申请日2007.07.20
公开(公告)日2010.12.29
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明公开了一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法。包括如下步骤：1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过4-5天预曝气，将原底物消耗尽;2)在好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，在序批式生物反应器中进行污泥驯化，序批式生物反应器处在中心磁场强度为7～25mT的永磁场中。本发明优点：1)通过动态瞬时供应养料，使反应器中底物时而丰富、时而匮乏，以抑制微生物的生长，能够驯化出具有高聚羟基烷酯贮存能力的菌群;2)合适的磁场强度对活性污泥好氧瞬时供料法合成聚羟基烷酯的能力有提高作用，能使活性污泥聚羟基烷酯的存储量提高10%以上;3)该方法运行管理简单，装置简易;经济成本低，可以降低聚羟基烷酯的生产成本。
权利要求书
1.一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法，其特征在于包括如下步骤：
1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过4-5天预曝气，将原底物消耗尽;
2)在好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，在序批式生物反应器中进行污泥驯化，序批式生物反应器处在中心磁场强度为7～25mT的永磁场中。
2.根据权利要求1所述的一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法，其特征在于所述的永磁场是通过设置两个最大表面强度为700mT的永久磁铁间距离而形成不同强度的非均匀磁场，永久磁铁间距离为11～25cm。
3.根据权利要求1所述的一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法，其特征在于所述的好氧瞬时供料模式为：控制丰盛期-匮乏期比率为1∶3～4。
4.根据权利要求1所述的一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法，其特征在于所述的逐步增加负荷法培养活性污泥：选用起始负荷为360～370mgCOD/L，在30～40天内负荷依次增加为720～740mgCOD/L，1450～1500mgCOD/L，2170～2250mgCOD/L，3240～3300mgCOD/L，4360～4400mgCOD/L，5420～5500mgCOD/L，6480～6530mgCOD/L，每个负荷重复1～2个周期。
5.根据权利要求1所述的一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法，其特征在于所述的序批式生物反应器中进行污泥驯化的运行周期包括进料阶段、反应阶段、泥水排出阶段三个阶段;进料阶段时间为3～5分钟，反应阶段时间为0.3～2天，泥水排出阶段时间为2～3分钟，泥水排出量为泥水体积的1/9～1/10，使污泥泥龄保持在9～10天。
说明书
高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法
技术领域
本发明涉及一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法。
背景技术
化工合成塑料由于不可生物降解而滞留环境中逐步累积而造成日益严重的污染，同时其合成原料也面临日益短缺的局面。开发和利用生物可降解塑料越来越受到人们的重视。聚羟基烷酯(polyhydroxyalkanoates PHAs)它不仅具有合成塑料的物化特性，而且具有合成塑料所不具备的完全生物可降解性、生物相容性、光学活性、压电性以及在生物合成过程中可利用再生原料等优异性能，因而作为一种非常有前景的合成塑料替代品而日益受到关注。
能合成聚羟基烷酯的微生物分布极广，包括光能和化能、自养和异养菌共计65个属中的许多种。微生物合成聚羟基烷酯的方法可以分为纯菌种合成法和混合菌种合成法两大类，常见的混合菌种合成法主要有厌氧-好氧工艺、微好氧-好氧工艺及好氧瞬时供料工艺这三种。
在所有利用微生物合成聚羟基烷酯方法中，好氧瞬时供料法由于高的聚羟基烷酯合成能力及可利用混合菌群(如活性污泥)而成为目前最具应用前景的技术。在进一步降低聚羟基烷酯生产成本的同时，能够解决普遍存在的市政污水处理厂剩余污泥的资源化利用问题。
好氧瞬时供料法的代谢机制
聚羟基烷酯的合成量研究表明，通过控制反应器中的底物浓度，使微生物处于时而底物丰富时而底物匮乏的状态，能使微生物处于非稳态生长状态。在这样的动态环境下，当底物丰富时，聚羟基烷酯在微生物体内的贮存和微生物的增长同时进行，当底物匮乏时，聚羟基烷酯则被分解以获取能量和碳源。所以，在微生物生长没有受到限制的条件下，聚羟基烷酯也可以一直在生物体内合成，且相对微生物的生长，聚羟基烷酯合成是主导的。这样，具有内在存储能力的微生物就会在这样一个丰盛-匮乏交替的体系中更有竞争力而成为优势菌种。
磁场影响酶活性的机理
关于磁场对酶的作用已经开展了一系列研究。结果发现，对于Na，K腺苷三磷酸酶及细胞色素氧化酶这两种普遍存在于细胞膜中，磁场的作用可以加快酶促反应。而一些酶(如过氧化物酶、多酚氧化酶等)中具有微量的顺磁性过渡金属原子(或离子)，而这些原子(或离子)在酶中起着重要的作用(如辅基、辅酶)，因此磁场对它们的影响，可能影响到酶的活性等;酶促反应中存在着未配对电子，磁场可通过影响反应中间产物的电子自旋状态而影响化学反应的进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法。
高聚羟基烷酯存储能力活性污泥的驯化方法包括如下步骤：
1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过4-5天预曝气，将原底物消耗尽;
2)在好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，在序批式生物反应器中进行污泥驯化，序批式生物反应器处在中心磁场强度为7～25mT的永磁场中。
所述的永磁场是通过设置两个最大表面强度为700mT的永久磁铁间距离而形成不同强度的非均匀磁场，永久磁铁间距离为11～25cm。在好氧瞬时供料模式为：控制丰盛期-匮乏期比率为1∶3～4。
逐步增加负荷法培养活性污泥：选用起始负荷为360～370mgCOD/L，在30～40天内负荷依次增加为720～740mgCOD/L，1450～1500mgCOD/L，2170～2250mgCOD/L，3240～3300mgCOD/L，4360～4400mgCOD/L，5420～5500mgCOD/L，6480～6530mgCOD/L，每个负荷重复1～2个周期。
序批式生物反应器中进行污泥驯化的运行周期包括进料阶段、反应阶段、泥水排出阶段三个阶段;进料阶段时间为3～5分钟，反应阶段时间为0.3～2天，泥水排出阶段时间为2～3分钟，泥水排出量为泥水体积的1/9～1/10，使污泥泥龄保持在9～10天。
与传统污泥驯化方法比较该方法有以下优点：1)通过动态瞬时供应养料，使反应器中底物时而丰富、时而匮乏，以抑制微生物的生长，能够驯化出具有高聚羟基烷酯贮存能力的菌群;2)合适的磁场强度对活性污泥好氧瞬时供料法合成聚羟基烷酯的能力有提高作用，能使活性污泥的聚羟基烷酯的存储量提高10%以上;3)该方法可操作性强，运行管理简单，装置简易;经济成本低，可以降低聚羟基烷酯的生产成本;4)在一定程度上解决了普遍存在的市政污水处理厂剩余污泥的资源化利用问题。
具体实施方式
实施例1
1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过4天预曝气，将原底物消耗尽;溶解氧由空气压缩机通过布置在反应器底部的十字穿孔管进行供应，溶解氧不成为微生物生长的限制条件。以(NH4)2SO4为氮源，K2HPO4和KH2PO4为磷源，调整其加入量，控制C∶N∶P为100∶5∶1，即氮、磷均不成为微生物生长的限制条件。此外，每个周期均加入以下含量的微量元素：CaCl2.2H2O(50mg/l)，MgSO4.7H2O(100mg/l)，FeCl3.6H2O(2mg/l)，Na2EDTA(3mg/l)，ZnSO4.7H2O(0.1mg/l)，MnCl2.4H2O(0.03mg/l)，H3BO3(0.3mg/l)，CoCl26H2O(0.2mg/l)，NiCl2.6H2O(0.02mg/l)，CuCl2.2H2O(0.01mg/l)，NaMoO4.2H2O(0.03mg/l)。在培养介质中还加入硫脲(20mg/l)以抑制氮的硝化。上述的营养液pH调整为7.0左右以后再加入反应器中。不控制反应器中的pH，让其自然变化，反应器温度控制在25℃左右。
2)在控制丰盛期-匮乏期比率为1∶3好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，选用起始负荷为360mgCOD/L，在30天内负荷依次增加为720mgCOD/L，1450mgCOD/L，2170mgCOD/L，3240mgCOD/L，4360mgCOD/L，5420mgCOD/L，6480mgCOD/L，每个负荷重复1个周期，在序批式生物反应器中进行污泥驯化的运行周期包括进料阶段、反应阶段、泥水排出阶段三个阶段;进料阶段时间为3分钟，反应阶段时间为0.3～2天，泥水排出阶段时间为2分钟，泥水排出量为泥水体积的1/9，使污泥泥龄保持在9天。序批式生物反应器处在中心磁场强度为7mT的永磁场中。永磁场是通过设置两个最大表面强度为700mT的永久磁铁间距离而形成不同强度的非均匀磁场，永久磁铁间距离为25cm。
实施例2
1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过4天预曝气，将原底物消耗尽;溶解氧由空气压缩机通过布置在反应器底部的十字穿孔管进行供应，溶解氧不成为微生物生长的限制条件。以(NH4)2SO4为氮源，K2HPO4和KH2PO4为磷源，调整其加入量，控制C∶N∶P为100∶5∶1，即氮、磷均不成为微生物生长的限制条件。此外，每个周期均加入以下含量的微量元素：CaCl2.2H2O(50mg/l)，MgSO4.7H2O(100mg/l)，FeCl3.6H2O(2mg/l)，Na2EDTA(3mg/l)，ZnSO4.7H2O(0.1mg/l)，MnCl2.4H2O(0.03mg/l)，H3BO3(0.3mg/l)，CoCl26H2O(0.2mg/l)，NiCl2.6H2O(0.02mg/l)，CuCl2.2H2O(0.01mg/l)，NaMoO4.2H2O(0.03mg/l)。在培养介质中还加入硫脲(20mg/l)以抑制氮的硝化。上述的营养液pH调整为7.0左右以后再加入反应器中。不控制反应器中的pH，让其自然变化，反应器温度控制在25℃左右。
2)在控制丰盛期-匮乏期比率为1∶4一好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，选用起始负荷为370mgCOD/L，在40天内负荷依次增加为740mgCOD/L，1500mgCOD/L，2250mgCOD/L，3300mgCOD/L，4400mgCOD/L，5500mgCOD/L，6530mgCOD/L，每个负荷重复2个周期，在序批式生物反应器中进行污泥驯化的运行周期包括进料阶段、反应阶段、泥水排出阶段三个阶段;进料阶段时间为5分钟，反应阶段时间为0.3～2天，泥水排出阶段时间为3分钟，泥水排出量为泥水体积的1/10，使污泥泥龄保持在10天。序批式生物反应器处在中心磁场强度为25mT的永磁场中。永磁场是通过设置两个最大表面强度为700mT的永久磁铁间距离而形成不同强度的非均匀磁场，永久磁铁间距离为11cm。
实施例3
1)从污水处理厂取来剩余污泥，经过5天预曝气，将原底物消耗尽;溶解氧由空气压缩机通过布置在反应器底部的十字穿孔管进行供应，溶解氧不成为微生物生长的限制条件。以(NH4)2SO4为氮源，K2HPO4和KH2PO4为磷源，调整其加入量，控制C∶N∶P为100∶5∶1，即氮、磷均不成为微生物生长的限制条件。此外，每个周期均加入以下含量的微量元素：CaCl2.2H2O(50mg/l)，MgSO4.7H2O(100mg/l)，FeCl3.6H2O(2mg/l)，Na2EDTA(3mg/l)，ZnSO4.7H2O(0.1mg/l)，MnCl2.4H2O(0.03mg/l)，H3BO3(0.3mg/l)，CoCl26H2O(0.2mg/l)，NiCl2.6H2O(0.02mg/l)，CuCl2.2H2O(0.01mg/l)，NaMoO4.2H2O(0.03mg/l)。在培养介质中还加入硫脲(20mg/l)以抑制氮的硝化。上述的营养液pH调整为7.0左右以后再加入反应器中。不控制反应器中的pH，让其自然变化，反应器温度控制在25℃左右。
2)在控制丰盛期-匮乏期比率为1∶3好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养活性污泥，选用起始负荷为360mgCOD/L，在40天内负荷依次增加为720mgCOD/L，1450mgCOD/L，2170mgCOD/L，3240mgCOD/L，4360mgCOD/L，5420mgCOD/L，6480mgCOD/L，每个负荷重复2个周期，在序批式生物反应器中进行污泥驯化的运行周期包括进料阶段、反应阶段、泥水排出阶段三个阶段;进料阶段时间为3分钟，反应阶段时间为0.3～2天，泥水排出阶段时间为2分钟，泥水排出量为泥水体积的1/10，使污泥泥龄保持在10天。序批式生物反应器处在中心磁场强度为7mT的永磁场中。永磁场是通过设置两个最大表面强度为700mT的永久磁铁间距离而形成不同强度的非均匀磁场，永久磁铁间距离为25cm。
测试方法
1.底物消耗情况的测定方法如下：准确采集10ml活性污泥水样，采用两步离心法，先用离心沉淀器5000r/min离心10min，再取上清液加入甲酸调pH值至3以下，用高速离心机在10000r/min心5分钟，上清液取出密闭。用气相色谱仪进行测定。
2.聚羟基烷酯合成量的测定方法如下：准确采集实验活性污泥样品10ml，用离心沉淀器在5000r/min离心10分钟，去上清液，将浓缩泥样置于0℃以下的冰柜中进行冷冻。24小时后将冷冻污泥置于真空干燥箱中，温度置于70℃-80℃之间，抽真空加热48小时，去除水分得到干污泥。将干污泥称重后转移到酯化瓶中进行酯化，加入2ml酯化剂(HCl和正丙醇，体积比1∶4)，2ml有机溶剂1，2-二氯乙烷，再加入200ul的内标物苯甲酸。盖紧瓶塞，置于烘箱中，温度置于105℃，加热反应8小时，间或取出震荡，使其完全反应。反应结束冷却后，加入2ml蒸馏水，震荡60秒，静置分层，取下层有机相用气相色谱仪进行测定。