混合菌群利用粗甘油合成聚羟基烷酸酯(PHA)的研究.pdf

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1、硕士学位论文（工程硕士）混合菌群利用粗甘油合成聚羟基烷酸酯（PHA）的研究STUDYONTHEPOLYHYDROXYALKANOATE（PHA）PRODUCTIONBYMIXEDCULTUREUSINGCRUDEGLYCEROLASSUBSTRATE刘莹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU992.3学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工程硕士学位论文混合菌群利用粗甘油合成聚羟基烷酸酯（PHA）的研究硕士研究生：刘莹导师：马文成副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU992.3U.D.C:628.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringStudyonthePolyhydroxyalkanoate（PHA）ProductionbyMixedCultureUsingCrudeGlycerolasSubstrateCandidate：LiuYingSupervisor：Assoc.Prof.MaWen-chengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Archit

3、ecturalandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要餐厨垃圾资源化过程中除产生挥发性有机酸（VFA）和甲烷气体外，其处理过程中收集的废油在催化剂的作用下与甲醇进行酯交换反应生产生物柴油的同时，还会产生大量副产品粗甘油。对粗甘油资源化利用是餐厨垃圾处置项目健康发展的有利保障。聚羟基烷酸酯（PHA）是污水处理新

4、概念中最具回收潜力的化学产品，为探索以粗甘油为基质合成PHA的可行性，研究启动两组不同接种污泥的序批式反应器（SBR）富集PHA产生菌，研究混合菌群以粗甘油为底物的PHA合成效果，为餐厨垃圾深度资源化提供技术支持。以粗甘油为底物富集接种污泥不同的两组SBR反应器，1#SBR接种污水处理厂二沉池污泥，2#SBR接种以小分子有机酸为底物驯化成熟的产PHA混合菌。研究富集过程中污泥理化特性的变化，周期内动力学参数的变化，结果表明：相比于VFA作为底物，用粗甘油对PHA合成菌进行筛选和富集需要更长的时间，富集周期大约两个月。富集初始阶段污泥浓度明显下降，菌胶团松散分

5、离，Zeta电位增大，絮体间斥力增大，粒径小的絮体越来越多，污泥沉降性变差。当逐渐适应底物后，形成新的菌胶团结构，污泥能够快速凝聚沉淀。在富集过程中1#SBR的充盈阶段时间比2#SBR短，产PHA混合菌的富集效果好。1#和2#SBR最大PHA合成量为25.93%和23.06%，PHA的比合成速率分别为0.27mg·mg-1·h-1和0.21mg·mg-1·h-1，直接富集污水厂二沉池污泥得到的PHA合成菌性能更优越。考察了不同底物负荷条件下产PHA混合菌的富集效果，将OLR分别设置为1200mgCOD·L-1·d-1、2000mgCOD·L-1·d-1和28

6、00mgCOD·L-1·d-1，结果表明：低负荷时底物摄取速率慢，最终导致较低的PHA生产率，负荷太高，F/F增大，匮乏阶段越短，非产PHA菌会利用多余的碳源进行生长，富集系统的选择压力也会降低。无论1#还是2#反应器，当富集负荷为2000mg·L-1·d-1时，系统稳定状态最好，批次阶段最大PHA合成量最高，分别为36.59%和36.33%，并且此时PHA生产率都达到了最高，1#SBR为0.35g·g-1甘油，2#SBR为0.34g·g-1甘油。对不同底物负荷条件下PHA合成系统中微生物群落结构、多样性等进行了研究，结果表明：负荷影响着物种多样性及菌属相对

7、丰度大小，负荷改变优势菌更迭，1#SBR和2#SBR中能在三种负荷条件下共存的菌属分别有101种和130种，2#SBR中微生物对负荷的适应性略强些。为进一步提高PHA的产率，研究利用丙酸和粗甘油混合底物进行PHA合成，混合底物比例设置为20%丙酸+80%粗甘油和50%丙酸+50%粗甘油。结果表明：经过粗甘油富集成熟的产PHA菌群，可以利用丙酸。在相同底物浓度下，丙酸粗甘I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文油按不同比例混合时，获得PHA最大合成量由大到小的顺序为50%丙酸+50%粗甘油〉20%丙酸+80%粗甘油〉100%粗甘油〉100%丙酸。混合碳源对于甘油和丙酸

8、的代谢有相互促进的作用，当粗甘油：丙酸为1：1（折算