申请日2011.12.02
公开(公告)日2012.06.20
IPC分类号C02F11/02; C12P7/62
摘要
一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，涉及聚羟基脂肪酸酯的合成方法。将城市好氧活性污泥投入污泥驯化器中，按进水-好氧曝气-排泥-沉淀-出水为1个驯化周期进行驯化，好氧曝气时控制曝气量为1～3L/L/min，连续驯化18～22个周期，得驯化稳定的活性污泥;将城市剩余污泥放入反应器中，再加入氢氧化钠，热碱预处理后，调节pH值至中性，再接种厌氧污泥，搅拌下进行厌氧发酵，分离得挥发性脂肪酸发酵液;将驯化稳定的活性污泥于合成反应器中，加入挥发性脂肪酸发酵液进行污泥合成聚羟基脂肪酸酯，调pH值为中性，在间歇曝气条件下，添加乙酸钠为外加碳源，进行聚羟基脂肪酸酯的合成。
权利要求书
1.一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于包括以下步 骤：
1)将城市好氧活性污泥投入污泥驯化器中，按进水-好氧曝气-排泥-沉淀-出水为 1个驯化周期进行驯化，好氧曝气时控制曝气量为1～3L/L/min，连续驯化18～22个周期，得 驯化稳定的活性污泥;
2)将城市剩余污泥放入反应器中，再加入氢氧化钠，热碱预处理后，调节pH值至中 性，再接种厌氧污泥，搅拌下进行厌氧发酵，分离得挥发性脂肪酸发酵液;
3)将驯化稳定的活性污泥于合成反应器中，加入步骤2)得到的挥发性脂肪酸发酵液 进行污泥合成聚羟基脂肪酸酯，调pH值为中性，在间歇曝气条件下，添加乙酸钠为外加碳 源，进行聚羟基脂肪酸酯的合成。
2.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤1)中，所述污泥驯化器的有效体积为6L，所述活性污泥浓度以MLSS计 为1～4g/L;所述一个驯化周期为22～24h。
3.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤1)中，所述好氧曝气的时间为20～22h，所述沉淀的时间为1～3h。
4.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤1)中，所述水为培养基溶液，每1L培养基溶液中的成分及在驯化反应体 系中的浓度为：CH3COOH 0.1～1.5mL/L，CH3CH2COOH 0.1～0.7mL/L，KCl 100～360mg/L， K2HPO4·3H2O 50～250mg/L，NH4Cl 85～300mg/L，MgSO470～230mg/L，CaCl220～100mg/L， FeCl3·6H2O 5～20mg/L，蛋白胨110～600mg/L，酵母膏30～206mg/L。
5.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤2)中，所述城市剩余污泥的浓度以MLSS计为10～50g/L，所述氢氧化钠的 用量，按质量比，污泥干重∶氢氧化钠为1∶0.033～0.06。
6.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤2)中，所述热碱预处理的温度为30～90℃，热碱预处理的时间为30～90min。
7.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤2)中，所述厌氧发酵的时间为24～60h。
8.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤3)中，所述间歇曝气条件为曝气30min，再搅拌30min。
9.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤3)中，所述外加碳源乙酸钠的浓度为1～4g/L。
10.如权利要求1所述的一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，其 特征在于在步骤3)中，所述添加乙酸钠的方式为多次投加，最好投加1～6次，投加的流 加量为2～30mL/min。
说明书
一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法
技术领域
本发明涉及聚羟基脂肪酸酯的合成方法，尤其是涉及一种以剩余污泥发酵液为底物合成 聚羟基脂肪酸酯的方法。
背景技术
随着能源价格的不断上涨以及环境问题的日益凸显，以生物可降解材料替代传统的石油 产品的步伐呈现出逐步加快的趋势。利用纯菌发酵生产生物可降解材料聚羟基脂肪酸酯 (PHAs)已实现工业化，但它们生产成本高，一直不能得到大规模的工业应用。近十几年 来，以污泥合成PHAs的相关研究得到较大的发展;然而，与传统的石油塑料相比污泥合成 的PHAs价格仍然过高，其原因是碳源底物成本过高。因此，利用低廉的废弃物作为污泥合 成PHAs的碳源底物是发展趋势。如Liu等(Water Environment Research，2008，80，367-372) 报道了一种处理番茄罐头厂废水及合成PHAs的耦合工艺，该工艺以处理废水的同时驯化筛 选可以富集PHAs的菌群，之后以番茄罐头厂的废弃物为底物进行污泥合成PHAs，但其获 得的PHAs含量偏低为污泥干重(以固体浓度MLSS计)的20%。
Bengtsson等(Bioresource Technology，2008，99，509-516)报道了利用造纸厂的废水为原 料进行污泥合成PHAs的工艺，该工艺先对造纸厂的废水进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸 (VFAs)，再以VFAs为底物采用好氧瞬时供料法进行污泥合成PHAs，在累积25h之后获 得的PHAs含量可占污泥干重(以混合液悬浮固体浓度(MLSS)计)的48%，但其VFAs 的转化操作较复杂，且获得的PHAs含量较低。
Chakravarty等(Bioresource Technology，2010，101，2896-2899)报道了一种以废水为底 物进行活性污泥合成PHAs的工艺，该工艺以生产牛奶和冰激凌所产生的废水为原料进行厌 氧发酵产VFAs，以获得的VFAs为底物采用好氧工艺进行污泥合成PHAs，其PHAs含量可 占污泥细胞干重(以可挥发性固体浓度(VSS)计)的43%左右。
公开号为CN101555314A的发明专利申请公开一种以剩余污泥发酵液为碳源合成PHAs 的方法，该方法以污泥水解酸化所产生的VFAs为碳源，利用好氧瞬时供料法进行PHAs的 合成，在采用多次投料的方式下，获得的PHAs含量可占污泥细胞干重(以VSS计)72.9%; 但该法在污泥的酸化过程中所用时间较长需要6～10d左右，而且用于合成PHAs的污泥浓度 较低。
公开号为CN101255227A的发明专利申请公开一种利用含油污泥合成PHAs的方法，该 方法在对含油污泥进行微生物处理过程中，于处理反应器中加入大量水，在一定温度下，使 污泥微生物利用石油进行PHAs的合成，但该方法只是简单介绍工艺过程，并无相关数据说 明。
尽管上述专利文献对利用废弃物进行污泥合成PHAs的工艺进行了探讨和研究，但在污 泥合成PHAs过程中PHAs的含量及PHAs的合成成本都达不到工业化要求。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种提高聚羟基脂肪酸酯(PHAs)在污泥中的含量及降低污泥 合成PHAs成本的以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法。
本发明包括以下步骤：
1)将城市好氧活性污泥投入污泥驯化器中，按进水-好氧曝气-排泥-沉淀-出水为 1个驯化周期进行驯化，好氧曝气时控制曝气量为1～3L/L/min，连续驯化18～22个周期，得 驯化稳定的活性污泥;
2)将城市剩余污泥放入反应器中，再加入氢氧化钠，热碱预处理后，调节pH值至中 性，再接种厌氧污泥，搅拌下进行厌氧发酵，分离得挥发性脂肪酸发酵液;
3)将驯化稳定的活性污泥于合成反应器中，加入步骤2)得到的挥发性脂肪酸发酵液 进行污泥合成聚羟基脂肪酸酯，调pH值为中性，在间歇曝气条件下，添加乙酸钠为外加碳 源，进行聚羟基脂肪酸酯的合成。
在步骤1)中，所述污泥驯化器的有效体积可为6L，所述活性污泥浓度以MLSS计可 为1～4g/L;所述一个驯化周期可为22～24h，所述好氧曝气的时间可为20～22h，所述沉淀的 时间可为1～3h，排上清液;所述水可为培养基溶液，每1L培养基溶液中的成分及在驯化反 应体系中的浓度可为：CH3COOH 0.1～1.5mL/L，CH3CH2COOH 0.1～0.7mL/L，KCl 100～360mg/L，K2HPO4·3H2O 50～250mg/L，NH4Cl 85～300mg/L，MgSO470～230mg/L，CaCl220～100mg/L，FeCl3·6H2O 5～20mg/L，蛋白胨110～600mg/L，酵母膏30～206mg/L;所述排泥 为排出生长的污泥，以控制驯化器中的污泥浓度不变。
在步骤2)中，所述城市剩余污泥的浓度以MLSS计可为10～50g/L，所述氢氧化钠的用 量，按质量比，污泥干重∶氢氧化钠可为1∶(0.033～0.06);所述热碱预处理的温度可为 30～90℃，热碱预处理的时间可为30～90min;所述厌氧发酵的时间可为24～60h。
在步骤3)中，所述间歇曝气条件可为曝气30min，再搅拌30min的间歇曝气条件;所 述外加碳源乙酸钠的浓度可为1～4g/L;所述添加乙酸钠的方式可为多次投加，最好投加1～ 6次，投加的流加量可为2～30mL/min。
本发明以剩余污泥发酵获得的VFAs发酵液为底物与活性污泥合成PHAs结合起来，在 实现污泥资源化的同时降低了污泥合成PHAs的生产成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)污泥的驯化
取5L MLSS为1g/L的活性污泥于驯化器中，加入培养基溶液使污泥体系中的各成分浓 度为：CH3COOH 0.1mL/L，CH3CH2COOH 0.7mL/L，KCl 100mg/L，K2HPO4·3H2O 50mg/L， NH4Cl 85mg/L，MgSO470mg/L，CaCl220mg/L，FeCl3·6H2O 5mg/L，蛋白胨110mg/L，酵母膏 30mg/L，调初始pH值为中性，在曝气量为1L/L/min下，好氧曝气21h，停止曝气，排泥， 控制污泥浓度为1g/L，沉淀1h后排出3L上清液，再“进水-好氧曝气-排泥-沉淀-出 水”培养驯化18个周期后，污泥性状稳定，外观由灰黑色逐渐转变为浅褐色。
(2)剩余污泥厌氧发酵产VFAs
取1L MLSS为10g/L污泥于反应器中，加入0.5g氢氧化钠，在30℃、磁力搅拌的条 件下处理30min，用盐酸溶液将pH值调至中性;加入10mL浓度为45g/L作为接种物的厌 氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应24h得到浓度为1.23g/L的挥发性脂肪酸。
(3)污泥合成PHAs
取(1)中驯化稳定的污泥1L，沉淀，去上清液;在室温下，加入1L(2)中的VFAs 发酵液为底物，调初始pH值为中性，在曝气30min-搅拌30min的循环间隙曝气方式下，采 用一次投加底物的方式进行PHAs的合成，累积3h后，可获得PHAs浓度为356mg/L，PHAs 占污泥干重为15.8%，底物转化率为29%(底物和PHAs都换算成化学需氧量(COD))。
