强化生物除磷过程中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展

聚羟基链烷酸酯(PHA)是许多微生物在不平衡生长条件下合成的一类可作为细胞碳源和能源的物质。PHA代谢已被证明是影响生物脱氮除磷尤其是强化生物除磷功能的一个关键过程。本文综述了强化生物除磷系统中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展。首先,重点介绍了聚磷菌和聚糖菌利用不同碳源厌氧合成PHA的代谢机制以及合成PHA的还原力和能量来源问题;然后对聚磷菌和聚糖菌合成PHA的代谢机理及其化学计量学进行了对比分析;最后,针对强化生物除磷机理和PHA厌氧代谢机制研究进展缓慢这一现状,指出了今后PHA还原力和能量产生机制的研究可能是完善强化生物除磷机理的关键点和突破口之一。     

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.     

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%.     

活性污泥合成聚羟基烷酸(PHAs)的研究进展

聚羟基烷酸(PHAs)是微生物合成的作为碳源和能源的贮存物。PHA同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能,受到广泛关注。使用活性污泥及廉价基质合成PHA以降低生产成本有很好的应用前景。文章综述了活性污泥合成PHA的最新研究进展,包括活性污泥合成PHA的工艺、影响因素及提高PHA合成量的策略。     

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%。     

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.     

进水底物浓度对蔗糖废水产酸合成PHA影响研究

混合菌群合成生物可降解塑料(PHA)成为目前研究的热点,三段式PHA合成工艺(水解产酸、产PHA菌富集、PHA合成)被广泛应用.在三段式工艺中,产PHA菌的富集非常关键,只有稳定产生PHA菌才能保障PHA合成的产量.针对产PHA菌富集系统容易出现污泥膨胀的问题,本研究考察了进水底物浓度对产PHA菌富集效率及运行稳定性的影响.在560mg·L-1、1 120 mg·L-1、1 680 mg·L-1这3组不同进水底物浓度的对比实验中,证实了COD 1 120 mg·L-1条件下富集反应器能够在较短污泥龄下稳定富集具有较高污泥浓度的高效产PHA菌,且不会发生污泥膨胀.在94 d的富集期后其批次实验最大PHA含量、PHA转化率(COD/COD)及PHA比合成速率能分别达到50%、0.714 5及0.191 2 mg·(mg·h)-1.研究还同时证实细胞内糖原水平高低与其PHA合成能力密切相关,可采用其作为富集效果的重要检测指标之一.     

A.eutrophus利用有机废水生产聚羟基烷酸

对真养产碱杆菌（A.eutrophus）利用有机废水生产聚羟基烷酸（PHA）的机理进行了探讨．比较了以4种有机酸为碳源生产PHA的情况,并研究了水力停留时间（HRT）和进水碱度两种操作条件对合成废水生产PHA的影响．结果表明,A.eutrophus以丁酸为最佳碳源,PHA浓度达10.2g/L;进水碱度对合成废水生产PHA的影响比PHA更大．HRT5h,进水碱度8000mg/L时得到的PHA浓度为1.92g/L．     

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.     

热水解污泥酸化液碳氮磷对PHA合成的影响

基于热水解污泥酸化液定向驯化得到了稳定的PHA合成混合菌体系,分析了菌群特征与结构,研究了限制氮、磷、非挥发性脂肪酸(non-VFAs)物质和补料方式对PHA合成率以及相关组分对菌群活性的影响.结果表明,利用热水解污泥酸化液合成PHA的特有混合菌体系中优势菌属短枝单胞菌属(Brachymonas)占45%.限制酸化液中NH₄⁺-N浓度PHA合成率从22wt%提高至25wt%,限制non-VFAs不仅PHA合成率可提升27%同时合成速率也提升了25%.酸化液中的NH₄⁺-N、PC₄^3--P和non-VFAs未对PHA合成菌群活性造成显著影响,但是高浓度挥发性脂肪酸(VFAs)会对菌群活性造成抑制.为降低高浓度VFAs的抑制采取分批补料策略可提高PHA合成率,分批补料(5次)PHA最大合成率较一次补料的28wt%提升至34wt%.因此,通过提高酸化液中VFAs占比及优化补料方式均可提升PHA合成率,热水解污泥酸化液生物合成PHA在未来工业化生产时具有很大发展前...     

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。      

Comparative study of polyhydroxyalkanoates production from acidified and anaerobically treated brewery wastewater using enriched mixed microbial culture

The production of polyhydroxyalkanoates(PHA) from wastewaters using microbial mixed cultures(MMC) has been attracting increased interest because of PHA's biodegradability characteristics. Production of PHA by an MMC enriched with PHA-accumulating bacteria was compared using anaerobically treated and acidified brewery wastewaters under various feeding strategies, namely pulse and batch feed addition. To obtain an enriched MMC, a sequencing batch reactor was inoculated with activated sludge fed with acetate and subjected to aerobic dynamic feeding. The enriched MMC was able to accumulate PHA up to 72.6% of cell dry weight(CDW) with pulse addition of acetate controlled by the dissolved oxygen(DO) concentration in the reactor. In a batch accumulation experiment with acetate,the PHA content achieved(28.5% CDW) was less than that of the pulse feeding strategy with the same amount of acetate(～2000 mg C/L). Using anaerobically treated and acidified brewery wastewater fed in pulses, the maximum PHA accumulated by the enriched MMC was similar for both wastewaters(45% CDW), in spite of the higher volatile fatty acid concentration in acidified brewery wastewater. The pulse feed addition controlled by the DO concentration was difficult to implement for wastewater as compared to acetate because the difference in DO concentration between substrate availability and depletion was low. For the batch addition of acidified wastewater, a slightly lower PHA content(39%CDW) was obtained. These results show that both brewery wastewaters can be utilized for PHA production with a similar maximum PHA storage capacity.     

污水起始pH值对序批式反应器(SBR)中增强生物除磷过程的影响研究

通过序批式反应器（SBR）的连续运行,研究了污水不同起始pH值对增强生物除磷的影响（SBR1：pH=6.8;SBR2：pH=7.6）.结果表明,在厌氧阶段,SBR2释磷量高于SBR1;在好氧阶段,SBR2降解的聚羟基烷酸（PHA）量低于SBR1,并且糖原合成量/PHA降解量的比例要远远低于SBR1.但是,SBR2反而比SBR1吸收更多的磷.进一步的研究表明,由于SBR2比SBR1合成的糖原少,因此其低PHA降解量并没有导致低吸磷量.推测SBR2中的聚磷菌（PAO）量高于SBR1,从而导致SBR2有着更高的吸磷量以及PHA利用率.在好氧末,SBR2中的可溶解性正磷酸盐（SOP）浓度远远低于SBR1,SBR2的除磷效果达到93.67%,但SBR1仅为65.06%.因此,通过控制污水起始pH值的方法可以达到显著提高增强生物除磷效果的目的,比控制整个污水生物处理过程pH的方法要方便.     

Effects of sludge retention time, carbon and initial biomass concentrations on selection process: From activated sludge to polyhydroxyalkanoate accumulating cultures

Four sequence batch reactors (SBRs) fed by fermented sugar cane wastewater were continuously operated under the aerobic dynamic feeding (ADF) mode with different configurations of sludge retention time (SRT), carbon and initial biomass concentrations to enrich polyhydroxyalkanoate (PHA) accumulating mixed microbial cultures (MMCs) from municipal activated sludge. The stability of SBRs was investigated besides the enrichment performance. The microbial community structures of the enriched MMCs were analyzed using terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). The optimum operating conditions for the enrichment process were: SRT of 5 days, carbon concentration of 2.52 g COD/L and initial biomass concentration of 3.65 g/L. The best enrichment performance in terms of both operating stability and PHA storage ability of enriched cultures (with the maximum PHA content and PHA storage yield (Y_PHA/S) of 61.26% and 0.68 mg COD/mg COD, respectively) was achieved under this condition. Effects of the SRT, carbon concentration and initial biomass concentration on the PHA accumulating MMCs selection process were discussed respectively. A new model including the segmentation of the enrichment process and the effects of SRT on each phase was proposed.