聚羟基烷酸酯(简称PHA)可以由PHA合成菌以小分子有机酸作为碳源合成,在微生物营养不均衡时充当体内的碳源和能源物质。由于PHA具有可完全被生物降解并可以利用废弃碳源合成的优点,故有望成为传统塑料的替代品。目前,生物合成PHA的商业化推广以纯菌发酵为主,较高的原料费用、消毒成本和微生物分离纯化费用限制了其规模化应用。目前,利用活性污泥混合菌群在主流工艺ADF(Aerobic Dynamic Feeding,好氧瞬时补料)模式下合成PHA成为了生物合成领域的热点。然而,ADF工艺存在混合菌群总体PHA合成能力低,富集PHA合成菌系统筛选富集周期长等的问题。本研究基于传统ADF工艺基础上结合污泥沉降性能的特点,提出了好氧动态间歇排水-瞬时补料工艺(简称为好氧动态排水工艺,Aerobic Dynamic Discharge,ADD。授权发明专利:ZL201310737985.1)用于从活性污泥系统筛选出具有PHA合成能力的菌群,同时对该工艺主要影响因素进行优化,实现了活性污泥混合菌群中PHA合成菌的快速富集,提高了混合菌群的PHA产量。基于PHA合成菌和好氧颗粒污泥都具有沉降快的特点,展开利用好氧颗粒污泥模式合成PHA的研究。在ADF工艺富集PHA菌群的基础上引入沉降性能筛选作用对微生物加以选择,在此运行模式下的活性污泥可以在反应器运行30d后PHA含量达到58.3%。在此基础上开展对比实验,讨论了沉降性能筛选模式与基于底物充盈-匮乏的生态筛选模式之间,不同的组合方式对PHA合成菌富集效果的影响,实验结果表明,引入沉降性能筛选后,活性污泥混合菌群中PHA合成菌数量显著提高,且沉降性能筛选的持续施加有助于混合菌群的PHA含量提高。在提出将沉降性能筛选与ADF工艺结合的基础上,优化沉降性能筛选对活性污泥的作用方式,提出了ADD新工艺用于PHA合成菌在混合菌群中的筛选和富集,并对底物浓度、周期、温度、生物固体停留时间等工艺运行参数进行了优化。本文提出了适合ADD工艺的沉降性能筛选强度系数Φ,并提出沉降性能筛选强度初始值Φ0在0.8到0.9之间有利于PHA含量的提升。且通过实验验证了ADD工艺有助于提升混合菌群中PHA合成菌群的合成效率,也可以缩短PHA合成菌群的筛选富集时间,使得混合菌群整体合成PHA能力提高。基于BP人工神经网络模型,对ADD运行模式的多参数耦合作用下各参数对SBR反应器中PHA含量影响(用来描述混合菌群中提高PHA合成菌富集效果)的敏感性进行了分析,得到了各影响因素对混合菌群PHA含量贡献的定量关系。并且利用神经网络模型,进行参数迭代计算,优选出最佳运行参数组合并进行实验验证,得到在30d内活性污泥混合菌群PHA产量为74.2wt%。以实验数据为依据,在底物充盈-匮乏(feast-famine)机制微生物细胞新陈代谢模型基础上,得到适用于ADD运行模式的代谢模型。利用优化后的ADD工艺以餐厨垃圾产酸发酵液为底物对混合碳源PHA合成阶段进行了研究。模拟餐厨垃圾发酵液中偶数碳源与奇数碳源分别占总碳源的77.4%(mol%)和18.7%(mol%),HB单体组分含量占到总PHA聚合物的78.5%,HV单体组分占21.5%。在混合碳源为底物时,利用ADD工艺合成PHA的最大含量可占细胞干重的52.8wt%。在PHA合成阶段采用连续补料工艺,得到的PHA含量达58.4wt%。在此基础上,提出ADD工艺与混合碳源为底物时的代谢模型并利用人工神经网络模型对PHA含量进行预测,结果显示混合菌群在经过30d的ADD富集驯化模式筛选后其含量基本稳定。