（新编）给水排水工程专业英语文献翻译译文第一篇

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1、1一种利用蜜糖废水产生 PHA 的侧流工艺的建立方法摘要试验建立了一种利用蜜糖废水生产聚羟基烷酸脂（PHA）的三阶段过程。该过程包括（1）糖蜜废水酸酵解， （2）PHA 富集菌的筛选， （3）利用富集完毕的污泥和酵解之后的糖蜜废水批次累积 PHA。在发酵阶段，试验评估了PH（57）对有机酸型体分布以及产率的影响。PH 较高时乙酸和丙酸为主要产物，然而较低的 PH 值有利于丙酸和戊酸的产生。试验评估了利用乙酸盐和发酵糖蜜废水为基质筛选的两类菌群的 PHA 积累能力。考察了有机酸型体分布对利用醋酸盐筛选菌群产生的多聚体的组成以及产率的影响。PHA 富集产率在0.37 到 0.50CmmolHA/C

2、mmol VFA 之间变化。试验观察到了被利用有机酸的类型和多聚物成分的一种直接关系。在糖蜜废水中，低氨氮浓度（0.1Nmmol/l）促进了 PHA 的储存（0.59 Cmmol HA/Cmmol VFA） 。此外，试验建立了一种控制反应器运行利用发酵糖蜜废水筛选 PHA 富集菌群的方法。利用高有机负荷以及低氨氮浓度选择了一种具有稳定储存 PHA 能力的菌群，富集产率达到0.59Cmmol HA/Cmmol VFA)，这一能力与醋酸盐筛选菌相似。前言聚羟基烷酸脂被认为是优良的可生物降解塑料的候选者。这类含有多种单体组分具有热塑性的多聚物是被细菌作为能量和碳储存物质的。它们的结构特性与聚丙烯的结

3、构性质一致，同时又具有诸多优势：可生物降解、可生物相容、能进一步由可再生碳源产生从而使可持续生产过程成为可能。然而，PHAs 与石化工业衍生的塑料制品在成本上相当大的差异成了这类高聚物部分替代后者的阻碍。目前，商业可行的 PHAs 是由纯菌（野生的和基因重组的菌种）和纯底物（通常很昂贵）工业化生产而来。PHAs 的价格主要取决于底物成本，约占总成本的 40%（Choi 和 Lee，1997） 。最近十年来，一系列低成本的碳源基质（例如淀粉、木薯粉水解物、乳清和蜜糖）在纯菌生产PHA 过程中得到检验。但是，PHA 的生产成本仍然很高，这主要由投资成本和运行成本引起的。有许多旨在建立更具有成本效益

4、的产 PHA 工艺的尝试，其中包括混合菌群2产 PHA 工艺。混合菌群是一类未知组成的微生物群体，这类群体是由强加于生物系统之上的运行条件选择而来。此工艺无需灭菌，因此节省了能源和设备成本。混合菌群在瞬时碳源供给的条件下开始储存 PHA（Majone 等，1996；Van loosdrecht 等，1997） ，瞬时碳源供给指的是 feastfamine 或者好氧动态投料（ADF） ，这种方式导致一种非平衡的细胞增长。在碳源过剩阶段，外部的基质被摄取转化为多聚体在细胞内部储存。当底物耗尽，积累的多聚物就会作为细胞生长和维持的能量与碳源。不同于纯菌培养的是，混合菌群不会将碳水化合物作为 PHAs

5、 储存而是作为糖原储存（Dricks 等， 2001） 。然而，可挥发性脂肪酸可以被混合菌群转化为PHAs 储存。已有许多研究试验了利用合成有机酸由混合菌群生产 PHA(例如，醋酸、丙酸、丁酸和戊酸)。(Beccari 等，2002；Dionisi 等，2004；Serafim 等，2004；Lemos 等，2006) 。 Serafim 等（2004）发现：在动态补料条件下，利用乙酸盐作为碳源的混合菌群可以积累含量相当于细胞干重 65%的 PHB。由混合菌群利用废料或低成本基质生产 PHA 的研究只有极少数报道（ RHu 等，2003；Dionisi 等，2005；Bengtsson 等，2

6、007） 。由富含碳水化合物的基质合成PHA 需要一个将基质中糖分转化为 VFA 的预前厌氧发酵步骤。在混合菌群合成 PHA 的诸多挑战中，其中一个是细菌的筛选。选择一个具有高效稳定富集 PHA 能力的菌群对此工艺的效果具有重要作用。几乎所有关于混菌合成 PHA 的研究都将细菌筛选和 PHA 富集分别作为两个阶段来运行（Dionisi 等， 2004；Serafim 等，2004；Lemos 等， 2006） 。仅有少数研究报道了三阶段合成工艺的使用，在这种工艺当中在菌种筛选和 PHA 富集之前增加了厌氧发酵阶段。Dionisi 等在 2005 年提出利用橄榄油制造厂废水（OME ）合成PHA

7、 的工艺，在此工艺当中 PHA 富集菌由合成有机酸混合物筛选而来，随后利用发酵之后的 OME 和筛选菌群批次合成 PHA。Bengtsson 等在 2007 年提出利用造纸废水合成 PHA 的三阶段工艺，包括造纸废水的发酵、利用发酵废水筛选菌群、利用发酵废水和筛选菌群合成 PHA 三个连续的步骤。但是，尚不清楚哪一种筛选方法顾及到了提高工艺的 PHA 产率和产量的问题。本试验研究了利用蜜糖废水（一种蔗糖提炼厂的副产物，具有很高的含糖量，约为干重的 50%）由混合微生物菌群合成 PHA 的工艺。试验使用了三阶段3工艺，包括连续三个过程：（1）糖蜜废水酸化降解， （2）在充盈饥饿状态下筛选 PHA

8、 富集菌， （3）利用筛选菌群和发酵糖蜜废水批次富集 PHA。试验使用了两种不同的方法：利用合成基质（乙酸盐）进行细菌筛选利用发酵糖蜜废水进行富集或者使用发酵糖蜜废水作为两阶段的原料。试验使用以醋酸盐为基质筛选的菌群考察了酸化酵解阶段的 PH 对多聚物储存产量和单体组成的影响。试验建立了一种利用发酵糖蜜废水筛选 PHA 富集菌的反应器运行方法。2.试验材料和研究方法2.1 备料本试验使用到的糖蜜废水来自蔗糖生产工厂。糖蜜废水含有很高的糖分（糖蜜废水含有 54%的总糖） ，主要由 62%的蔗糖和 38%的果糖组成。糖蜜废水首先要经过稀释以降低粘度使其易被泵抽取。用 0.5mol/l 的NaOH

9、溶液调整稀释后的蜜糖废水的 PH（由 50.05 调至 70.05） ，溶液被保存在恒温 4 度的持续搅拌冷藏容器中。用来进一步稀释糖蜜废水至 10g 蔗糖/l 的矿物营养液被分别加入反应器（表 1） ，这样做是为了防止糖蜜废水提前发酵。无机营养液包含 N 源和 P 源（NH 4CL 和 KH2PO4 /Na2 HPO4)。溶液使用饮用水来制备，用 0.5mol/l 的 NaOH 溶液调整 PH 由 50.05 至 70.05。调整无机营养液的氨氮和磷酸盐浓度（173307mgN/l 和 59mgP/l）以保持 C/N/P（以 mol 量为基础）为 100:6:1（稳态 13）和 100:3:

10、1（稳态 4） 。2.2.1 连续流酸酵解反应器对工作体积为 1140ml 的 CSTR 进行接种，种泥来自处理工业生活混合污水并且适应了糖蜜废水投料的全尺寸厌氧反应器。在最初的适应期，接种污泥中投加稀释的蜜糖废水（10g 蔗糖/l）和营养液（21Nmmol/l 和 2Pmmol/l） ，并且反应器非连续运行直至观察到发酵现象出现。之后，反应器调整为连续运行模式，并且要监测生物浓度和发酵终产物，直至获得稳定的发酵状态。使用两台蠕动泵给反应器继续进料，一台投加糖蜜废水另外一台投加营养液。控制稀释的糖蜜废水（410g/l）和无机营养液的流速以使 SRT 保持在 10h，并且初始基质浓度保持在 10

11、g 蔗糖/l（344Cmmol/l） 。反应器在三种不同的 PH 值之下运行。利用 PH 控制器调节反应器的 PH，该反应器启闭 0.5M NaOH 溶液对反应器的供给。搅拌速度维持在 400rpm 温度4控制在 30 度。试验过程中要对氧化还原电位进行监测。流出物溢流出反应器，被收集在连续搅拌的冷藏池中（保持在 4 度） 。使用由超滤中空纤维膜组件（可以分离 5105分子量）和蠕动泵组成的过滤装置澄清流出物。在用于批次累积 PHA 试验或者作为 SBR 筛选菌群的投料之前，澄清的流出物要维持恒温 4 度。每天要从反应器、稀释的糖蜜废水供料、无机营养溶液中取样以监测糖分、有机酸（和其他的可能的

12、发酵终产物例如，甲烷） 、氨氮、磷酸盐和 VSS。使用气体流量计测量气体产量。2.2.2 富 PHA 菌群筛选反应器在 ADF 条件下运行 SBR 反应器（工作容积为 1000ml） ，利用发酵糖蜜废水进行 PHA 富集菌的筛选。反应器接种利用醋酸盐驯化的富 PHA 混合菌群（Serafim 等，2004） 。SBR12h 的运行周期包括 4 个独立的阶段：进料（12.5min） 、好氧反应（充盈和饥饿交替） （11h） 、沉淀（38.5min）和排水（9min） 。水力停留时间控制在 1d。每天排出 100ml 的混合液以保持污泥停留时间为 10d。向反应器中投加连续流发酵反应器的澄清出流物

13、，发酵反应器按稳态 4 运行（PH 为 6 以及 C/N 为 100:3，查表 1 获得成分组成） 。在每一个周期的开始阶段用蠕动泵将 500ml 的滤后发酵蜜糖废水泵入反应器。另外一个蠕动泵在沉淀阶段完成之后抽出反应器的排水（每周期 500ml） 。在滤后发酵糖蜜废水投料中加入铵盐和磷酸盐使初始反应器溶液中分别含有 2.5Nmmol/l 和0.32Pmmol/l 的浓度。投料中也要加入硫脲来抑制硝化作用。投料中 PH 控制在80.05.用空气泵通过陶瓷曝气头供给空气。转速控制在 500rpm。对 PH 和溶解氧进行监测。泵的运行（进料和排水） ，曝气，搅拌由本课题组开发的软件程序来自动控制。

14、除此之外，软件也用来 PH 和溶解氧数据。在既定周期之内，定期从反应器内取样来确定 VFA 和氨氮摄取、TOC 去除效果、PHA 储存以及微生物的生长。反应器放置在温控室中（2325 度） 。Serafim 等在 2004 年报道了以醋酸盐为底物筛选 PHA 富集菌的研究。反应器的运行条件一般被用来描述由发酵糖蜜废水筛选的菌群，而不是以醋酸盐为碳源筛选而来的菌群。2.2.3 PHA 批次富集试验使用澄清发酵糖蜜废水在不同的 CSTR 稳态条件下（查看表 2）和在 ADF5条件下利用醋酸盐作为碳源和发酵糖蜜废水筛选的不同的 PH 富集菌进行 PHA富集试验。PHA 富集试验在具有 600ml 工

15、作容积的容器中进行。在以发酵糖蜜废水为底物或者以醋酸盐为底物进行细菌筛选的 SBR 的周期末端取出 200ml 污泥，取出之后加入到 400mlPH 已经预先调整为 7 的发酵废水中。使用空气泵通过陶瓷扩散器进行曝气，利用磁力搅拌器进行搅拌。在批次试验中延时监测有机酸的利用、氨氮的消耗、PHA 的储存、微生物的生长状况以及氧气利用率。为了确定 OUR,混合液在呼吸计中循环通过（使用蠕动泵） ，利用电磁搅拌器进行搅拌，在混合液中插入氧电极。循环在既定时间停止，呼吸计中氧浓度的减少被记录下以确定 OUR 值。富集试验在温控室中进行。2.3 分析程序生物浓度的确定使用标准方法中描述的测定 VSS 的

16、步骤。使用高效液相色谱法测定乳酸盐、醋酸盐、丙酸盐、丁酸盐和戊酸盐的浓度，使用 Merck-Hitachi 液谱，装有 UV 检测器和 HPX-87H 前置柱和来自BIORAD 的柱体。采用 0.05M 的硫酸作为洗脱液以 0.6ml/min 的流速和 50 度的工作温度进行洗脱。检测波长设置在 210nm。有机酸的浓度用规程为 25500mg/l 的标准曲线进行计算。糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）和乙醇的浓度同样利用 HPLC 法来测定，使用同样的 Merck- Hitachi 液谱和 Merck-Hitachi 视差折光检测器。使用到的柱体和洗脱条件与之前的有机酸测量一致，除了洗脱液的流速不同，后者的流速为0.5ml/min。使用规程为 25500mg/l 的标曲来计算糖和乙醇浓度。总糖的确定使用莫里斯方法以及由 Koehler（1952） 、Baily（1958）和Gaudey（1958）修正的莫里斯方法。样品用蒽酮试剂在 100 度进行消解，在625nm 的波长处测定吸光度。使用蔗糖标准（0 100mg/l）确