[发明专利]一种污水发酵木质碳源合成PHBV的方法

说明书

本发明公开了一种污水发酵木质碳源合成PHBV的方法，包括以下步骤：1)通过对木质生物资源以高温高压水热预处理法进行水解、酶解；2)以木材水解‑酶解液(还原糖)为碳源，利用含活性污泥的污水对其厌氧发酵生成挥发性脂肪酸(VFAs)；3)以VFAs为碳源，通过好氧动态供料法对含活性污泥的污水进行驯化，富集可合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的微生物；4)通过调节VFAs组分(偶数碳酸和奇数碳酸)比例、碳源浓度(以VFAs浓度计)、pH值和C/N比等因素，合成具有不同HB/HV比例的PHBV。本发明实现了废弃木质资源的高效高值化利用，变废为宝；其次，将污水发酵产物转化成具有良好利用价值的环境友好型塑料PHAs，这对于环境保护和资源可持续发展具有重大现实意义。

技术领域

本发明属于生物质资源高效高值利用、可生物降解塑料和固体废弃物处理领域，涉及一种污水发酵木质碳源合成聚3-羟基丁酸酯3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)的方法。

背景技术

塑料是人们日常生活中必不可缺的材质，由于塑料产品具备的密度小、强度高、重量轻、耐腐蚀、成型加工方便、电绝缘性能优异以及价格低廉等优良特性获得了飞速发展。然而，石油基塑料造成的化石燃料消耗和全球环境问题引起了广泛关注，这使得人们对利用自然资源合成的可再生生物基产品产生了极大兴趣。聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是一种具有生物降解性和生物相容性的环境友好型高分子塑料，与传统塑料的物理性质类似。其中聚3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯(PHBV)的结构单元由3-羟基丁酸酯(3HB)和3-羟基戊酸酯(3HV)组成，二者分别决定最终产品的脆性和韧性，通过调节二者的比例可获得具有不同性能的PHBV，满足不同的需求，扩大其应用领域。然而目前合成PHBV的方法主要采用纯菌法，以葡萄糖或人工配制的有机酸作为碳源，生产过程中要求灭菌消毒，生产成本几乎是传统塑料的4-9倍，限制了其工业化生产。

目前，合成PHBV的廉价碳源主要有糖质碳源、甲醇和有机酸碳源。其中糖质碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉等；有机酸碳源包括乙酸、丙酸、丁酸或混合酸。以甲醇为碳源合成PHBV时，由于甲醇菌积累PHB的含量不高，PHB回收成本大，使得PHB的分子量较小；而以糖质为碳源时，合成PHBV的含量较有机酸为碳源的低。所以以混合酸为碳源合成PHBV具有重要的研究意义。

木质生物质资源作为一种可再生的资源，来源广泛，包括农业秸秆类废弃物、林木及林产加工废弃物等，但利用率及回收率低，因此对其进行资源化利用势在必行。有研究发现，木质生物质资源中的纤维素和半纤维素可水解成小分子糖类，作为污泥厌氧产酸的碳源使用时，产生的挥发性脂肪酸(VFAs)种类多样化，包括乙酸、丙酸、丁酸等，可作为混合菌种合成PHAs的有效底物。

因此，本发明利用回收的木质生物质水解产生混合的小分子糖类，以糖类水解液结合污水厌氧生产VFAs喂养活性污泥混合菌群合成PHBV。本发明利用废弃的木质生物质资源和污水发酵后驯化混合菌群合成PHBV，使用廉价碳源代替工业生产的昂贵底物，大大降低了PHBV的生产成本，为推进PHAs产品的市场化起到重要作用。同时，通过改变合成条件可调控PHAs中PHB和PHV的比例，使合成的PHBV具有不同的性能，可满足不同的需求，扩大其应用范围。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种污水发酵木质碳源合成聚3-羟基丁酸酯3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)的方法。

本发明为解决背景技术中的技术问题，采用的技术方案是一种污水发酵木质碳源合成聚3-羟基丁酸酯3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)的方法，主要步骤如下：

1)将木粉和超纯水经高温高压反应釜反应，冷却后稀释，向稀释后的水解液中加入酶解液，灭菌后抽滤备用；

2)将步骤1)所得滤液加入污水中，加入氮源、磷源和微量元素驯化，驯化后的污水发酵产酸，得到碳源VFAs；

3)对污水中聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的混合菌群进行驯化富集：