[发明专利]一种合成微生物聚酯的污水生物絮凝法

说明书

本发明是一种合成微生物聚酯的污水生物絮凝法，属功能高分子材料的生物合成技术。

微生物聚酯是一类存在于微生物细胞中的生物高分子(或称为聚羟基烷酸酯PHA)，具有热塑性、易加工性、生物相容性、完全生物降解性和较好的机械性能，因而作为生物活性高分子和可降解塑料有着巨大的应用前景。微生物聚酯一般采用生物发酵的方法合成，但由于造价昂贵，使其推广应用受到极大的限制。如何大幅度降低微生物聚酯的成本一直是国内外有关研究者努力解决的一大难题。目前，微生物聚酯的生物发酵一般利用单一菌种和纯碳源，例如：Alcaligenes eutrophusN 9A以果糖为碳源积累聚羟基丁酸酯(PHB)，Thiocystis violacea以乙酸为碳源积累PHB，Haloferarm editerranei以淀粉为碳源产生聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物，Pseudomonas acidovorans以辛酸为碳源、Protomonas extorquens以甲醇为碳源合成3--羟基丁酸酯、3--羟基戊酸酯、4--羟基戊酸酯共聚物等等。它们的共同特点是利用了单一的自然界菌种或人工诱变菌种，碳源基本上都是宝贵的农副产品或工业产品，成本较高，发酵过程操作复杂，需严格控制，而且大多数存在菌种不稳定，产率低等问题，难以实现工业化。例如：英国ICI公司利用真养产碱杆菌突变株以葡萄糖为碳源合成聚羟基丁酸酯(PHB)，已达到500吨/年的生产规模，积累PHB为干细菌的75％以上，产品价格为3～4$/Kg，远远高于一般合成塑料，目前难以被市场接受。此外，微生物聚酯种类繁多，其组成结构不同，性能也有很大差别，而现在研究较多的基本上是PHB及其共聚物的生物合成，对于脂肪族聚酯这一类材料的其它品种的生物合成及结构性能研究是远远不够的。所以我们认为，在合成不同组成和结构的微生物聚酯并降低其生物合成成本方面，还有许多问题尚未得到完善解决。

本发明的目的就是为了克服和解决现有采用生物发酵方法合成微生物聚酯存在只利用自然界单一纯菌种、消耗大量农副产品及工业产品资源、合成成本高、发酵过程操作控制复杂，且存在菌种不稳定、产率低、难以获得多种组成、多种结构的微生物聚酯，难于实现工业化，难于推广应用等的缺点和问题，研究发明一种利用污水生物处理过程，采用自然界的混合菌种，用取之不尽的污水为有机营养物，废物利用，变废为宝，节省大量的农副产品及工业产品，合成设备简单，成本低，操作控制简便，便于工业化，便于推广应用，可合成不同组成和不同结构的微生物聚酯的污水生物絮凝法。

本发明是通过下述方法技术方案来实现的：本发明的原理是根据污水的生物处理过程中产生生物絮凝，而生物絮凝的产生与PHA在细胞内的积累成正比，因此在污水的生物处理中控制细菌的生长环境可获得PHA。具体方法是利用生活污水和工业废水为营养物，接种活性污泥，采用微嗜气一好气驯化培养和间歇式好气培养两步法合成PHA：(1)微嗜气一好气驯化培养：将取得的工业废水或生活污水经过滤净化处理后，接种活性污泥放入图1所示的PHA合成装置中，通入氮气5～15分钟并保持10分钟；为了稳定污水品质，大量产生和繁殖可积累PHA的优势菌，加入一定浓度的微量调节物；乙酸50～200毫克/升、丙酸钠100～250毫克/升、酵母10～80毫克/升、硫酸铵10～100毫克/升、硫酸镁50～150毫克/升、氯化钙10～100毫克/升、氯化钾5～50毫克/升、磷酸氢钾15～100毫克/升、蛋白胨40～160毫克/升等，调节使其pH＝7～8；通入0.01～0.05米³/小时微量氧气进行微嗜气培养10～20小时，温度为25～30℃；加大供氧量至0.1～0.5米³/小时，进行好气驯化培养10～24小时；为了增加生物絮凝，在微嗜气一好气驯化培养过程中进行换水处理4～8次，操作方法如下：停止通气30～50分钟，待生物絮凝沉淀后，倒出三分之一的上层清液，再加入等量的新鲜污水和微量调节物；(2)间歇式好气培养：在上述微嗜气—好气驯化培养的污水生物絮体中加入乙酸钠或丙酸钠、葡萄糖等，促使絮体细菌内的PHA大量积累，其浓度为重量百分比1％～5％，按0.3～1.2米³/小时的速度连续通入压缩空气，进行好气培养12～48小时；(3)PHA的提取：将上述培养液静置2～3小时，待生物絮体完全沉淀后倒去上层清液，所得固体物经离心分离、清洗和干燥后得到干菌体，采用通用有机溶剂法或表面活性剂加次碳酸钠处理法提取PHA。