[发明专利]使用在线监测进料速率控制和过程终止在生物质中积累聚羟基烷酸酯的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国临时申请的优先权：2009年12月10日提交的申请序列号61/285,210。该申请通过引用以其整体结合到本文中。

技术领域

本发明涉及与生物学有机废物处理结合的在生物质中聚羟基烷酸酯(PHA)的积累。本发明涉及以下技术：将富含可容易生物降解的化学需氧量(RBCOD)的废水与富含积累PHA的细菌(PAB)的生物质混合，并监测该过程。

发明背景

聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoate, PHA)为可配混成为工程塑料或进一步转化为其它平台化学品的生物聚合物，且具有完全可生物降解的附加益处。PHA积累可用作用于废水处理过程的生物精炼厂总体构思的一部分，所述过程包括：

I. 在废水流入液中有机材料的生酸发酵，以产生挥发性脂肪酸(VFA)；

II. 从废水去除有机物质和从废水或其它合适的来源产生生物质，且可能显著积累PHA；

III. 在由富含RBCOD的进料产生的生物质中产生和积累PHA，所述进料获自废水或其它就地或厂外(on- or off-site)流入液来源；和

IV. 回收和纯化PHA。

本发明可用于解决与在富含PAB的生物质中PHA积累和废水处理的过程质量目标相关的多个问题，如以下进一步说明的。

发明概述

本发明提供在富含PAB的生物质中由RCBOD产生和积累PHA的方法。

在一方面，本发明提供了用于在生物质中产生聚羟基烷酸酯(PHA)的方法，所述方法包括在一段时间内，通过将基质(substrate)间歇供应至生物质，将含有有机碳的基质进料至生物质；和控制将基质间歇供应至生物质的频率和将基质间歇供应至生物质的量，使得产生的PHA的平均分子量为至少400,000 g/mol。

在另一方面，本发明提供了促进生物质中PHA积累的方法，所述方法包括通过将含有可容易生物降解的化学需氧量(RBCOD)的基质与生物质混合以形成生物质-基质混合物，将含有有机碳的基质进料至生物质；控制生物质-基质混合物中RBCOD的浓度，使得在PHA积累期间，生物质-基质混合物中RBCOD的浓度通常保持在1,000 mg-COD/L至10 mg-COD/L之间，并且其中将RBCOD进料至生物质和控制生物质-基质混合物中RBCOD的浓度的方法产生平均分子量超过400,000 g/mol的PHA。

在第三方面，本发明提供了在生物质中产生高分子量PHA的方法，所述方法包括在一段时间内，通过将基质间歇供应至生物质，将含有有机碳的基质进料至积累PHA的生物质；和控制基质供应的频率和量，使得相对于最大呼吸速率，生物质的呼吸速率下降不多于70%，所述最大呼吸速率通过生物质对最近供应基质的响应而实现。

附图简述

图1。对于对富含VFA的进料刺激的生物质响应，关于经验模型(方程式1)的6个研究的归一化实验数据。

图2。在用于在富含PAB的生物质中积累PHA的实验中，用脉冲以实现100 mg-COD/L的VFA的恒定刺激，用于控制自动化基质添加(方程式3)的代表性溶解氧(DO)浓度信号。

图3。重复积累实验的结果，所述实验使用浓缩的发酵乳品废水作为用于PHA的补料-分批(fed-batch)积累的基质。

图4。重复积累实验的结果，所述实验使用浓缩的发酵乳品废水作为用于PHA的补料-分批积累的基质。

图5。使用发酵乳品工业废水作为用于PHA的基质，在富含PAB的活性污泥中PHA积累的典型溶解氧趋势。

图6。参考图5，显示在补料-分批输入点的实际δ_t值以及关于对于相应的基质输入实现的最大速率的相关最小脉冲呼吸速率。

图7。众多实验的积累结果的汇总，其考虑关于现存的最大脉冲呼吸速率报告的经估计的所得平均脉冲最小呼吸速率以及积累PHA的重均分子量。

图8。使用发酵的乳品工业废水作为基质，在富含PAB的生物质中PHA的中试规模(100 L)积累的代表性结果。

图9。可变体积需氧PHA积累过程的代表性实例。

图10。可变体积需氧PHA积累过程的代表性实例。

图11。恒定体积需氧PHA积累过程的代表性实例。

发明详述

本发明包括用于生物质中PHA积累过程的新型但实用的工程方案。通过采用本发明，可满足的目标包括：