated through 16S rDNA library and terminal restriction fragment length polymorphism(T-RFLP).The results show that: At activated sludge acclimation scenario, two-step acclimation was aroused based on one-step acclimation which is confirmed more suitable for enriching high PHA accumulating ability organisms. Two-step acclimation performed acetate acid utilization rate 210% quicker, biomass concentration 125% more,and PHA storage accomplished in shorter time than the one in one-step. Different carbon substrate composition leads different acclimate result: PHA storage rate is 0.48g PHA/g organic carbon when substrate contains 20mM/L sodium acetate and 10mM/L sodium propionate. At PHA production scenario,Nitrogen/phosphorus supply gradually reduce strategy is more efficient than directly reduce strategy to improve PHA accumulation. Using directly reduce strategy the PHA content reaches 12.02% of dry sludge. While using gradually reduce strategy PHA content increased to 38.00% of dry sludge with 10mM/L sodium acetate and 20mM/L sodium propionate as carbon source. With sodium acetate as the only carbon source HV mole content takes up 45.51% of polymer, which is much higher than former reports. HV content raises followed with sodium propionate concentration increases in substrate. The highest HV content, 81.50% of polymer, obtained when sodium propionateis the only carbon source. Microbial structure analysis shows that, Alpha proteobacterium,Meganema perideroedes,Paracoccus sp. and Rhodobacteraceae bacterium are the dominant spices in PHA accumulated sludge, which are all belong toα-proteobacteria. With the increase of sodium acetate concentration the abundance of Alpha proteobacterium,Meganema perideroedes , Paracoccus sp. increase, but abundance of Rhodobacteraceae bacterium goes down. The lower richness of microbial community is, the higher PHA content could be harvested. The similar carbon composition leads to similar microbial community structure.【关键词】活性污泥 PHA 乙酸钠、丙酸钠、T-RFLP【英文关键词】active sludge PHA sodium acetate T-RFLP【目录】活性污泥微生物合成PHA的研究摘要4-6Abstract6-7第1章绪论10-26 1.1 课题背景10-11 1.2 PHA概述11-13 1.2.1 PHA简介11-12 1.2.2 PHA的合成12-13 1.2.3 PHA的应用13 1.3 活性污泥微生物合成PHA的研究现状13-21 1.3.1 合成机理13-15 1.3.2 合成工艺15-17 1.3.3 碳源对PHA合成的影响17-19 1.3.4 氮和磷对PHA合成的影响19-20 1.3.5 其他工艺条件影响及优化20-21 1.4 微生物群落结构研究现状21-24 1.4.1 分子生物学技术在群落结构研究中的应用21-23 1.4.2 合成PHA的微生物群落结构研究现状23-24 1.5 课题的目的意义及主要研究内容24-26 1.5.1 研究目的和意义24 1.5.2 主要研究内容24-26第2章试验材料与方法26-30 2.1 接种污泥及培养条件26-28 2.1.1 污泥来源及培养设备26 2.1.2 人工配水组成26-27 2.1.3 驯化阶段培养方式27-28 2.1.4 PHA生产阶段的反应器运行28 2.2 检测方法28-30 2.2.1 常规指标检测方法28-29 2.2.2 PHA含量检测29 2.2.3 活性污泥微生物菌种辨析29 2.2.4 微生物群落结构分析29-30第3章用于合成PHA的活性污泥驯化培养研究30-40 3.1 培养方式对活性污泥驯化的影响30-35 3.1.1 对底物代谢的影响30-32 3.1.2 对活性污泥性质的影响32-33 3.1.3 对PHA合成的影响33-35 3.2 碳源组成对活性污泥驯化的影响35-39 3.2.1 活性污泥微生物对底物的代谢35-38 3.2.2 PHA的合成38-39 3.3 本章小结39-40第4章活性污泥微生物合成PHA影响因素研究40-53 4.1 氮、磷供给方式的影响40-47 4.1.1 直接降低氮、磷供给方式的培养效果40-43 4.1.2 逐渐降低氮、磷供给方式的培养效果43-45 4.1.3 不同方式对PHA合成的影响与分析45-47 4.2 碳源组成对PHA合成的影响47-51 4.2.1 活性污泥微生物对碳源的利用47-48 4.2.2 pH值的变化48-49 4.2.3 对PHA含量及组成的影响49-51 4.3 本章小结51-53第5章微生物群落结构分析53-59 5.1 合成PHA活性污泥微生物群落组成分析53-54 5.2 活性污泥中细菌群落结构演替分析54-58 5.2.1 合成PHA的活性污泥细菌群落动态演替分析54-55 5.2.2 碳源组成对微生物群落结构的影响55-57 5.2.3 碳源组成对微生物群落多样性的影响57-58 5.3 本章小结58-59结论59-60参考文献60-68攻读学位期间发表的学术论文68-70致谢70。