由于传统塑料的大量使用给环境造成了严重的“白色污染”,人们研究利用一种可生物降解的材料——聚羟基烷酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)来取代传统塑料的使用,但是较高的价格限制了PHA的大规模使用。为了降低PHA的生产价格,近年来对利用混合菌种和多种有机底物合成PHA的活性污泥法进行了许多实验,研究发现活性污泥在一定条件下也可以利用有机废水合成PHA,大大降低了PHA的生产成本。但是与纯菌种比较,PHA在污泥中的含量较低,使得PHA的提取较为困难。利用活性污泥合成PHA时,合成情况会受到运行工艺、操作条件等因素的影响。为了提高活性污泥对底物的利用率,以及污泥中PHA的含量,本文利用好氧瞬时供料工艺,对活性污泥合成PHA的过程及工艺条件进行优化。主要研究包括以下三个方面:(1)通过外加不同强度的磁场,改变加入反应器中碳氮比例,研究不同磁场作用以及碳氮比的变化对活性污泥合成PHA的影响。寻求有利于PHA合成的最佳磁场强度和碳氮比例,对活性污泥合成PHA的运行条件进行优化。(2)利用表面响应法(RSM),对活性污泥合成PHA的操作条件和营养条件进行优化,来提高污泥中PHA的产量。选择磁场强度、碳氮比例和初始pH进行过程优化,寻求这三者之间的相互作用关系,确定合成效果最好时三个因素的最优点。(3)通过在不同磁场强度下,改变底物中乙酸与丙酸的组成比例,观察合成的共聚物中HB与HV比例与底物中乙酸与丙酸比例的关系,并对磁场作用的影响进行探讨,寻求对PHA组分结构优化的途径。主要研究结果如下:(1)反应器外加0mT,3mT,7mT,11mT,16mT,21m7,25mT,30mT的恒稳磁场时,磁场强度为7mT,底物对HB的转化率最高;磁场强度为21mT,底物对HV的转化率最高;底物对细胞质的转化率随着磁场强度的增加不断减少,磁场的引入抑制了微生物的生长。(2)改变加入碳氮比时,由于加入的氨氮量减少,微生物的生长量减少,有机酸用于PHA合成的量增加,使得细胞内PHA含量增大。0mT反应器在碳氮比为200:1时,PHA含量最高为43.09%,7mT反应器在不加氮时PHA含量最高为43.90%,21mT反应器在碳氮比为100:1时PHA含量最高为44.47%。(3)利用RSM得到的等高线图描绘了磁场强度,碳氮比例,初始pH三个自变量之间的相互作用,以及对PHA合成的影响。降低磁场强度和增加pH能够增加污泥中PHA的含量,并且当碳氮比例为100时最适合PHA的合成。优化得到的最佳PHA合成条件为:磁场强度11mT,碳氮比为100:1,初始pH 9.0,最高PHA为39.8%。经过实验得到优化条件下PHA含量为39.6%,与预测值一致。(4)底物中乙酸与丙酸COD含量比例为60:40时,底物的消耗速率达到最大值,外加磁场强度对底物消耗有促进作用不同的磁场强度对PHA的合成会产生不同的影响,与不加磁场时相比,7mT的磁场强度时有更多的底物转化为HB,21mT的磁场强度时有更多的底物转化为HV,11mT的磁场强度时的底物转化情况则介于7mT的磁场强度与21mT的磁场强度之间。