[发明专利]利用活性污泥生产可生物降解塑料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境生物技术领域，特别涉及一种利用活性污泥生产聚羟基链烷酸酯(PHA)的方法。

背景技术

聚羟基链烷酸酯(PHA)是一种生物聚酯，可由细菌合成作为细菌胞内碳源和能源的贮存物。PHA具有与传统塑料聚乙烯和聚丙烯相似的机械性质，并且无毒无害，可完全生物降解，是一种非常优良的可生物降解塑料。当前，PHA的生产主要是通过纯培养发酵工艺。这种工艺需要筛选高贮存能力的菌株，或通过基因重组技术构建基因工程菌，并在纯培养条件下，好氧发酵获得较高胞内PHA含量的生物量，之后进行提取获得PHA。但是，这种方法生产的PHA并没有得到广泛的应用，主要原因是生产成本过高，相关报导参见Khanna S，Srivastava AK(2005)Recent advances in microbialpolyhydroxyalkanoates.Process Biochem 40：607～619，及Lee SY(1996)Plasticbacterial？Progress and prospects for polyhydroxyalkanoate production in bacteria.Trends Biotechnol 14：431～438。商业化的PHA产品，其生产成本常常是聚乙烯的8～10倍。纯菌种的筛选和构建，纯培养发酵工艺所需要的高品质底物(培养液)，以及需无菌操作的纯培养发酵过程是构成高成本的主要因素。而这些因素都是纯培养发酵工艺所必需的，因此这种方法生产的PHA，其成本很难被进一步降低。

活性污泥法是世界范围内应用最广泛的污水生物处理方法。最近的研究表明，在一定条件下，活性污泥可以在其微生物细胞内贮存PHA。但是常规的活性污泥中，PHA在活性污泥中的微生物细胞内的含量往往质量浓度不足20％。在纯培养体系内，PHA在微生物细胞内的质量浓度含量可达到80％以上。因此，必须采用特殊的运行方式，提高活性污泥中的微生物细胞的贮存能力，才能使活性污泥合成PHA这种方法具有竞争力。这也是本发明需要解决的主要技术难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用活性污泥生产可生物降解塑料的方法，利用活性污泥合成可生物降解塑料，大幅度提高活性污泥的PHA贮存能力。

本发明的利用活性污泥生产可生物降解塑料的方法包括以下步骤：

1)在一个序批式反应器(SBR)中，以活性污泥为菌种，向序批式反应器中接种活性污泥，通过动态的底物投加方式将包含挥发性脂肪酸的矿物盐培养液加入到序批式反应器中，得到混合液，搅拌并充入空气开始好氧反应，在好氧条件下培养活性污泥，得到具有贮存聚羟基链烷酸酯能力的活性污泥；

2)将步骤1)得到的具有贮存聚羟基链烷酸酯能力的活性污泥投入到反应器中，一次性将包含挥发性脂肪酸的矿物盐培养液加入到反应器中，得到混合液，搅拌并向混合液中充入空气，好氧条件下反应，使活性污泥中的微生物细胞内贮存的聚羟基链烷酸酯达到饱和，此时反应停止；将微生物细胞内贮存的聚羟基链烷酸酯达到饱和的活性污泥进入到下游工序提取聚羟基链烷酸酯产品，即实现了利用活性污泥生产可生物降解塑料产品的目的。

所述的步骤1)或步骤2)混合液中的污泥浓度控制在MLSS＝2500～5000mg/L；培养液的浓度控制在60Cmmol/L～120Cmmol/L。

步骤1)所述的动态的底物投加方式是指在10～30分钟内将培养液匀速地投加入序批式反应器中，投加培养液的体积为序批式反应器容积的一半，以容积为2升的序批式反应器为基准。

所述的步骤1)或步骤2)的培养中包含挥发性脂肪酸的矿物盐培养液是在每升去离子水中含有乙酸、丙酸、丁酸和戊酸各10～30Cmmol，及160～480mg的氯化铵或硫酸铵、50～200mg的硫酸镁或氯化镁、10～30mg的乙二胺四乙酸、80～240mg的磷酸氢二钾、10～60mg的磷酸二氢钾、30～100mg的氯化钙、10～40mg的酵母浸膏和2mL微量元素溶液。微量元素溶液是在每升去离子水中含有100～300mg的氯化铁，100～200mg的硼酸，100～200mg的氯化钻，100～200mg的氯化锰，100～200mg的硫酸锌，100～200mgmg的碘化钾，50～100mg的钼酸钠，50～100mg的氯化镍和10～30mg的氯化铜。

步骤1)所述的在好氧条件下培养活性污泥的时间是4～12小时。

步骤2)所述的好氧条件下反应的时间是2～12小时。

本方法具有如下优点：