申请日2009.12.24
公开(公告)日2010.06.16
IPC分类号C08G63/89; C02F11/00; C02F3/12; C08G63/06
摘要
本发明提供一种结合高浓度有机酸废水处理、微生物合成PHA和污水厂剩余污泥处置三者的技术特点、实现高浓度含有机酸废水处理、减少剩余污泥产量的利用水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法。方法步骤包括：活性污泥接种;污泥活性恢复及生物选择阶段;驯化积累PHA;排出一批次的富含PHA的活性污泥进行PHA提取。本发明最主要的特点是简单快速，每一批接种污泥的驯化过程不超过15-30天;装置简单，只通过一个SBR反应器即可实现，驯化过程和积累过程同步;对于城市污水厂二沉池污泥，一般PHA含量占细胞干重可达30%以上;运行稳定性较好，通过设置了一个保证反应器稳定的厌氧选择工艺段，来抑制丝状菌的繁殖防止污泥膨胀崩溃。
权利要求书
1.一种利用污泥合成聚羟基烷酸脂的方法，其特征在于：方法步骤如下：
步骤一：活性污泥接种：取污水厂剩余活性污泥投入到SBR反应器中，根据微生物生长的一般规律，以富含小分子的有机酸废液为碳源，按照碳源、氮源、磷源的比例为100∶5∶1的条件，调整营养比例及pH，配制培养液，活化稳定剩余污泥;
步骤二：污泥活性恢复及生物选择阶段：先以完全的好氧运行，进行曝气，持续5-7天，待污泥状态良好、颜色由棕黑转至浅黄色，活性稳定后，进入下一周期的驯化过程，这一过程目的是尽快恢复生物活性，通过均衡的营养和长期的持续曝气，在时间序列上形成底物的“匮乏-充盈”环境，这一环境是利于PHA积累的重要因素;
步骤三：驯化积累PHA：在COD∶N∶P=100∶5∶1基础上，保持COD不变，分别每次减少氮源或者磷源10%～20%的梯度，进行营养梯度限制下的驯化，每减少一个梯度，保持此状态运行2-4天，当减少营养物幅度较大时，宜取较长的运行时间，反之可取较短的运行时间，经过约4-8个阶段，氮源和磷源减少至正常营养比例浓度的10%～20%左右时，即碳源、氮源、磷源比例为100∶0.5～1∶1或100∶5∶0.1～0.2时，可获得PHA占细胞干重比例达30～40%的活性污泥;
步骤四：排出一批次的富含PHA的活性污泥，可进行PHA提取，然后重新投加新一批剩余污泥，按照步骤一到步骤三重复进行，批次获得高产PHA污泥。
说明书
一种利用水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法
(一)技术领域
本发明涉及水处理技术，具体说就是一种利用富含小分子有机酸的废水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法。
(二)技术背景
随着社会和科技的发展，塑料制品已经在生活中发挥着不可替代的重大作用，在享受着塑料带给人类的便捷的同时，常规的化学塑料生产，消耗了大量的石油等不可再生的能源类物质，同时其稳定的化学性质导致了严重的白色污染。彻底解决这两大问题需要寻找一种易合成、并可在自然界自然分解的环境友好材料，聚羟基烷酸脂PHA有望成为这一理想材料，然而这种物质通常见于微生物细胞内聚物，目前的少数工业规模的生产主要依靠纯菌发酵的方式合成PHA，条件苛刻且成本较高，目前仅能应用于医疗等特殊领域，尚不能完全替代化学塑料大规模应用。已有的PHA生产合成方法有基因工程菌的复配、土著PHA合成菌的回注等，这些方法往往涉及较为复杂的分子生物学、基因工程学，增加了PHA合成的风险和潜在成本;此外还有通过控制条件长期运行驯化普通活性污泥合成PHA的方法，但其控制条件较多，驯化周期长，甚至达数月甚至数年，虽然获得的PHA浓度很高(甚至可超过细胞干重80%)，但总体驯化效率较低，不利于大规模的应用。如果能使用简单的原料、简单的工艺条件，在较短时间内获得较高产量，则具有较大的应用价值。
食品、发酵等行业排出的废水中含有大量的可降解有机物，且浓度较高，这一类的污水处理往往先采用厌氧发酵、水解酸化等工艺以降低其有机物浓度，然而厌氧处理后的出水仍然具有较高浓度的污染物，主要以小分子有机脂肪酸为主，常规的处理思路是通过好氧工艺将其去除。从另一角度看，小分子有机脂肪酸也可作为良好的底物被许多微生物吸收利用，通过控制条件，可令这些有机物转化为资源，变废为宝。
城市污水厂的剩余污泥处置是污水厂运行中的重要问题，剩余污泥产量大、含水率高，常规的浓缩、脱水处理不能从根本上减少剩余污泥。活性污泥是包含大量活性微生物和少量杂质的细菌团，含有大量的生物活性物质、有机物等，如果将PHA合成和剩余污泥处置结合起来，利用剩余污泥合成PHA，不仅可以降低PHA生物合成的成本，为剩余污泥的处置提供了可行的方法，还具有废弃物质资源化的重大意义。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种结合高浓度有机酸废水处理、微生物合成PHA和污水厂剩余污泥处置三者的技术特点、实现高浓度含有机酸废水处理、资源物质回收、降低PHA生产成本、减少剩余污泥产量的利用水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法。
本发明的目的是这样实现的：所述的一种利用污泥合成聚羟基烷酸脂的方法，方法步骤如下：
步骤一：活性污泥接种：取污水厂剩余活性污泥投入到SBR反应器中，根据微生物生长的一般规律，以富含小分子的有机酸废液为碳源，按照碳源、氮源、磷源的比例为100∶5∶1的条件，调整营养比例及pH，配制培养液，活化稳定剩余污泥;
步骤二：污泥活性恢复及生物选择阶段：先以完全的好氧运行，进行曝气，持续5-7天，待污泥状态良好、颜色由棕黑转至浅黄色，活性稳定后，进入下一周期的驯化过程，这一过程目的是尽快恢复生物活性，通过均衡的营养和长期的持续曝气，在时间序列上形成底物的“匮乏-充盈”环境，这一环境是利于PHA积累的重要因素;
步骤三：驯化积累PHA：在COD∶N∶P=100∶5∶1基础上，保持COD不变，分别每次减少氮源或者磷源10%～20%的梯度，进行营养梯度限制下的驯化，每减少一个梯度，保持此状态运行2-4天，当减少营养物幅度较大时，宜取较长的运行时间，反之可取较短的运行时间，经过约4-8个阶段，氮源和磷源减少至正常营养比例浓度的10%～20%左右时，即碳源、氮源、磷源比例为100∶0.5～1∶1或100∶5∶0.1～0.2时，可获得PHA占细胞干重比例达30～40%的活性污泥;
步骤四：排出一批次的富含PHA的活性污泥，可进行PHA提取，然后重新投加新一批剩余污泥，按照步骤一到步骤三重复进行，批次获得高产PHA污泥。
本发明一种利用富含小分子有机酸废水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法，最主要的特点是简单快速，每一批接种污泥的驯化过程不超过15-30天;装置简单，只通过一个SBR反应器即可实现，驯化过程和积累过程同步;产率较高，对于城市污水厂二沉池污泥，一般PHA含量占细胞干重可达30%以上;运行稳定性较好，通过设置了一个保证反应器稳定的厌氧选择工艺段，来抑制丝状菌的繁殖防止污泥膨胀崩溃。