甘油基混合培養(yǎng)物合成PHA及其模擬與在線監(jiān)測.pdf

1、以其較好的物理（機械）、化學、生物相容性和可生物降解性，聚β羥基烷酸鹽（PHA）成為替代石化塑料的可再生生物高分子材料。目前，工業(yè)合成PHA主要采用純培養(yǎng)和基因工程的方法，工藝復雜、操作成本高，嚴重制約了PHA商業(yè)化。活性污泥具有合成PHA的能力，使得混合培養(yǎng)物成為可能可供選擇的PHA合成方法。本文以甘油作為基質，在飽食-饑餓運行模式的序批式反應器(SBR)中富集得到合成PHA的混培物，評估其利用甘油和其它基質的合成PHA的能力；在合成

2、PHA的過程中，同時監(jiān)測氧利用速率(OUR)、化學需要量(COD)以及PHA濃度，研究飽食期內PHA合成速率與OUR的關系；基于同時貯存與生長的活性污泥模型，建立了OUR與PHA合成速率之間的線性方程；利用在線OUR數據，實時估計PHA合成量。研究成果對于改善活性污泥法合成PHA的性能，工業(yè)合成PHA的在線測量和控制，均具有重要的理論價值和應用意義。
　?。?）以甘油作為基質富集混培物對基質的利用具有廣譜性，能夠利用甘油、葡萄糖、

3、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸多種基質合成PHA。以甘油和葡萄糖作為基質時，產生聚β羥基丁酸酯(PHB)和聚葡萄糖(PG)兩種聚體；以乳酸、乙酸、丁酸合作為基質時，產生PHB聚體；以丙酸作為基質時，產生PHB與聚β羥基戊酸酯(PHV)兩種聚體。相同濃度甘油、葡萄糖、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸作為基質時，PHA產率（mgCODPHA/mgCOD基質）關系為：乳酸（0.60）>乙酸（0.56）>丙酸（0.39）>葡萄糖（0.34）>丁酸（0.36）>甘

4、油（0.26），最大PHA含量（％）關系為：乳酸（31.1）>乙酸（27.0）>丙酸（21.2）>葡萄糖（19.0）>丁酸（16.5）>甘油（14.5）。甘油和葡萄糖產率較低的原因可能是兩種基質在呼吸實驗過程中基質加入后曝氣量不足，DO濃度較低時有利于PG合成，使PHA產率降低。
　?。?）乙酸與丙酸混合基質合成PHA時，PHA產率（mgCODPHA/mgCOD基質）關系為：乙酸/丙酸3:1（0.54）>乙酸/丙酸1:1（0.51

5、）>乙酸/丙酸1:3（0.45）；最大PHA含量（%）關系為：乙酸/丙酸3:1（24.0）>乙酸/丙酸1:1（22.0）>乙酸/丙酸1:3（19.8）；隨著混合基質中乙酸比例的升高，PHA產量增大，但PHV相對含量下降；乙酸/丙酸為3:1和1:1時，微生物貯存速率/生長速率分別為1.57與1.33，微生物利用外部基質主要進行貯存；甘油、葡萄糖、乳酸、乙酸、乙酸、丙酸、丁酸為基質合成PHA時，通過監(jiān)測OUR與合成PHA的量，建立了速率OU

6、R與合成PHA的速率之間的線性關系。
　　（3）丙酸和乙酸/丙酸混合物作為基質時，同時貯存與生長模型對OUR模擬結果與實驗結果相一致；模擬結果顯示了各個過程對于OUR的貢獻，丙酸做基質時，生長過程氧氣的消耗速率顯著高于貯存過程，微生物主要進行細胞生長；乙酸/丙酸為1:1及3:1時貯存過程氧氣的消耗速率高于生長過程，微生物主要進行胞內有機質貯存；乙酸/丙酸為1:3時，生長過程氧氣消耗速率高于貯存過程，微生物主要進行細胞生長。