餐厨垃圾厌氧酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gloriayl2005
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自国家2019年出台垃圾分类相关政策,餐厨垃圾产量急剧增加,餐厨垃圾的处理成为学者们重点关注的问题。由于餐厨垃圾中含有大量的有机质,其厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸(VFAs)可以作为微生物合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的碳源。本文为了提高VFAs的产量,研究了超声-碱联合预处理对餐厨垃圾水解酸化的影响;探究了投加外源物质对餐厨垃圾发酵产酸的优化效果;将最优产酸条件下的发酵液作为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)合成PHA的碳源,并对微生物合成PHA的工艺条件进行了优化。本文首先研究了不同超声-碱联合预处理条件下餐厨垃圾厌氧发酵产酸效果。结果表明,超声-碱联合预处理可促进餐厨垃圾厌氧发酵产VFAs,且随着超声时间的不断增长及p H的提高,VFAs总量逐渐增加;当超声处理时间为10 min,初始p H为9.0时,产酸效果最好,VFAs产量达7830.98 mg/L,且发酵系统中主要以乙酸和丁酸为产物。其次在超声时间10 min、初始pH为9.0的预处理条件下,研究了磁铁矿(Fe3O4)、蒽醌-2-磺酸(AQS)、烷基糖苷(APG06)优化餐厨垃圾发酵产酸的效果。结果表明,Fe3O4可以促进餐厨垃圾的厌氧发酵产酸过程,且随着投加量的增大,VFAs产量呈先增大后减少的趋势。当Fe3O4投加量为10 g/L,VFAs的产量最高,为22895.92 mg/L。AQS同样可以促进VFAs的生成,而当AQS投加量增加到120.00 mg/L时,VFAs产量可以达到18125.95 mg/L。APG06也能够促进餐厨垃圾的厌氧发酵产酸过程,投加量小于等于9.45 g/L时,VFAs产量随APG06投加量的增大而增大,最高可达15927.55 mg/L。Fe3O4、AQS、APG06强化发酵产酸产生的VFAs主要组分为乙酸和丁酸,乙酸和丁酸在VFAs中的含量分别可以达到80.53%(Fe3O4=10g/L)、79.57%(AQS=120 mg/L)、73.65%(APG06=9.45 g/L)。投加外源物质后酸化系统中溶解性蛋白质、总糖和氨氮的浓度显著提高,且随着发酵产酸的进行逐渐增大。此外投加外源物提高了相关水解酶的活性。在最佳的产酸条件下对微生物种群结构进行分析,FW+IS+Fe3O4、FW+IS+AQS实验组中细菌优势菌属为Clostridium_sensu_stricto_1和Terrisporobacter;FW+IS+APG06实验组中优势菌属为Enterococcus和Terrisporobacter。最后考察沼泽红假单胞菌以餐厨垃圾产酸发酵液为碳源合成PHA的效果。通过对培养时间、底物浓度、p H、接种量的四种因素的调控实现工艺的优化,提高微生物对PHAs的合成效率,结果表明在最优条件下(培养时间30 d,底物浓度2202.21 mg/L,初始p H=8.0,接种量为15%)合成率达48.62%。沼泽红假单胞菌首先会利用水解液中偶数碳VFAs,倾向合成聚3-羟基丁酸酯(PHB);其次是奇数VFAs,如丙酸有助于合成聚3-羟基戊酸酯(PHV)。
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