申请日2005.10.18
公开(公告)日2006.06.14
IPC分类号C12N1/00; C12P7/64; C12M1/36; C02F3/12
摘要
本发明采用回注少量土著PHA高产合成菌，“规制”驯化初期活性污泥的驯化方向，促使活性污泥中PHA合成菌成为优势菌群，提高活性污泥合成PHA产率。本发明的目的是建立一种简单、经济、快速提高活性污泥合成PHA产率的方法--土著PHA高产合成菌回注法;提供一种结构简单、自动化程度较高、造价低廉、易操作的活性污泥驯化装置。其操作步骤如下：采用Nile-Red荧光染色法从试验所用活性污泥中分离得到PHA合成菌，筛选PHA高产菌作为回注用菌;将0.1-0.25g的回注菌(单株)或回注菌群(数株)接种于活性污泥驯化初期的反应桶中，完成驯化周期;排净驯化液，加入发酵培养基和微量元素液进行PHA发酵，发酵结束收集污泥沉淀，干燥，使用氯仿抽提PHA;抽提液经浓缩于冷甲醇中沉淀析出PHA。该方法能够有效地提高活性污泥合成PHA的产率三成至五成。摘要附图是本发明的活性污泥驯化装置。
权利要求书
1.一种回注土著PHA合成菌提高活性污泥生产率的方法，包括以下步骤：a)采 用Nile-Red荧光染色法从实验所用活性污泥中分离得到一株或数株PHA合成 菌，选择其中一株或几株土著高产PHA合成菌作为回注菌株;b)采用自行设计的活 性污泥驯化装置，进行活性污泥驯化;c)土著高产PHA合成菌经扩大培养和离心 收集菌体后，将一定量加入至含有活性污泥和驯化液的驯化反应桶中，进行驯化; d)整个驯化周期为10天，温度25℃，每个循环包括：2小时厌氧，4小时好氧， 1.5小时沉淀，0.5小时排出1升上清液和加入1升新鲜驯化液;e)驯化结束后， 排净驯化液加入发酵培养基进行PHA发酵，温度30℃;f)发酵结束，收集污泥 沉淀，干燥，采用氯仿抽提PHA，计算产率。
2.权力要求1所述的在活性污泥驯化开始前，向驯化体系中加入少量土著高产 PHA合成菌”规制”驯化方向，继而进行PHA发酵以提高活性污泥合成PHA产率的 回注法。
3.权利要求1所述的活性污泥驯化的装置，由空气泵(1)、补充驯化液恒流泵 (2)、驯化反应桶(3)、排出上清液恒流泵(4)、微电脑时控开关(5)、温度计(6) 和恒温水浴搅拌装置(7)、进液孔(8)、出液孔(9)、排气孔(10)、进液桶(11)、 排液桶(12)和排气指示杯(13)等部分组成。
4.如权利要求2所述的活性污泥驯化装置的特征在于：微电脑时控开关(5)能 控制恒温水浴搅拌装置(7)、补充驯化液恒流泵(2)、排出上清液的恒流泵(4)和 空气泵(1)定时开关，使整个驯化装置成为一个整体，按照规定要求，自动完成厌 氧、好氧和沉淀驯化过程。补充驯化液的恒流泵(2)和排出上清液的恒流泵(4) 能控制驯化反应桶(3)中液体量恒定。驯化反应桶(3)由4mm厚的有机玻璃制 成(Φ=150mm，h=400mm)，内置磁性转子。驯化反应桶(3)外加恒温水浴搅 拌装置(7)，顶部有进液孔(8)、出液孔(9)和排气孔(10)。
5.权力要求2所述的单株回注菌和混合回注菌群是分离自实验所用活性污泥中 高产土著PHA合成菌。
说明书
采用土著PHA合成菌回注法提高剩余活性污泥合成PHA产率
技术领域
本发明属于生物法合成生物降解材料研究领域
背景技术
传统塑料在自然环境中不能被降解，造成严重的“白色污染”。因此世界各国都 对生物降解材料的研制和开发给予高度重视。近年来通过化学合成法和微生物发酵 法制备了许多新型生物降解材料。聚羟基脂肪酸酯(PHA)是许多原核微生物在生 长不平衡条件下，如氮或磷缺乏时，积累的胞内碳源或能源储藏物质，由于PHA在 自然环境中能被完全降解成二氧化碳和水，并具有热塑性和生物相容性，已经成为 研究的热点。但是，由于纯培养物发酵合成的PHA生产成本高，限制了其推广和应 用。因此，迫切需要建立切实可行的降低PHA生产成本的方法。
1974年Wallen从活性污泥中分离得到PHA，为以后利用活性污泥合成PHA 的研究奠定了基础。在污水生物处理尤其是厌氧—好氧活性污泥法中PHA是一种 重要的中间产物，扮演着能量转化器的角色。在有氧阶段聚磷菌吸收废水中的磷， 形成胞内多聚磷酸盐，同时有糖原形成，当环境中无氧时，聚磷菌以体内的多聚磷 酸盐和糖原为能量，吸收环境中的有机物，并在胞内转化为PHA。在污水处理过程 中，产生大量的剩余活性污泥，需要进行适当处理，否则会造成二次污染。利用剩 余活性污泥经驯化，发酵制备生物降解材料PHA，既能解决剩余活性污泥资源化的 问题，又能降低PHA合成成本。堪称一箭双雕。然而，利用剩余活性污泥合成PHA 的产率不高，制约了该方法的推广应用。
发明内容
本发明的目的1是建立一种简单、经济、快速提高活性污泥合成PHA产率的 方法------“规制”驯化方向再进行PHA发酵以提高活性污泥合成PHA产率的回注 法。
本发明的目的2是提供一种结构简单、自动化程度较高、造价低廉、易操作的 活性污泥驯化装置。
本发明提出一种回注土著PHA合成菌提高活性污泥生产率的方法，包括以下步 骤：a)采用Nile-Red荧光染色法从实验所用活性污泥中分离得到一株或数株PHA 合成菌，选择其中一株或几株高产PHA菌作为回注菌株;b)采用自行设计的活性污 泥驯化装置，进行活性污泥驯化;c)土著高产PHA合成菌经扩大培养和离心收集 菌体后，将一定量加入至含有活性污泥和驯化液的驯化反应桶中，进行驯化;d)整 个驯化周期为10天，温度25℃，每个循环包括：2小时厌氧，4小时好氧，1.5小 时沉淀，0.5小时排出1升上清液和加入1升新鲜驯化液;e)驯化结束后，排净驯化 液加入发酵培养基进行PHA发酵，温度30℃;f)发酵结束，收集污泥沉淀，干燥， 采用氯仿抽提PHA，计算产率。
所述的活性污泥驯化装置，由空气泵(1)、补充驯化液恒流泵(2)、驯化反应 桶(3)、排出上清液恒流泵(4)、微电脑时控开关(5)、温度计(6)、恒温水浴搅 拌装置(7)、进液孔(8)、出液孔(9)、排气孔(10)、进液桶(11)、排液桶(12) 和排气指示杯(13)等部分组成。
所述的活性污泥驯化装置的特征在于：微电脑时控开关(5)能控制恒温水浴搅 拌装置(7)、补充驯化液恒流泵(2)、排出上清液的恒流泵(4)和空气泵(1)定 时开关，使整个驯化装置成为一个整体，按照规定要求，自动完成厌氧、好氧和沉 淀驯化过程。补充驯化液的恒流泵(2)和排出上清液的恒流泵(4)能控制驯化反 应桶(3)中液体量恒定。驯化反应桶(3)由4mm厚的有机玻璃制成(Φ=150mm， h=400mm)，内置磁性转子。驯化反应桶(3)外加恒温水浴搅拌装置(7)，顶部有 进液孔(8)、出液孔(9)和排气孔(10)。
回注菌是分离自实验所用活性污泥中的高产土著PHA合成菌。
本发明的主要优点是：第一，在驯化初期回注少量高产土著PHA合成菌或菌群， 能够“规制”驯化方向，促使污泥中PHA合成菌成为优势菌，大量繁殖，从而抑制 非PHA合成菌生长，有效提高活性污泥合成PHA产率，降低PHA生产成本。第二， 该装置能自动、准确的完成活性污泥好氧-厌氧-沉淀-排上清液和补新鲜培养基 的各个步骤。具有结构简单、自动化程度较高、造价低廉、易操作等特点。