餐厨垃圾厌氧酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究
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（Rhodopseudomonaspalustris）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pH的提高，VFAs总量逐渐增加；当超声处理时间为10min，初始pH为9.0时，产酸效果最好，VFAs产量达7830.98mg/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10min、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10g/L，VFAs的产量最高，为22895.92mg/L。AQS同样可以促进VFAs的生成，而当AQS投加量增加到120.00mg/L时，VFAs产量可以达到18125.95mg/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9.45g/L时，VFAs产量随APG06投加量的增大而增大，最高可达15927.55mg/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=120mg/L）、73.65%（APG06=9.45g/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、pH、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30d，底物浓度2202.21mg/L，初始pH=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）。
餐厨垃圾;挥发性脂肪酸;聚羟基脂肪酸酯;沼泽红假单胞菌
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
刘研萍
2022
中文
X799.3
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）