活性污泥微生物以乙酸为碳源合成聚羟基烷酸酯的研究

聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是一种生物可降解塑料,利用活性污泥合成PHA具有操作方便的优点.本研究对长期驯化的厌氧-好氧活性污泥工艺在厌氧条件下及好氧活性污泥工艺在好氧条件下利用乙酸合成PHA进行了比较分析,发现好氧活性污泥可以合成较多的PHA.在此基础上,研究了好氧条件下乙酸加入次数、乙酸浓度及硝化抑制剂(丙烯基硫脲,ATU)对PHA合成的影响,结果表明,将乙酸分3次加入到反应器、乙酸浓度为2 925 mg/L及加入6.74 mg/L ATU时,可以使污泥挥发性悬浮固体物中PHA的含量达到56.3%.     

基于OUR-HPR测量在线估计活性污泥合成PHA量

活性污泥工艺是一种具有重要应用前景的工业化生产聚羟基烷酸酯(PHA)的方法.当前PHA测量主要采用离线分析方法,时间滞后、分析操作复杂,不适于PHA生产过程控制.本研究基于活性污泥同时储存生长-溶解性微生物产物模型(SSAG-SMP),认为在饱食(外部有机碳基质充足)期间,聚羟基烷酸酯(PHA)的合成速率与氧利用速率(OUR)及氢离子产生速率(HPR)呈线性关系,建立了一种基于OUR-HPR在线测量数据估计活性污泥合成PHA量的方法.本研究对乙酸作基质的不同浓度情况进行模拟,结果表明OUR及HPR的PHA合成的氧气消耗分数(kPHA,OUR)和质子消耗分数(kPHA,HPR)为常数,分别是0.67和0.57.利用建立的线性关系来预测饱食期PHA含量,结果显示预测值与实测值较为吻合,说明提出的基于OURHPR测量在线估计PHA合成量的方法可行.     

基于GA-BP神经网络的餐厨垃圾合成PHA工艺产量预测

为了预估混合底物碳源条件下活性污泥PHA合成产量预测的准确度,通过引入遗传算法对BP人工神经网络的权值和阈值进行优选,建立基于GA-BP神经网络的餐厨垃圾合成PHA工艺产量预测模型。以餐厨垃圾发酵液为底物碳源,利用活性污泥在ADD模式下进行PHA合成。以实验数据为基础训练神经网络模型,通过实测数据与模型预测数据之间的对比,验证了人工神经网络预测模型的精确度,并对长期PHA合成能力进行了预测。结论表明:基于遗传算法改进的GA-BP网络模型表现出比传统BP神经网络模型更佳的预测准确度,为评估混合菌群PHA最大合成产量的长期发展趋势,确定合理富集时长探索了可行方法。     

厌氧-好氧驯化活性污泥生物合成PHA的研究

厌氧-好氧处理有机污水的活性污泥中含有大量菌胶团菌,其形成与菌体胞内聚羟基烷酸酯(PHA)的积累有关,因此有可能利用污水中有机物和活性污泥中多种微生物合成PHA。笔者利用纺织工业废水厌氧-好氧驯化活性污泥,从中提取PHA。分别研究了厌氧过程和好氧过程中供氧量、碳源调节物浓度、培养时间等对菌胶团菌生长和胞内PHA积累的影响,测定了所得PHA的分子量、熔点和单体链节组成。      

活性污泥中PHA合成优势菌的筛选及产物结构分析

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种具有广阔应用前景的生物可降解塑料,活性污泥中存在大量PHA合成菌,通过好氧/微好氧/沉淀的方式对污泥进行驯化,使PHA占污泥MLVSS的比例提高到21.19%。用BOX-PCR、ERIC-PCR和REP-PCR指纹图谱技术,对驯化前后污泥样品的菌群组成进行比较分析,结合尼罗蓝荧光平板法和菌落原位杂交技术,筛选得到活性污泥中PHA合成的优势菌株CAMP11。分类鉴定表明CAMP11属于芽孢杆菌属,FT-IR与NMR碳谱分析表明其合成的产物为羟基丁酸与羟基戊酸的共聚物(PHBV)。将菌株CAMP11回注入污泥驯化液,可使PHA占污泥MLVSS的比例进一步提高到32.08%。     

土著PHA合成菌回注法提高活性污泥积累聚羟基脂肪酸酯能力

在活性污泥驯化之初加入少量土著聚羟基脂肪酸酯(PHA)合成菌(0.10～0.25 g/L),通过10 d厌氧-好氧或好氧-沉淀方式进行污泥驯化后,以葡萄糖或乙酸钠为碳源进行PHA发酵.研究了驯化前后土著PHA合成菌回注组和对照组驯化过程中的总菌数,PHA合成菌数的变化,以及对PHA发酵产率的影响.结果表明:在回注组污泥中PHA合成菌的增长速率和增长量均高于对照组,各种污泥积累PHA占挥发性悬浮固体的比例提高了21.44%～43.18%.      

甘油基混合培养物合成PHA及其与OUR的关系

聚β羟基烷酸盐(PHA)以其较好的生物相容性、可生物降解性和再生性成为最有前途的生物高分子材料.本文基于甘油作为基质在饱食-饥饿模式下富集合成PHA的混培物,以乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和葡萄糖作为基质考察混培物合成PHA的基质广谱性,结果表明乳酸和乙酸作为基质时PHA的产率系数较高;使用不同比例乙酸/丙酸混合基质时,PHA产量随着乙酸含量的增加而增大,乙酸/丙酸为3∶1时PHA产量最高.通过活性污泥同时贮存与生长模型模拟与线性回归两种方法证实,在单一基质或乙酸/丙酸混合基质情况下,PHA合成速率与OUR存在线性关系,因此,基于在线OUR测量数据可以实时估计PHA合成量.     

富磷剩余污泥厌氧消化过程中的水解与生物释磷机制

以某采用A/O生物除磷工艺的污水处理厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,设计厌氧消化比较试验,讨论了富磷剩余污泥厌氧消化过程中的磷释放机制.结果发现,剩余污泥消化系统中的SOP(溶解性正磷)释放/PHA(聚羟基烷酸)合成比值大于活性污泥厌氧释磷系统,证实了剩余污泥厌氧消化过程中水解机制是磷释放的主导机制;剩余污泥消化系统中的PHA合成/糖原降解比值小于活性污泥厌氧释磷系统,表明污泥消化系统中的糖原降解不仅仅是生物释磷引起的;厌氧消化系统中抑菌剂的存在对于污泥消化系统的水解释磷机制与生物释磷机制均是不利的.     

利用丁酸合成PHA高效菌株的筛选及摇瓶发酵特性研究

从活性污泥中分离到1株能够利用丁酸合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的细菌WD-3,对该菌株积累PHA的发酵特性进行了研究,包括PHA产量随碳氮比、pH、发酵时间的变化,并考察了整个发酵过程中碳源、氮源、生物量、pH值和PHA产量之间的关系.结果表明,当C/N为35,pH为7.0时,WD-3的PHA合成能力最高.在最佳培养条件下,细胞生长达到稳定期时,该菌PHA产量高达3.01 g.L-1,占细胞干重的45.4%,且PHV所占比例达到三分之一.经16S rRNA基因测序分析,初步确定该菌属于γ-变形菌亚纲中的肠杆菌属Enterobacter.     

基于CFD模拟的混合菌群合成PHA工艺筛选机制分析

利用数值模拟方法,建立了活性污泥混合菌群合成PHA工艺中ADD与ADF模式反应器的流体有限元分析模型,同时基于固液二相流体理论对ADD和ADF模式的沉淀过程进行分析,探讨了物理选择压的产生原理和作用机制。模拟获得了沉淀过程中不同停留时间反应器内不同沉降速率等级活性污泥的分布规律,以及沿反应器竖向方向的污泥体积分数分布规律。结果表明:ADD模式下活性污泥在沉淀过程中可形成较为稳定的沉降性差异分层界线,反应开始10~15 min内在高度为0.6 m处污泥分布体积分数为0.75左右,可对PHA合成能力强的菌群提供较强的筛选作用。固液二相流体场的模拟结果促进了对物理选择压筛选作用机制的认识,可为ADD模式反应器参数优化研究提供理论依据。     

活性污泥合成生物可降解塑料的研究进展

PHAs(polyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯 )是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质 ,作为完全可生物降解的热塑性聚酯而倍受关注。介绍了利用生物处理污水中活性污泥的混合碳源及微生物群体发酵合成PHAs的有关研究成果 ,包括微生物的种类、碳源及合成途径等 ,重点分析厌氧 好氧法活性污泥积累PHAs的量化关系 ,指出合理的工艺及适当的营养条件可以提高污泥中PHAs的积累量。此工作为污水处理资源化及污泥减量化、实现清洁生产提供了非常有潜力的研究方向。     

外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料PHAs的试验

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是许多污泥微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料.以污泥微生物作为PHAs的合成菌,采用乙酸钠、丙酸钠及丁酸钠作为单一碳源在好氧条件下合成得到占污泥干重5.58%、3.90%及4.98%的PHAs和在厌氧条件下合成得到占污泥干重12.32%、9.55%及11.35%的PHAs.实验表明,污泥微生物里广泛存在PHAs合成菌,厌氧条件比好氧条件的PHAs产率要高;最佳的实验条件下得到PHAs的量占污泥干重的12.32%,此时碳源转化率为30.65 %.此外,1HNMR谱图证明了同一污泥微生物用不同的碳源培养PHAs时其产物结构与组成均有变化.     

微生物利用食品废物合成聚羟基烷酸酯

为了降低聚羟基烷酸酯(PHAs)的生产成本,以麦芽、豆类、糖果、冰激凌、牛奶、芝麻油和食醋废物为底物,研究了产碱弧菌(Alcaligenes latus)、表皮匍萄球菌(Staphylococcus epidermidis)和活性污泥合成PHAs的工艺可行性和产物的物化性质.结果表明,通过两段式间歇补料发酵.3类微生物利用麦芽废物合成的聚羟基丁酸酯(PHB)产量最大,分别达细胞内含量的70.1%、16.0%和43.3%.A.latus适应食品废物开始细胞生长和PHAs合成的延迟短,在缺氮阶段合成PHB的产量、产率高.微好氧时,从芝麻油提取出的S.epidermidis可以合成分子量超过1×106的PHB.活性污泥可利用豆类废物合成聚羟基丁酸-羟基戊酸酯(PHBV)共聚物,其中羟基戊酸比例(HV%)占21%.多数食品废物适合合成具有不同物化性质的PHAs.PHAs产物的组分及物化性质受微生物种类、底物类型、发酵条件的影响.     

好氧瞬时供料法合成生物可降解塑料的研究进展

聚羟基烷酯(PHAs)作为一种可以完全生物降解的合成塑料替代品而受到越来越多的关注。好氧瞬时供料法由于高的PHAs合成能力及可利用混合菌群(如活性污泥)和有机废弃物合成PHAs显著降低成本而成为目前最具应用前景的PHAs合成技术。文章阐明了好氧瞬时供料法合成PHAs的代谢机制及工艺过程,并就采用该方法合成PHAs的过程中诸多的影响因素进行分析和探讨。     

利用剩余污泥水解酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料,研究了罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)H16在水解酸化液中的生长规律和聚羟基脂肪酸酯(PHAs)积累特性,同时分析了H16对水解酸化液中各种有机酸组分的利用规律. 结果表明,以剩余污泥52℃中温水解酸化48h的水解酸化液为培养基,在HAc水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2881mg/L,乙酸占总有机酸含量36.1%)中,H16最先利用乙酸和正丁酸来进行自身的生长和PHAs的合成,合成的主要产物是聚羟基丁酸酯(PHB);随后开始利用丙酸和正戊酸,在此过程中聚羟基戊酸酯(PHV)的含量也逐步上升,菌体量同步增长, H16在40h左右处于平稳期,并且达到最大积累率为12.51%(占菌体干重);最后利用的是异丁酸和异戊酸,但是此时H16已经进入衰亡期,菌体量和PHAs合成率都在下降.当以HVa水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2358mg/L,异戊酸占总有机酸含量29.0%)为培养基时, H16在18h达到生长的峰值,24h达到PHAs合成率的最大值为32.14%(占菌体干重),PHV为PHAs的主要形式.     

污泥龄对A/A/O工艺反硝化除磷的影响

以实际生活污水培养驯化污泥的小试规模A/A/O工艺为研究对象,进行了污泥龄（SRT）为8、10、12和15 d时对反硝化除磷的影响研究.结果表明,随着污泥龄的延长,反硝化除磷对系统除磷所起的作用越大,反硝化聚磷菌缺氧利用单位PHAs的反硝化数量和吸磷量也迅速增加,聚磷菌好氧利用单位PHAs的吸磷量并没有受到影响,以SRT为12 d时反硝化除磷和系统脱氮除磷效果为最好.结果还表明,去除单位氮所需COD数量随污泥龄的延长呈减少趋势,而去除单位磷所需COD数量呈增大趋势.对于我国典型的城市污水而言,SRT为12 d和15 d时去除单位氮和磷所需的外碳源数量较8 d时要低,从而使反硝化除磷作用可真正地达到节省碳源和能源的目的.     

几种复合载体材料固定化活性污泥的性能及在废水中的应用

制备了几种复合载体材料固定化活性污泥小球,比较了固定化活性污泥的性能及对废水COD的去除率。结果表明,固定化活性污泥比游离态的活性污泥对废水COD的去除率高,其中藻酸钠复合活性炭及壳聚糖复合硅藻土固定化活性污泥对废水COD的去除率较好,当取代度为1.54的羧甲基壳聚糖复合硅藻土固定化活性污泥,废水COD去除率最大4,8 h去除率可达61.2%。     

无机盐对活性污泥沉降性的影响

针对海水冲厕工程的实施 ,试验研究了无机盐对活性污泥沉降性的影响。以无盐稳定运行系统作为参照系统 ,分别研究了 2 0g L和 35g L盐度驯化系统内活性污泥絮凝体的形态、污泥沉降特点以及污泥微生物生态。在此基础上探讨了絮凝体的结构。试验结果表明 ,无机盐改变了活性污泥微生物生态 ,改变了絮凝体的结构 ,加强了污泥的沉降性。     

基于碳源优化的反硝化除磷及微生物特性

接种厌氧/缺氧/好氧-生物接触氧化（AAO-BCO）系统的反硝化除磷污泥,采用厌氧/缺氧/好氧-序批式（AAO-SBR）系统,重点考察了乙酸盐和丙酸盐配比（1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）对反硝化除磷效率的影响,同时通过高通量测序对比了不同配比下微生物菌群结构的变化.结果表明,5种工况下,AAO-SBR系统均具有较高的有机物去除和反硝化除磷能力.而当乙酸钠/丙酸钠=1：0时,厌氧阶段在高效利用COD（87.63%）的同时完成聚-β-羟基烷酸（PHAs）的合成（174mgCOD/gMLSS）,释磷量高达31.22mg/L;缺氧阶段PO₄^3--P的去除（74%）伴随着NO₃^--N反硝化（90%）,PHAs利用率为72.4%,实现了氮磷的高效去除.高通量测序结果表明：不同碳源配比影响了微生物菌群的丰富度和多样性,其中变形菌门（Proteobacteria,31%~76%）、绿弯菌门（Chloroflexi,1%~26%）、拟杆菌门（Bacteroidetes,2%~31%）等占据绝大比例,而乙酸钠、丙酸钠共存时,微生物的多样性较好.当乙酸钠为单一碳源时,系统中聚磷菌（PAOs,21.364%）在与聚糖菌（GAOs,2.317%）的竞争中占绝对优势.     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.