PHA（Polyhydroxyalkanoate,聚羟基脂肪酸酯）是一种微生物合成的胞内聚脂,具有近似石油基塑料的良好的物理性能,同时其具备较好的可生物降解性能,可作为替代塑料制品使用,属于具有较大市场前景与开发潜力的生物合成材料。工业中常使用纯菌进行PHA的生产,但由于反应条件严格,底物昂贵,因此使用活性污泥为载体以废弃碳源底物进行生产成为低成本大规模生产的可行途径,即有利于进行污泥处置,同时又利用了废弃资源。然而,在以活性污泥为载体利用废弃碳源为底物生产PHA的过程中,存在着富集时间长、底物适应性差、碳源需要额外发酵等问题。基于以上背景,本文对C/N（Carbon/Nitrogen,碳与氮）非耦合富集过程进行了研究,探究了产PHA菌富集过程中微生物群落变化与系统功能间的关系,并考察了该工艺富集产PHA菌的合成过程以及实际废水的合成潜力,得到以下结论:本研究选择研究了 C/N非耦合工艺,结合底物、产物变化与反应动力学参数变化,针对ADF（Aerobic Dynamic Feeding,好氧瞬时补料）工艺与C/N非耦合工艺富集过程与周期代谢过程进行了详细分析,对C/N非耦合系统中SRT（Sludge Retention Time,污泥停留时间）与C:N进行优化,探究得到了两参数影响效果及最优运行条件为:污泥停留时间1d、C:N—100:6,在此条件下反应器合成PHA的最大胞内含量为41%TSS（Total Suspended Solid,总悬浮固体）,单位体积产量为752.39 mg/L。和传统ADF工艺相比,最大胞内含量提高了 1.5倍。同时证明了以F/F 比作为选择压力评价指标在C/N非耦合系统内并不适用。本研究利用16S rRNA基因测序及宏基因组技术,对富集工艺、C:N与SRT在不同工艺富集过程中的群落变化规律进行了研究。结果表明,ADF工艺中实现了伯克霍氏菌的定向富集,49天的富集后达到了 80%的相对丰度。从群落变化角度证实了非耦合系统中选择压力的主要来源是相对生长优势而不是饥饿淘汰优势。通过宏基因组分析构建了乙酸钠为底物的相关代谢通路图。对根据功能基因相对丰度进行分析,发现ADF工艺与C/N非耦合工艺有关基础代谢的基因存在较大差异,发现了 ADF工艺碳源更多流向基础代谢,从基因水平上论证了两工艺代谢差异来源,进一步说明将细胞生长与产PHA步骤分离的重要性。本研究考察了 ADF工艺与C/N非耦合工艺富集之后的活性污泥合成PHA的能力,并以糖蜜废水为例,考察了工艺以实际废水为底物产PHA的潜力。结果表明,乙酸钠为底物时,在2批次3 h达到最优产量为6719.94 mg COD PHA/L/d。通过对批次过程 ATP（Adenosine triphosphate,三磷酸腺苷）、与 NADPH（Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate,还原型辅酶Ⅱ）浓度及反应动力学参数进行分析,从酶活性角度验证了 ADF工艺中细胞呼吸速率高于C/N非耦合工艺,从而导致碳源更少流向PHA生产。EPS（Extracellular Polymeric Substances,胞外聚合物）中多糖与 PHA 存在底物竞争关系。通过宏基因组技术发现反应器具备通过蔗糖转化PHA的能力,对糖蜜废水进行底物转换合成实验,发现糖蜜废水不利于进行底物转化的批次合成。通过以糖蜜废水为底物进行富集稳定后进行批次实验发现糖蜜废水会促进微生物增殖,从而不利于PHA的积累。