[发明专利]一种采用好氧颗粒污泥合成生物可降解塑料的方法

说明书

技术领域

本发明属于市政污泥资源利用与生物可降解塑料合成领域，具体涉及采用SBR好氧工艺驯化好氧颗粒污泥来合成聚羟基烷酸酯(PHAs)。

背景技术

聚羟基烷酸脂（Polyhydroxyalkanoates，简称PHAs或PHA）是一类由多种原核微生物在不均衡营养条件下合成，并存储于细胞内的脂类聚合物，在微生物代谢中起到积累碳源，平衡细胞内外离子的作用。其化学、物理性质与化学合成塑料相似，并且PHA可以在自然界中被微生物完全分解利用，是一种很有应用前景和开发价值的新型环保材料，有望解决目前普遍存在的白色污染问题。

目前PHA的生产主要以纯菌培养发酵为主，且往往以高纯度糖类为基质，培养条件苛刻，致使PHA生产成本居高不下。活性污泥法是城市污水处理厂的生物处理工艺中的核心工艺，活性污泥是包含了细菌、真菌、原生动物、后生动物的复杂微生物的体系。已有研究表明活性污泥污水处理的工艺中，具备PHA合成能力的菌类普遍存在，说明利用混合菌群进行PHA合成完全可行。利用活性污泥混合菌群合成PHA可有效降低成本，但也存在着驯化时间长、反应器运行不稳定及合成的PHA含量低等局限性，成为其产业化生产的瓶颈。

好氧颗粒污泥与普通活性污泥相比具有紧实的结构和良好的沉降性能，可使反应器中保持较高的污泥浓度，能承受高有机负荷和水质波动带来的冲击，且大多数好氧颗粒污泥的驯化均在SBR中进行，大部分驯化PHA富集菌也用此装置。但现有合成PHA方法中易发生污泥膨胀，导致反应器稳定性差，最终崩溃，目前还没有一种有效的方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现行合成PHA方法中易发生污泥膨胀，导致反应器稳定性差，最终崩溃的问题，而一种采用好氧颗粒污泥合成生物可降解塑料的方法。

本发明的一种采用好氧颗粒污泥合成生物可降解塑料的方法，它是按照以下步骤进行的：一、取活性污泥于高径比为10:1的SBR反应器内，使反应器内污泥浓度达到3000～5000mg/L；

二、以6～8h为一个运行周期，运行SBR反应器，所述的SBR反应器一个周期的运行过程如下：进水完成后，在SBR反应器的温度为23℃～27℃条件下，开始曝气，在SBR反应器内溶解氧从2～3mg/L跃增到6～7mg/L后，继续曝气至当前周期结束的前30min，停止曝气，然后进行沉淀3～5min，排水；其中，进的水含有碳源、氮源和磷源，其化学需氧量为5000-10000mg/L，且底物碳、氮和磷元素的浓度满足C:N:P=（110～90）:（7～5）:1；

三、按步骤二的运行周期操作，以每天3～4个运行周期，运行SBR反应器，污泥停留时间为1～10天，收集每天排出的泥水混合液；

四、将收集的泥水混合液置于批次反应器中静置后，去除批次反应器一半体积的上清液，收集沉淀物，加入与去除上清液等体积的碳源，然后进行曝气，在反应器内溶解氧含量从2～3mg/L跃增至6～7mg/L后，停止曝气；

五、重复步骤四的操作6～8次，即完成采用好氧颗粒污泥合成生物可降解塑料。

本发明包含以下有益效果：

本发明在接种活性污泥后，颗粒污泥的驯化期与PHA菌的筛选富集同步进行，不需要单独考虑污泥恢复期，从而缩短了合成PHA的周期；本方法在常温下通过监测溶解氧与减少沉淀时间以实现颗粒污泥和PHA富集阶段的快速驯化，从而对混合菌群进行强制筛选，且周期多、合成速度快，有助于实现污泥的资源化。

本发明中采用选择性排泥的培养方法，将市政活性污泥驯化成具有良好PHA合成能力的好氧颗粒污泥，其原理是基于具有PHA合成能力的好氧颗粒污泥在底物充盈阶段可以快速摄取底物以细胞储存物（PHA形式）存在于细胞中，故在充盈末期此类菌群的沉降性能优于普通活性污泥，且颗粒污泥性能稳定，不易发生丝状菌膨胀。所以通过本发明提供的好氧颗粒污泥培养方法，即通过选择性排泥方法，利用选择压将具有PHA合成能力的颗粒污泥驯化出来，不具备PHA合成能力的菌群筛选掉。

本发明利用好氧颗粒污泥合成PHA，采用选择性排泥的模式培养颗粒污泥，同时对于PHA富集菌进行筛选，成功培养出具有PHA富集能力的颗粒污泥。在反应器启动运行30天内颗粒污泥的PHA最大合成能力即可达到细胞干重的55%以上，大大缩短了驯化时间、留存下PHA合成能力强的目标菌群。

附图说明

图1为本发明PHA合成流程图；为进水为曝气为沉淀为排水静置；