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利用活性污泥生物合成聚羟基丁酸酯的研究

作　者: 德吉央宗
导　师: 赵林
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: 活性污泥生物合成聚-β-羟基丁酸酯活性污泥资源化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

聚-β-羟基丁酸酯(Polyhydrobutyrate,简称PHB)是许多微生物合成的胞内碳源储藏性物质。作为一种生物可降解塑料,它不仅具有高分子材料的热塑性,还能以可再生生物资源为基本生产原料,因而倍受关注。活性污泥中的许多细菌都能累积PHB,利用污水处理过程中产生的剩余污泥合成PHB,是研究生物合成的一个新热点,也为剩余污泥资源化开辟了一条新途径。采用乙酸钠为碳源,通过好氧动态供料法在SBR反应器中对活性污泥进行驯化,富集PHB积累菌。并考察典型周期内活性污泥吸收乙酸钠、累积PHB以及活性污泥的生长情况。研究驯化后活性污泥非平衡生长和PHB积累的关系。结果表明,瞬时投加高浓度碳源,在大量碳源存在(931.5mgC/L)的情况下,活性污泥合成大分子聚合物PHB,表现为非平衡生长,其生长主要是由于储藏PHB引起的。feast阶段内乙酸钠去除94%,其中53.4%的乙酸钠被转化为PHB,活性污泥的表观增长量为880mg/L,PHB储藏量为836mg/L。为了进一步提高活性污泥中PHB含量,分别考察了溶解氧浓度、F/M(碳源浓度)、氮浓度对其累积的影响,确定最佳工艺条件。研究发现:①溶解氧浓度的提高明显加速了底物的吸收和PHB的储存,但是过高的通气量则不利于PHB的积累。适当限制空气流量有利于PHB的合成,当空气流量为80L/h(KLa为8.931/h)时,乙酸钠的PHB转化率最大,为0.76;②随着碳源浓度升高,PHB合成量也逐渐增加。当碳源浓度为800mgC/L时,即F/M比为1.7mg C L-1/ mg C L-1,PHB合成量于8h达最高值1070mg/L,而碳源浓度高于800mgC/L,合成反应超过8h后, PHB的浓度不再升高;③当以缺氮为限制因子时,活性污泥生物量的增加主要是由于PHB的合成引起的,而残余生物量不增加。在缺氮条件下,PHB的最大积累量达1598mg/L,占质量分数的65.2%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章文献综述  8-32
  1.1 前言  8-9
  1.2 聚羟基脂肪酸酯  9-13
    1.2.1 聚羟基脂肪酸酯的性质  11-12
    1.2.2 聚羟基脂肪酸酯的应用  12-13
  1.3 聚羟基脂肪酸酯的生物合成与途径  13-19
    1.3.1 合成聚羟基脂肪酸酯的微生物  13-14
    1.3.2 合成聚羟基脂肪酸酯的碳源  14-16
    1.3.3 不同微生物合成聚羟基脂肪酸酯的合成途径不同  16
    1.3.4 不同碳源合成聚羟基脂肪酸酯的途径不同  16-17
    1.3.5 聚羟基脂肪酸酯生物合成的研究现状  17-19
  1.4 废水概述  19-22
    1.4.1 废水处理方法  19-20
    1.4.2 活性污泥处理废水  20-22
  1.5 剩余污泥  22-26
    1.5.1 剩余污泥的组成  22-23
    1.5.2 剩余污泥的性质  23
    1.5.3 剩余污泥的传统处理方法  23-25
    1.5.4 剩余污泥的能源化与资源化处理  25-26
  1.6 剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯的可行性  26-31
    1.6.1 利用剩余污泥合成PHB  27-28
    1.6.2 剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯的工艺  28-31
  1.7 论文的研究内容，目的与意义  31-32
第二章活性污泥中PHB合成菌的筛选富集  32-42
  2.1 实验材料与方法  32-36
    2.1.1 实验器材  32-33
    2.1.2 实验装置  33
    2.1.3 废水的来源与接种  33-34
    2.1.4 污泥的驯化原理与方法  34
    2.1.5 分析与测试  34-36
    2.1.6 染色液配制  36
  2.2 实验结果与讨论  36-40
    2.2.1 典型周期内乙酸钠(以C计)、PHB的变化  36
    2.2.2 典型周期内DO的变化  36-37
    2.2.3 典型周期内OUR的变化趋势  37-39
    2.2.4 驯化过程活性污泥中PHB合成菌的观察  39
    2.2.5 典型周期内活性污泥合成PHB的研究  39-40
  2.3 结论  40-42
第三章活性污泥非平衡生长及PHB合成的研究  42-49
  3.1 实验器材与方法  42-44
    3.1.1 实验器材  42
    3.1.2 实验方法  42
    3.1.3 耗氧速率(OUR)的测定  42-43
    3.1.4 计算方法  43-44
  3.2 实验结论与讨论  44-48
    3.2.1 活性污泥非平衡生长  44-45
    3.2.2 PHB合成阶段OUR 、DO与乙酸钠的变化  45-47
    3.2.3 乙酸钠的消耗和PHB合成关系  47-48
  3.3 结论  48-49
第四章DO、F/M、氮源对活性污泥合成PHB的影响  49-57
  4.1 实验器材与方法  49-50
    4.1.1 实验器材与试剂  49
    4.1.2 活性污泥的驯化  49
    4.1.3 PHB合成批次实验  49-50
  4.2 实验结果与讨论  50-56
    4.2.1 溶解氧对乙酸钠的吸收和PHB储存的影响  50-52
    4.2.2 F/M(食微比，碳源浓度)对乙酸钠的吸收和PHB储存的影响  52-54
    4.2.3 氮源对乙酸钠的吸收和PHB储存的影响  54-56
  4.3 结论  56-57
第五章结论与建议  57-59
  5.1 结论  57
  5.2 建议  57-59
参考文献  59-64
致谢  64

利用活性污泥生物合成聚羟基丁酸酯的研究

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