申请日2015.03.11
公开(公告)日2015.05.27
IPC分类号C12P7/62
摘要
本发明涉及一种利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，属于可生物降解塑料合成领域。首先将剩余污泥在厌氧条件下进行产酸发酵，离心分离得到发酵液;然后以剩余污泥发酵液中挥发性脂肪酸为碳源，利用活性污泥中的混合菌群合成PHBV共聚物。本发明方法解决了目前PHBV生产过程中碳源成本高及合成量低的问题，降低了PHBV的生产成本，有利于剩余污泥的资源化利用。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其特征在于：首先将 剩余污泥在厌氧条件下进行产酸发酵，离心分离得到发酵液;然后以剩余污泥发酵 液中挥发性脂肪酸为碳源，利用活性污泥中的混合菌群合成PHBV共聚物。
2.根据权利要求1所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：剩余污泥发酵液的制备方法，包括如下步骤：将剩余污泥在25-35℃， 初始pH为10-11的条件下，发酵2-3天，吹氮气保证其处于厌氧状态，离心分离得 到发酵液。
3.根据权利要求2所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：所述的剩余污泥发酵液的制备方法中，温度为30℃，pH为10，发酵时 间为3天。
4.根据权利要求2所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：所述的剩余污泥中加入由剩余污泥驯化得到的接种污泥。
5.根据权利要求1所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：合成PHBV共聚物的方法，包括如下步骤：将活性污泥置于序批式反应 器中，采用间歇操作方式运行反应器，8h为一个周期，一次性注入稀释的剩余污泥 发酵液，经曝气、沉淀、排水，再补充等量碳源，重复上述操作若干次，使PHBV 的质量百分含量达到污泥干重的30%以上。
6.根据权利要求4所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：合成PHBV共聚物的工艺条件为：溶解氧为0-4mg/L，温度为30±0.1℃， pH为6-8，曝气6h，沉淀1h、排水，重复操作6～8次，得到PHBV共聚物。
7.根据权利要求4所述的利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，其 特征在于：所述的稀释的剩余污泥发酵液中，化学需氧量为500-600mg/L。
说明书
一种利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法
技术领域
本发明涉及一种利用剩余污泥发酵液VFAs(挥发性脂肪酸)合成PHBV的方 法，属于可生物降解塑料合成领域。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHA)是原核微生物在外界环境碳、氮 营养失衡的情况下作为碳源和能源物质在细胞内合成并贮存的一类热塑性聚酯。目 前一般通过纯种细菌发酵法小规模的生产PHA，Shira等以葡萄糖为唯一碳源利用 光合菌Rhodobacter spheroids合成PHA，其产率为6gPHA/L。贺文楠等以葡萄糖为 碳源利用菌种DG17(油田土壤中筛选)通过微生物发酵方式合成PHA，得到单位 微生物中合成高达65.6%比例的PHA。
活性污泥这种以细菌为主的混合菌群也可以用于合成PHA。Lemos等研究了在 驯化活性污泥的两个反应器中分别加入乙酸和丙酸这样的单一酸底物时，得到的微 生物PHA产量及组成。结果表明，合成的聚合物PHA的组成和性质随着加入有机 酸的种类和比例的改变而发生相应的改变。Dionisi等以乙酸、丙酸、乳酸混合物为 底物，研究活性污泥PHA的储存情况，结果发现，单一的乙酸、乳酸合成的物质 为PHB(聚3-羟基丁酸酯)，而单一的丙酸转化为PHV(聚3-羟基戊酸酯)，乙酸 与乳酸只有和丙酸一起存在时才形成共聚物PHBV(3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯 的共聚物)，以三种酸为混合底物，得到的PHA在细胞内的最大含量为50%(统 一以COD为单位)。Bengtsson等研究了应用处理造纸厂污水的污泥合成PHA的情 况，包括三个步骤:一是造纸废水的厌氧酸化，转化为乙酸、丙酸、乳酸、丁酸、 等易合成PHA的混合酸，二是采用好氧动态供料法对活性污泥进行驯化，三是批 式试验合成PHA，通过这种方法得到的PHA合成量可以达到细胞干重的48%。
PHA的材料学性质主要是由它的单体组成决定，目前发现的活性污泥利用废水 合成的PHA聚合物主要是短链PHA，其羟基烷酸单体(HA)主要有3-羟基丁酸(HB)、 2-甲基-3-羟基丁酸(HMB)、3-羟基戊酸(HV)、2-甲基-3-羟基戊酸(HMV)。其中，HB 和HV聚合成的PHBV共聚物的性质与聚丙烯十分接近。随着PHBV中HV含量的 增加，PHBV的抗冲击性、韧度、柔性和加工特性得到加强，因此应用前景十分广 泛。林东恩等研究表明，合成PHA聚合物的组成与性质与加入碳源的种类和比例 有关，并随碳源的改变而发生相应的变化。采用乙酸钠作为碳源所得到的PHA主 要成分是PHB，而且碳源转化率较高。采用丙酸钠作为碳源所得到的PHA主要成 分是PHV，碳源转化率较低。而采用丁酸钠作为碳源所得到的PHA以3HB单体 为主，3HV单体为辅的共混共聚物。
挥发性有机酸(VFAs)作碳源，含奇数碳原子的有机酸(如丙酸、戊酸)会转化成 丙酰-CoA，丙酰-CoA和乙酰-CoA缩合成3HV单体;含偶数碳原子的有机酸(如乙 酸、丁酸)会转化成3HB单体。由于污泥中同一优势菌群在利用不同类型碳源时， 代谢调控方式不同，因此活性污泥能够利用不同类型的碳源合成不同的PHA单体。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，以解 决现有技术中存在的合成可生物降解塑料的碳源成本比较高;合成量偏低的问 题。
一种利用剩余污泥发酵液VFAs合成PHBV的方法，包括：首先将剩余污泥在 厌氧条件下进行产酸发酵，生成以乙酸为主的挥发性脂肪酸(VFAs)，离心分离得 到发酵液;然后以剩余污泥发酵液中挥发性脂肪酸为碳源，利用活性污泥中的混合 菌群合成PHBV共聚物，从而降低生产成本。
所述的活性污泥来自于城市污水处理厂;剩余污泥为城市污水处理厂的活性污 泥系统中从二次沉淀池或沉淀区排出系统外的活性污泥。
所述的剩余污泥发酵液的制备方法，包括如下步骤：将剩余污泥在25-35℃， 初始pH为10-11的条件下，发酵2-3天，吹氮气保证其处于厌氧状态，离心分离得 到含VFAs的发酵液。此发酵液中含有以乙酸为主的多种挥发性脂肪酸，可以作为 合成可生物降解塑料的碳源。
上述方法中，优选的温度为30℃，pH为10，发酵3天。
上述方法中，剩余污泥中可加入由剩余污泥驯化得到的接种污泥，以加快产酸 速度。
以剩余污泥发酵液中挥发性有机酸为碳源，利用活性污泥合成PHBV共聚物的 方法，包括如下步骤：将活性污泥置于序批式反应器(SBR反应器)中，采用间歇 操作方式运行反应器，8h为一个周期，一次性注入稀释的剩余污泥发酵液，经曝气、 沉淀、排水，再补充等量碳源，重复上述操作若干次以提高PHBV合成量，使PHBV 的质量百分含量达到污泥干重的30%以上。
合成PHBV共聚物的工艺条件为：溶解氧为0-4mg/L，温度为30±0.1℃，pH为 6-8，曝气6h，沉淀1h、排水1h，重复操作6～8次，得到PHBV共聚物。
稀释的剩余污泥发酵液中，化学需氧量(COD)为500-600mg/L。
合成PHBV共聚物的具体步骤包括：将活性污泥置于SBR反应器中，采用间 歇操作方式运行反应器，8h为一个周期，在进水时一次性注入稀释的剩余污泥发酵 液，匀速注入空气，控制底物溶液中的溶解氧浓度在0-4mg/L，温度30±0.1℃， pH=6-8;6h后停止曝气，沉淀1h;排出上清液，再补充等量碳源(稀释的剩余污 泥发酵液)，曝气，沉淀，排水;重复上述操作6～8次，即完成。PHBV的质量百 分含量可达到污泥干重的30%以上。
本发明的优点：
1)提取的PHA为PHBV共聚物，具有高分解温度，低熔点温度。
2)该方法利用剩余污泥发酵液合成共聚体，降低了PHBV的生产成本，提高了 合成量;同时有利于实现剩余污泥的资源化。