聚羟基烷酸脂论文两段式和三段式工艺制取聚羟基烷酸酯的试验研究


    聚羟基烷酸脂文:两段式三段式工艺制取聚羟基烷酸酯试验研究

    中文摘聚羟基烷酸酯(PHA)类羟基脂肪酸聚合物外界环境较恶劣时局部微生物体碳源形式贮存PHAPHA具生物相容性生物降解性时根单体组分具石化塑料相类似种物理性质代现行难降解塑料缓解环境固体废弃物污染然目前PHA商业化生产采纯菌发酵方式钱较高阻碍PHA规模应采活性污泥混合菌群生产PHA采廉价机废物底物降低PHA生产钱两段式PHA生产工艺包括机废物厌氧酸化PHA生产两步者时间分污泥适应阶段PHA积累阶段适应阶段采均衡营养例PHA积累阶段限制进水中营养元素研究发现PHA积累阶段步减少进水中80(相均衡例)氨氮逐步减少更效促进PHA积累周期底物消耗完毕条件底物乙酸钠污泥水解液该阶段反响器厌氧氧运行氧运行结果没区研究发现适应期污泥龄较长时保证反响器长时间稳定运行污泥龄较短时易引发污泥膨胀污泥龄低5天引发污泥膨胀会污泥产PHA力降污泥水解液底物时中VFAs快速吸收PHA积累中氨氮水关系三段式PHA生产工艺包括机废物厌氧酸化菌群富集PHA积累中菌群富集重步研究乙酸钠底物考察SBR富集产PHA菌群时发现反响器易发生污泥膨胀污泥龄1天底物负荷较高(66 g CODLd)时反响器膨胀非常严重量泡沫产生污泥快丧失产PHA力污泥龄10天负荷较低(27 g CODLd)条件膨胀污泥具较高PHA合成力氧SBR运行102天时污泥积累PHA含量达53PHA均积累速率019 mg CODmg XhPHA产率076 mg CODmg CODSBR步运行厌氧氧SBR运行55天左右突然崩溃污泥浓度甚缺乏500 mgL蔗糖模拟糖蜜废水厌氧酸化PHA合成时产酸反响器启动运行1月逐渐稳定乙醇型发酵时出水中空纤维膜滤SBR富集产PHA混合菌群PHA积累实现生物制氢PHA合成系统耦合SBR运行负荷4245 g CODLd污泥龄10天启动运行1月污泥浓度3300 mgL增8000 mgL底物充盈时溶解氧控制30 mgL左右然30天时SBR然发生污泥膨胀污泥浓度导致发现膨胀污泥底物吸收PHA合成生长方面非膨胀污泥快1倍左右实验SBR运行25天时系统消耗1 kg COD蔗糖约生产16 L氢气01 kg CODPHA中单体HV质量约占24左右
    英文摘Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are a class of polymers which can be accumulated as internal carbon sources by part microorganisms under adverse circumstances PHAs are biocompatible and biodegradable and can also possess the similar properties with the petro made plastics which enables them to substitute the current plastics to reduce solid wastes However PHAs in market are all commercially produced by pure cultures which bring about high costs and hampered their largescale application PHA production by mixed microbial cultures can be completed in open reactors and future more more cheap organic wastes can be used This would make cost reduction possibleTwostage PHA production process includes acidogenic fermentation of organic wastes and PHA production and the latter is composed by sludge acclimation and PHA accumulation In sludge acclimation nutrients are balanced while in PHA accumulation nutrients are unbalanced In this study results showed that direct limitation of ammonia by 80 (compared with balance level) in influent could better stimulate PHA accumulation than gradual limitation When there was no substrate left in every cycle little difference was observed in PHA accumulation between anaerobicaerobic and aerobic operation with substrate as acetate or sludge alkaline fermentation liquids It can also be drawn that long sludge retention time would guarantee longterm stability of the reactor while low sludge retention time would bring about sludge bulking Especially when sludge retention time was lower than 5 days the PHA storage capacity would be damaged VFAs could be uptaken rapidly and the PHA accumulation depended highly on the level of ammonia when the substrate was sludge alkaline fermentation liquidsThreestage PHA production process includes acidogenic fermentation of organic wastes culture selection and PHA accumulation and stage of culture selection is the most important It was observed that bulking sludge was easily established when selecting cultures in SBR with actate as substrate Under SRT of 1d and high organic loading rate (66 g CODLd) the bulking was more severe with a great deal of foam and poor PHA storage ability While under SRT of 10 d and low organic loading rate (27 g CODLd) bulking sludge possessed high PHA storage capacity After 102 days’operation sludge from SBR could accumulate PHA to 53 of TSS under ammonia starvation with average storage rate of 019 mg CODmg Xh and yield of 076 mg CODmg COD However another SBR operated in parallel with anaerobicaecobic pattern suddenly failed after 55 days’operationWhen using cane sugar to simulate molassess as the substrate after anaerobic fermented for PHA production the CSTR gradually stablized towards ethonaltype fermantation one month after startup The effluent was clarified with hollow fiber membrane and then was used for culture selection and PHA accumulation thus coupling biohydrogen production with PHA production system was achieved The TSS in SBR rised up to more than 8000 mgL from 3300 mgL with organic loading rate of 4245 g CODLd and SRT of 10 d Although DO was maintained above 3 mgL in feast phase sludge bulking still happened after 30 days’operation This may be caused by high sludge concentration Bulking sludge exhibited higher rates in substrate uptake PHA storage and biomass proliferation than wellsettling sludge about 2 times than the latter When SBR run 25 days after inoculation the whole system could produce 16 L H2 and 01 kg COD PHA using 1 kg COD cane sugar The HV weight proportion of PHA was 24 approximately
    关键词聚羟基烷酸脂 混合菌群 污泥膨胀 生物制氢 PHA合成
    英文关键词polyhydroxyalkanoates mixed microbial culture sludge bulking biohydrogen production PHA synthesis
    目录两段式三段式工艺制取聚羟基烷酸酯试验研究




    46




    Abstract

    67




    第1章 绪

    1131




    11 课题背景

    1112




    111 课题源

    11




    112 课题研究目意义

    1112




    12 PHA 概述

    1219




    121 PHA 结构性质

    1214




    122 细胞储存PHA 微生物学意义

    1415




    123 微生物合成PHA 代谢机制

    1518




    124 PHA 提取回收

    1819




    13 混合菌群合成PHA 国外研究现状

    1929




    131 底物选择

    1920




    132 工艺流程

    2022




    133 工艺运行策略

    2225




    134 影响素

    2529




    14 研究容

    2931




    第2章 实验材料方法

    3136




    21 实验装置运行工况

    3133




    211 实验装置

    3132




    212 设备仪器

    3233




    22 检测方法

    3336




    221 PHA 检测

    33




    222 乙醇VFAs 检测

    3334




    223 气体成分检测

    34




    224 常规指标测定分析方法

    3436




    第3章 两段式PHA 制取工艺优化

    3649




    31 氨氮限制方式PHA 积累影响

    3639




    311 实验工艺控制

    3637




    312 污泥性状变迁

    3738




    313 限制进水氨氮PHA 循环积累

    3839




    32 PHA 积累期厌氧氧氧运行方式

    3941




    321 实验工艺控制

    3940




    322 底物消耗PHA 积累

    4041




    33 短污泥龄短周期污泥适应期

    4145




    331 实验工艺控制

    42




    332 污泥性状变迁

    4243




    333 底物消耗PHA 积累

    4345




    34 污泥水解液两段式工艺

    4548




    341 实验工艺控制

    4546




    342 底物污泥水解液时PHA 积累情况

    4648




    35 章结

    4849




    第4章 乙酸钠底物富集产PHA 混合菌群

    4963




    41 实验工艺控制

    4950




    42 第阶段SBR 运行状况

    5051




    43 膨胀污泥合成PHA

    5158




    431 富集反响器污泥膨胀

    52




    432 厌氧氧运行SBR 表现

    5253




    433 氧运行SBR 表现

    5354




    434 两SBR 中PHB 含量变化

    5455




    435 两SBR 富集污泥积累PHB

    5557




    436 PHB 积累程中膨胀污泥性状变化

    5758




    44 污泥增殖PHA 积累循环模式

    5861




    441 实验工艺控制

    5859




    442 污泥增殖

    5960




    443 PHB 积累

    6061




    45 章结

    6163




    第5章 三段式PHA 制取工艺初步探索

    6376




    51 实验工艺控制

    6365




    511 CSTR 运行工况

    6364




    512 SBR 运行工况

    64




    513 PHA 积累实验

    6465




    52 CSTR 启动稳定运行

    6566




    53 SBR 启动运行监测

    6669




    531 接种污泥浓度SVI 变化

    6667




    532 SBR 周期参数变化

    6768




    533 未膨胀污泥膨胀污泥合成PHA

    6869




    54 PHA 积累实验

    6973




    541 进水底物浓度PHA 积累影响

    6971




    542 进水底物pH PHA 合成影响

    7172




    543 SBR 运行程中剩余污泥合成PHA

    7273




    55 生物制氢PHA 生产工艺耦合

    7375




    56 章结

    7576






    7677




    建议

    7778




    参考文献

    7886




    致谢

    86




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    鬼***笑

    贡献于2023-11-30

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