廢棄碳源定向產(chǎn)酸過程調(diào)控與合成PHA的應(yīng)用研究.pdf

1、在污水廠處理污水的過程中會產(chǎn)生大量的剩余污泥，如何最大化地利用污泥中的有機(jī)質(zhì)是污泥處理與資源化利用技術(shù)發(fā)展所需考慮的方向。污泥在厭氧發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，因其可以作為合成可生物降解塑料聚羥基脂肪酸酯（PHA）的原料，降低PHA生產(chǎn)成本而成為研究熱點(diǎn)。由于污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的VFAs中奇數(shù)碳VFAs與偶數(shù)碳VFAs的比例對PHA的性能有重大影響，因此研究污泥厭氧發(fā)酵定向產(chǎn)酸具有重要意義。粗甘油作為生產(chǎn)生物柴油的廢

2、棄碳源，其資源化利用也引起廣泛討論，本文以共發(fā)酵的手段開展廢棄碳源的定向產(chǎn)酸調(diào)控及應(yīng)用研究。
　　研究采用批次實(shí)驗(yàn)的形式，通過將污泥-甘油共發(fā)酵與污泥單獨(dú)發(fā)酵的對比，發(fā)現(xiàn)共發(fā)酵VFAs總產(chǎn)率最大達(dá)到694.87mgCOD/gVSS，是同期污泥空白對照實(shí)驗(yàn)的2.33倍。分析VFAs組分時(shí)發(fā)現(xiàn)，共發(fā)酵得到的發(fā)酵液中奇數(shù)碳VFAs的比例最高為65.41％，而同期污泥空白實(shí)驗(yàn)組的奇數(shù)碳VFAs比例僅有11.96%。為探究是否污泥與其它廢棄

3、碳源共發(fā)酵均有類似的產(chǎn)酸效果，本研究以污泥-淀粉共發(fā)酵與污泥-甘油共發(fā)酵對比，結(jié)果表明，相較于污泥-淀粉共發(fā)酵而言，污泥-甘油共發(fā)酵對VFAs總產(chǎn)率的提升更高，對奇數(shù)碳VFAs比例的調(diào)控范圍也更大。針對污泥厭氧發(fā)酵水解不充分的限制性因素，研究通過投加β-環(huán)糊精強(qiáng)化污泥水解與產(chǎn)酸。研究表明，β-環(huán)糊精能顯著增強(qiáng)污泥厭氧發(fā)酵過程中有機(jī)物質(zhì)的水解與VFAs的生成，VFAs總產(chǎn)率最高達(dá)到541.70mgCOD/gVSS，是同期污泥空白對照組的1

4、.04倍。通過末端限制性片段長度多態(tài)性分析技術(shù)（T-RFLP）對批次實(shí)驗(yàn)微生物群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律加以分析，結(jié)果表明共發(fā)酵顯著改變微生物的群落結(jié)構(gòu)，因此改變發(fā)酵產(chǎn)酸類型，而投加β-環(huán)糊精對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響不大。
　　本文以批次實(shí)驗(yàn)的形式，以響應(yīng)曲面的設(shè)計(jì)思路對廢棄碳源多因素定向產(chǎn)酸進(jìn)行研究，在pH、β-環(huán)糊精投加量、共發(fā)酵比例（以發(fā)酵C/N表示）三因素不同組合下發(fā)酵產(chǎn)酸，結(jié)果表明奇數(shù)碳VFAs的比例、偶數(shù)碳VFAs比例與三因素的數(shù)

5、學(xué)模擬公式分別符合Linear、Quatic模型，奇數(shù)碳VFAs比例在18.53%~63.65%之間可調(diào)控。
　　在響應(yīng)曲面的研究基礎(chǔ)上，以半連續(xù)流工藝分別實(shí)現(xiàn)奇數(shù)碳VFAs比例為57%、48%、40%左右的定向產(chǎn)酸。使用T-RFLP技術(shù)對半連續(xù)流微生物群落結(jié)構(gòu)的演替規(guī)律進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同運(yùn)行參數(shù)下微生物群落結(jié)構(gòu)差異明顯，從而產(chǎn)生不同奇數(shù)碳VFAs比例的產(chǎn)酸類型。本研究在實(shí)現(xiàn)定向產(chǎn)酸的基礎(chǔ)上，以奇數(shù)碳VFAs比例分別為53.02