食品工廠活性污泥積累生物降解塑料PHA的研究

2019-03-09 13:38:45 132
本文轉載自網絡,如有侵權,請聯絡刪除:  鉆研報告食品工廠活性污泥積攢生物降解塑料PHA的鉆研~楊幼慧1伍朝暉2鐘士清1余海虎3 1(華南農業大學食品學院,廣州,510642)2(中山出入境測驗檢疫局,中山,S8400)3(香港理工大學應用生物及化學科技學系,香港九龍)結果標明,不同來源活性污泥自然積攢PHA的才干有較大差異,以廣州廣美食品廠才干最強;不同工廠活性污泥經過馴化。發酵后,均可有效富集PHA積攢菌,PHA產量大幅度進步,產物經核磁共振(H-NMR)和熔點剖析,為羥基玻與羥基戊酸的共聚物(PHBV)。

  1資料與辦法11實驗資料活性污泥分別取自廣州珠江啤酒廠、廣州四明燕塘乳業公司、廣州廣美食品廠和廣州大坦沙生活污水解決廠。

  2.2模擬廢水3辦法3.1活性污泥積攢PHA菌群的調查與篩PHA積攢菌群的調查:對不同來源的活性污泥停止蘇丹黑染色,于顯微鏡下察看活性污泥細胞形態。

  PHA積攢菌的挑選:采納尼羅蘭平板挑選法。在已有的報道中,PHA多由純菌發酵消費,但由于本錢過高,限制了它的商業化應用規模。因此尋求能利用便宜底物的菌株和采納經濟的發酵消費形式是降低PHA消費本錢的有效門路。據報道,已發現活性污泥可積攢PHA,有發酵消費PHA的潛力。食品工廠的廢水含有高濃度有機物,須要停止解決才干排放。在解決的同時產生大量的殘余污泥,也需停止厭氧分解或填埋解決,增加了本錢。若能利用食品工廠的活性污泥以食品廢水為原料發酵消費PHA,既解決廢水,又變廢為寶,這是一個具有多重意義的構想。因此,本文對不同食品廠活性污泥PHA積攢特點及其發酵條件停止鉆研,以期為這一PHA消費新門路的開展提供一定的根底性數據資料。

  廣東省自然科學基金贊助項目(No. 1.3.2活性污泥的馴化從污水解決站取回的活性污泥經3 ~120g/L濕重力口入自制的盛有3L模擬廢水的4LSBR(se quencingbatchreactor序批式反饋器)中。每天經過3個循環,每個循環8h缺氧(不曝氣)2h,曝氣4h,沉淀1h,排出1/3的上清液(0.5h),參與等量新穎造就基(0.活性污泥的發酵待活性污泥經馴化穩定后,直接或添加從活性污泥中分別并擴充造就24h的PHA積攢菌菌液用模擬廢水停止發酵發酵采納SBR運作形式,分別于4L反饋器和7. 5L發酵罐中停止。

  剖析測定1.3.4.1污泥干重的測定參照的辦法。

  1.3.42PHA提取及定量剖析稱取8g左右細胞干粉,置于索氏抽提器中,參與100mLCCU,80C水浴下抽提24h,冷卻后的CCl4溶液先經過濾,再于60°C水浴下100r/min旋轉蒸發至5mL,參與45mL甲酉褚振蕩,4000r/min離心0.5h,取沉淀再用CCLt10mL溶解,參與90mL甲醇振蕩,4000r/min離心0.5h,反復2~3次至沉淀呈乳白色,80C烘至恒重。稱量,計算PHA產率,并作下面剖析。

  1.3.4.4PHA熔點測定參照的辦法。

  2結果與剖析1活性污泥積攢PHA的顯微察看分別對不同來源的原始活性污泥停止顯微察看。結果標明,活性污泥中微生物形態復雜,有的匯集在一起成長,造成菌膠團,有的則游離于菌膠團之外,其形狀有桿狀、球狀、橢圓狀、絲狀、鏈狀等,還有原生動物。因PHA經蘇丹黑染色后呈藍黑色。

  活性污泥中PHA積攢菌顯微照片22活性污泥馴化前后PHA含量在雷同條件下對各廠活性污泥停止馴化造就,結果(表1)標明,不同來源活性污泥積攢PHA才干存在差異,未經馴化的大坦沙污水解決廠原始污泥中PHA含量僅0.066%而含量最高的廣美食品廠污泥中也僅含有0.798%.但經馴化造就后,所有污泥中的PHA含量均大幅進步,其中珠江啤酒廠活性污泥中的PHA含量達10. 5%,增加了105倍,闡明該馴化條件較合適上述活性污泥中PHA積攢菌的富集,鏡檢也發現馴化后的污泥中絲狀菌的數量和胞內PHA的產量均有所增加。

  表1不同來源活性污泥積攢PHA的才干比較污泥來源原始污泥PHA含量/%馴化污泥PHA含量/%增加倍數大坦沙四明燕塘廣美珠啤2.3活性污泥發酵消費PHA鑒于珠江啤酒廠全年消費啤酒,污水中營養成分穩定,節令性影響較小,且該廠馴化后的活性污泥PHA含量高,故以其污泥作為發酵菌種(群)。發酵結果(表2)標明:(1)活性污泥發酵后的PHA產量均較原始污泥(表1)進步100倍以上,也較馴化污泥高;2)2種發酵容器相比,以發酵罐為好,其生物量及PHA產量均高于反饋器,其均勻進步幅度分別為6.7%和24.8%;(3)添加PHA產生菌球衣菌W99136有利于進步PHA的產量,且隨著添加比例增加,PHA的進步幅度增大,當添加量為8%時,反饋器和發酵罐中PHA含量分別比對照(馴化活性污泥)高27.表2活性污泥發酵消費PHA發酵方式及容器菌種細胞干重含量/%馴化活性污泥4LSBR反饋器馴化活性污泥一馴化活性污泥75L發酵罐馴化活性污泥一PHA的構造用1H-NMR對珠江啤酒廠活性污泥發酵消費PHA的構造停止了剖析,為羥基丁酸(HB)與羥基戊酸(HV)的共聚物(PHBV)。產品熔點為165C,介于PHB和PHV之間(見表3)。

  表3熔點測定樣品標樣PHB標樣PHV活性污泥合成PHA熔點/°c 3討論活性污泥是廢水解決系統中自然造成的微生物與有機物的匯集體,其微生物品種十分復雜。本鉆研標明,不同食品廠和生活污水解決廠的活性污泥均含有多種形態的PHA積攢菌,但原始條件下積攢菌的比例及PHA含量均較低。這可能是由于污水解決過程中,不滿足PHA的積攢條件。采納SBR系統對活性污泥停止馴化關于進步PHA積攢菌的比例和PHA產量有十分顯著的成效。在該系統中,利用缺氧-好氧交替解決的方式,污泥與模擬廢水先在缺氧條件下混合,而后停止曝氣解決,解決后的廢水通過沉淀與活性污泥分別,沉淀后的活性污泥又在缺氧條件下與廢水混合,如此反復循環,可使PHA積攢菌富集,PHA的產量進步,這與Satoh等131的實驗結果一致。

  通常活性污泥曝氣池中污泥濃度(MLSS)較低,欲發酵消費PHA,必需停止高密度造就。因此,本實驗將馴化的污泥離心后以85~120g/L的濕重于SBR中停止高密度造就,并加大模擬廢水中有機物的負荷,增強循環供氧。結果標明,污泥的沉降性能比較好,合乎污水解決的要求,同時也進步了污泥生物量和PHA產量。

  2種發酵方式,從生物量和PHA產量指標考查,發酵罐優于SBR反饋器。其起因可能是由于pH在中性偏堿的條件下有利于細胞的成長和PHA的積攢。

  本實驗中采納的是自動發酵罐,pH容易控制,穩定在7.0~8.0,而反饋器的pH為自然狀態。

  為了進步活性污泥PHA的產量,實驗中嘗試參與活性污泥中PHA積攢菌球衣菌W99136與活性污泥共發酵結果PHA產量進步幅度較大,但系統中有少量的污泥浮起,對污泥的沉降性能有不利影響。今后添加何種PHA產生菌及工藝的改進還有待討論。

  對本實驗結果停止綜合剖析,有關主體是可能的。與純種發酵消費PHA相比,不但可勤儉造就細胞所耗費的營養和縮短造就工夫,而且可減少殘余活性污泥解決量,還可變廢為寶,降低廢水解決本錢。但是,還有一些問題如將廢水解決與PHA消費如何更有效耦合、如何進一步進步PHA的產量等還需深刻鉆研。

  致謝:本校食品學院95級同學韓玉蘭、郭少娟曾參與部分工作,特此致謝。

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