稳恒磁场对活性污泥合成聚羟基烷酸酯的影响研究.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要聚羟基烷酸酯( P o l y h y d r o x y a l k a n o a t e ，P H A ) 因与化工合成塑料( 聚乙烯、聚丙烯等) 的性质十分相似，又具有生物可降解性，是化工合成塑料的优良替代品，但其高昂的生产成本限制了它的广泛应用本研究将磁场生物效应引入活性污泥P H A 合成系统，旨在利用磁场的生物效应提高P H A 合成的产率，降低P H A的生产成本着重从以下三方面展开研究：1 、在活性污泥驯化过程中，从污泥停留时间( S R T ) 、C ／P 、饥饿期与丰盛期的持续时间比、初始负荷、负荷增加率、C ／N 和初始p H 这七个因素中筛选出关键因素，并对关键因素进行优化，建立一种快速、有效的驯化方法2 、不同磁场强度下，通过改变磁场作用方式和作用时间，研究作用方式、作用时间对P I - b ～合成的影响，优化最佳的磁场处理条件3 、不同磁场强度下，通过改变系统的S R T 、p H 条件，研究S R T 、p H 对P H A合成的影响，优化活性污泥合成P H A 工艺条件主要研究结果如下：1 、基于P l a c k e t t ．B u r m a n 试验设计筛选活性污泥驯化的关键影响因子。

结果表明：S R T 、C ／N 、丰盛期与饥饿期的持续时间比、初始负荷、p H 、负荷增加率、C ／P 这七个因素中对驯化过程影响显著的因素是S R T 、C ／N 、C O D o 、C ／P 进一步通过均匀设计对这4 个显著因素进行优化，得到最优的驯化条件为：S R T 为1 5d ，C ／N 为5 0 ，C ／P 为5 3 0 ，C O D o 为1 0 5 0m g C O D ／L ，至驯化结束最大得率为0 ．7 3 ，驯化时间为2 5d 验证试验显示，至驯化结束最大得率为O ．7 1 ，驯化时间为2 3d ，该结果表明优化条件是可信的2 、当磁场仅作用于饥饿期时对H B 、H V 合成的促进作用显著优于磁场持续作用或仅作用于丰盛期时的促进作用，且该优势随着磁场强度的增大而越趋明显；而当磁场持续作用或仅作用于丰盛期时，两者的促进作用差异不明显2 1m T磁场仅作用于饥饿期时，q i - m ／q s 最大，为0 ．5 2 ；1 1m T 磁场仅作用于饥饿期时，q r r c ／q s 最大，为0 ．2 3 3 、饥饿期，活性污泥中H B 的降解速率大于H V 的降解速率，活性污泥主要依赖H B 的降解来维持生命活动。

磁场三种作用方式中，对P H A 降解促进作用从大到小依次为：仅作用于饥饿期、仅作用于丰盛期、持续作用1 1m T 的磁浙江大学硕士学位论文场仅作用饥饿期时，促进作用最大，降解速率常数为0 ．0 3 5 4 、磁场作用时间对P H A 合成的影响表现为非线性磁场对P H A 合成的促进作用在前3d 内达到最大，之后随着作用时间的延长而减小，并从第8d 开始，磁场对H B 、H V 的合成存在抑制作用因此，建议采用磁场短时间作用方式以提高P H A 的合成5 、p H 较大地影响了酸消耗和P H A 合成的速率p H 从7 升高至8 ．5 、9 ．5 时，q s 、q r m 、q m , 均增大，而p H 不控制时，q s 均介于p H 控制在8 ．5 、9 ．5 的q s 之间0 、1 1 、2 1m T ，q s 、q r m 、q r r v 均在同一p H 值时达到最大，分别为9 ．5 、9 ．5 、8 ．5 然而，p H 对P H A 得率的影响不如速率显著，当速率达到最大时，P H A 的得率并不是唯一最大的0 、1 1m T 时，Y P H A 在p H 为7 和p H 为9 ．5 达到最大，2 ll n T ，p H 为9 ．5 时的Y P H A 仅比p H 为8 ．5 时的Y r , a h ，提高了6 ％．因此，为提高P H A 的合成速率，建议控制p H 值在较高水平。

6 、不同磁场强度下，随着污泥停留时间( S R T ) 的增长，q s 逐渐减小，且q s 和F ／M 值呈正相关( R = 0 ．9 1 6 ，P 0 ．0 5b o t h ) ．11m T , Y r m ，Y r r v ，a n dY P 队r e a c h e dm a x m R r l lo f 0 ．2 4 、0 ．1 1 、O ．3 5C m m o l ／C m m o la tS R T1 0d ．2 1m T ，Y P H Ao fS R T5 ，1 0dw e r e0 ．4 2 、0 ．4 3C m m o l ／C m m o lr e s p e c t i v e l y ，a n dt h e r ew a sn oo b v i o u sd i f f e r e n c e ．K e y w o r d s ：P H A ；a c c l i m a t i z a t i o n ；m a g n e t i cf i e l d ；e x p o s u r em o d e ；d u r a t i o nt i m e ；S R T ；p H．Ⅳ．浙江大学硕士学位论文前言课题来源本课题来源于浙江省科技厅计划项目“有机固体废弃物资源化的新工艺研究与应用”，编号：N o ．2 0 0 8 C 2 3 1 0 0 。

课题背景化工合成塑料由于不可生物降解而滞留环境中，并逐步累积，造成日益严重的污染，同时其合成原料也日益短缺，陷入了不可持续发展的困境开发和利用生物可降解塑料越来越受到人们的重视．聚羟基烷酸酯( P o l y h y d r o x y a l k a n o a t e ，P H A ) 是一类由原核生物在非平衡生长( 如缺乏氮、氧、磷、镁等营养元素) 条件下合成的细胞内碳源和能源的贮藏性聚合物【l 】聚羟基烷酸酯与化工合成塑料( 聚乙烯、聚丙烯等) 的性质十分相似，且具有化工合成塑料没有的生物可降解性、生物相容性等所以，P H A 作为环境友好的高分子聚合物，可以替代化工合成塑料，并且可作为新的功能材料广泛应用于医学、药物学、食品等领域目前，通过纯菌( 如R a l s t o n i ae u t r o p h a ) 发酵已实现P H A 的工业化生产【l 】但是，纯菌发酵对运行条件和碳源等要求很高，导致生产成本高昂，限制了P H A 的广泛应用提高P H A 的合成效率，降低P H A的生产成本是目前研究的重点之一活性污泥是废水生物处理系统中微生物与它们所吸附的有机物和无机物的聚集体，其微生物种类非常复杂。

研究表明，活性污泥中的混合菌群可以很好地适应并利用废物中的营养成分，能在碳源间歇过量或营养物暂时缺乏( 如好氧序批式生物反应器工艺) 、电子受体与电子供体交替出现( 如强化生物除磷工艺) 等条件下储存P H A ，以便维持非均衡环境下相对稳定的生长和生存状态【2 】将活性污泥作为合成P H A 的微生物，利用活性污泥中混合菌群的生物代谢反应，将废物中的碳源等营养物转化为P H A 相对于纯菌种发酵生产P H A ，活性污泥生产P H A 不需要灭菌，并且控制相对简单，不但可以降低工艺过程成本，‘且有助于实现剩余污泥的减量化和资源化生物磁学是近几十年发展起来的一门新兴的边缘科学，是涉及物理学、电浙江大学硕士学位论文磁学、医学、生物学等综合性学科磁场的生物效应为其重要组成部分，研究磁场对生物体的影响和作用效果，以及磁场与生物体之间的关系磁场生物效应包括对生物细胞形态、细胞膜，细胞代谢，酶活性，遗传物质等的影响，并根据不同的磁场性质和微生物种类，生物效应不同如在最佳磁场条件下( 4h 、1 ．5 0m s 、5m T ) ，L a c t o c o c c u sl a c t i ss u b s p ．L a c t i s 尼生素的得率、合成速率分别比对照组( 未加磁场) 增加了3 倍和5 倍【3 】。

因此，磁场的生物效应为提高P H A生物合成的产率提供了一条新思路，且文献对于这方面也鲜有报导因此，磁场对活性污泥合成P H A 影响的研究为提高P H A 产率，降低其生产成本提供了一种新方法，同时也丰富、加深了磁场生物效应的认识课题意义由于P H A 特有的生物可降解性、生物相容性、压电性等，使其成为化工合成塑料的理想替代物，并作为新的功能材料广泛应用于医学、药物学、食品等领域降低P H A 的生产成本是学者们研究的主要方向之一把活性污泥作为合成P H A 的微生物，并结合磁场的生物效应，研究磁场对活性污泥合成P H A 的影响，以及优化磁场作用的条件，为提高P H A 产率，降低其生产成本提供了一种新方法，为其能够广泛应用提供保障，有利于缓解“白色污染”；同时，生物磁学作为一门新兴的边缘学科，很多方面的认识还是空白，本研究丰富、加深了对磁场生物效应的认识，有利于促进磁场在社会生产、日常生活中的应用本课题意义在于：( 1 ) 建立一种快速、有效的驯化方法，将活性污泥驯化成具有高P H A 贮存能力的微生物菌群，筛选驯化过程中的关键因素，并优化关键因素的取值 2 ) 研究磁场作用方式、作用时间对活性污泥合成P H A 的影响，寻求最佳的磁场处理方式与条件。

3 ) 进一步研究磁场一活性污泥P H A 合成系统中，污泥停留时间( S l u d g eR e t e n t i o nT i m e ，S R T ) 和p H 在不同磁场强度下，对P H A 合成的影响，优化工艺条件浙江大学硕’l ：学位论文浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江大鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意学位论文作者签名：，湃毋惋签字日期：) J 口年今月孑日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿盘堂一有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：1 研百豇‰导师签名：签字日期：立。

1 0 年弓月J日签字同期：学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：雹hy训许雩月分日：邮编：浙江大学硕士学位论文致谢本文是在导师陈红副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的，在此表示诚挚的谢意! 在浙大读研的日子里，导师不仅在学业上给予我精心地指导与帮助，更加注重对我思想上的点拨，鼓励我多思考、多创新，这一切让我受益匪浅导师深厚的学术修养和严谨的治学态度是我学习的楷模，导师的战略性的思维方式，勇于开拓创新的精神，我将铭记于心、终身受益感谢徐志伟、黄皓、吴海云、夏云峰、李晓娟、孟慧娟、周俊、朱金余等各位师兄弟姐妹，在平时工作和生活中的诸多支持与帮助感谢曾经在实验室实习的左文虎等同学的辛勤工作感谢我的先生李灵香玉对我的支持与帮助，我们相互扶持、风雨同舟，一起经历人生的高潮和低谷，我所取得的成绩离不开他的帮助与鼓励感谢每一位关心、支持、帮助过我的老师和同学对参加本论文答辩、评阅和对本论文提出宝贵意见的所有专家和同仁表示最衷心的感谢!许振岚谨记2 0 0 9 年1 2 月于杭州浙江大学硕士学位论文1 绪论1 ．1 剩余活性污泥的资源化1 ．1 ．1 剩余活性污泥的性质剩余污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物，是污水处理厂的必然产物。

它含有大量的有机物，氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，常常伴有恶。