嗜鹽混合菌連續處理糖蜜酒精廢水生產pha的方法
【專利摘要】嗜鹽混合菌群連續處理糖蜜酒精廢水生產PHA的方法，屬于PHA的生產【技術領域】。包括以下步驟：嗜鹽混合污泥活化培養成嗜鹽活性污泥、SBR反應器內以糖蜜酒精廢水進行嗜鹽混合菌群富集培養、連續流反應器內以糖蜜廢水進行連續PHA生產、回收排出的剩余污泥中的PHA。利用混合菌群代替純菌種合成PHA，不需要進行嚴格的滅菌程序，簡化工藝，節約成本；連續流工藝簡單，相比較發酵工藝，無需反復更換發酵液，無需反復接種菌泥，連續進水連續出水，各工藝參數趨于恒定值，實現簡單，便于自動控制，易于工程操作，PHA產量高，實現了PHA的連續生產，同時也做到了剩余污泥的資源化利用。
【專利說明】嗜鹽混合菌連續處理糖蜜酒精廢水生產PHA的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于PHA的生產【技術領域】，涉及一種利用嗜鹽混合菌群在連續推流反應器中處理糖蜜酒精廢水合成聚羥基脂肪酸酯(PHA)的技術方法。該發明特別適用于糖蜜酒精廢水的預處理進行資源回收，具有廢物利用、資源回收和降低PHA工業生產成本的多重優勢。
【背景技術】
[0002]目前，全球范圍內，PHA的工業化生產普遍采用純菌單底物進行生物發酵的方法。例如，美國Metabolix公司創造了基因重組的Escherichia coli K12菌株，以葡萄糖為底物進行發酵，24h可獲得90 %細胞干重的PHA產品生產。德國B1mer公司利用Alcal igenesIatus菌株，以蔗糖為底物發酵進行PHA的工業生產。中國清華大學與廣東江門生物技術開發中心有限公司、韓國科技院(韓國)和寶潔公司(USA)合作，已成功進行了 Aeromonashydrophila發酵合成PHA的工業生產。但是間歇發酵過程有明顯的缺陷:①發酵過程中要不斷的向發酵罐中加入酸堿溶液控制PH，要配置專門的投加設備；每個周期結束后發酵罐要進行清洗、消毒；每周期要重新更換發酵液等，使得人力、物力、動力消耗較大生產周期較短，由于分批發酵時菌體有一定的生長規律，都要經歷延滯期、對數生長期、穩定期和衰亡期，而且每批發酵都要經菌種擴大發酵、設備沖洗、滅菌等階段生產效率低，由于在整個發酵周期中包括放料、洗罐、加料、滅菌等時間，實際有效發酵時間短，發酵效率很低。為此，如果將間歇發酵改為連續生產將克服上述問題，提高PHA生產效率，降低PHA生產成本。
[0003]相對于純菌的PHA生產，混合菌群合成PHA的優勢在于:①混合菌群在開放體系內，減少滅菌程序特定的工藝條件促使PHA合成菌群更具競爭優勢，成為優勢菌屬，菌群結構相對穩定；③混合菌可以適應多種不同底物，為混合底物應用于生產打下良好基礎，并能通過控制底物組成實現對PHA單體組成的控制，擴大了 PHA的應用范圍。綜上，利用混合菌群代替純菌種合成PHA，簡化了工藝操作，降低工藝運行成本，進一步降低PHA生產成本。
[0004]在連續流生物技術層面，利用工業廢水作為底物在污水生物處理過程中收獲PHA是解決在這一問題很好的方式。利用廢水尤其是某些工業廢水中高含量的有機物作為碳源，在進行廢水處理的同時收獲PHA，不僅解決了污水處理問題，也使合成PHA過程中底物單一性得到改善，對PHA組分的多樣性提供保證。這樣的方式一方面突破了現在PHA生產依賴純菌發酵的現狀，另一方面也使污水處理和資源回收有效的結合。因此可以有效地提高生產效率，降低生產成本。
[0005]糖蜜酒精產業是我國目前重要的工業產業。該行業產生的廢水具有有機含量高、揮發性有機成分高的特性。本發明方法針對糖蜜酒精廢水利用嗜鹽混合菌群在連續推流反應器內中對有機物廢物進行資源回收，實現在開放環境中PHA的連續生產。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種利用嗜鹽混合菌群在連續推流反應器中回收糖蜜酒精廢水合成PHA，實現PHA連續生產的方法。該方法可以大大降低PHA工業生產成本，從而使PHA更具市場競爭力，應用更廣泛。
[0007]嗜鹽混合菌群在開放條件下連續處理糖蜜酒精廢水生產PHA的方法，其特征在于，采用的裝置為公知的污水處理領域連續推流工藝反應器、鼓風曝氣裝置、SBR反應器，利用上述的裝置馴化培養嗜鹽混合菌群，下實現PHA的連續生產，主要包括以下步驟:
[0008]步驟1，取入河口嗜鹽污泥投入到SBR反應器中，以生活污水加粗鹽配制培養液，鹽度一般優選50g/L，篩選活化出嗜鹽活性污泥，完全好氧曝氣運行，溶解氧濃度> 3mg/L,曝氣時間6-10h，沉淀2-6h，然后排掉上清液，運行30-50天；待污泥顏色由黑棕色轉至淺黃色，出現活性污泥特性時，進入下一階段的馴化培養；
[0009]步驟2，向盛有步驟I已馴化出的嗜鹽活性污泥的SBR反應器中加入糖蜜酒精廢水，控制反應條件為溫度室溫，溶解氧> 3mg/L，曝氣時間20-23h，沉淀l_4h，然后排掉上清液；運行20-30天，直至SBR內的嗜鹽活性污泥濃度達到3500mg/L以上，再進入下一階段的馴化培養；
[0010]步驟3，將步驟2的SBR反應器富集的嗜鹽活性污泥全部轉到連續流反應器中，啟動連續流工藝裝置，連續處理鹽度范圍在40-100g/L的糖蜜酒精廢水，連續流的工藝參數為:水力停留時間12-20h，有機負荷為0.75-1.25kgC0D/(kgMLSS d)，曝氣池溶解氧濃度≥3mg/L，污泥停留時間4-6d，污泥回流比為200-300%，運行溫度為室溫，二沉池沉淀時間3-5h ；
[0011]步驟4，連續運行步驟3連續推流工藝30-40d后，對每日從二沉池排出的剩余污泥進行PHA的提取和生產。
[0012]連續運行步驟3連續推流工藝30-40d后，系統對糖蜜酒精廢水的COD去除率可以達到75%以上，糖蜜酒精廢水轉化成PHA的轉化率為0.46-0.8g PHA/g C0D，連續運行生產的PHA為共聚物PHBV。PHA的含量達到約菌體干重的35%以上。
[0013]本發明具有以下優點:
[0014](I)本發明中使用嗜鹽混合菌，優點在于:①不需要進行嚴格的滅菌程序，簡化工藝，節約成本；②嗜鹽微生物胞內積累的PHA在淡水環境很容易通過溶胞釋放，便于下游回收PHA。③嗜鹽微生物積累的產物PHA多為特殊的共聚物，其物理性能更適合生產應用，因此應用前景更好。這些優勢對進一步降低PHA生產成本，擴大PHA適用范圍具有重要的意義。
[0015](2)目前國內的PHA生產主要集中于單底物發酵工藝，使用單底物成本很高，并且合成PHA的組分單一，PHA應用范圍較窄。本發明利用工業廢水的復雜底物，不僅改善了底物的單一性，同時進行了廢水的資源化；
[0016](3)連續流工藝簡單，相比較發酵工藝，無需反復更換發酵液，無需反復接種菌泥，連續進水連續出水，各工藝參數趨于恒定值，實現簡單，便于自動控制，易于工程操作；
[0017](4)該工藝無需發酵罐沖洗裝置、pH調節裝置等硬件設備，減少設備成本，同時節約能耗；
[0018](5)連續流工藝的污泥產量高，從二沉池排出的剩余污泥直接用于PHA的提取和生產，PHA產量高，實現了 PHA的連續生產，同時也做到了剩余污泥的資源化利用。
【具體實施方式】
[0019]以下結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0020]實施例1
[0021]具體實施步驟如下:
[0022]步驟1，取入河口嗜鹽污泥投入到1L SBR反應器中，以生活污水加粗鹽配制培養液，鹽度為50g/L，篩選活化出嗜鹽活性污泥。完全好氧曝氣運行，溶解氧濃度> 3mg/L，曝氣時間8h，沉淀4h，然后排掉上清液，運行40天；待污泥顏色由黑棕色轉至淺黃色，出現活性污泥特性時，進入下一階段的馴化培養。
[0023]步驟2，向盛有步驟I已馴化出的嗜鹽活性污泥SBR反應器中加入8L糖蜜酒精廢水，控制反應條件為溫度室溫，溶解氧> 3mg/L，曝氣時間20h，沉淀4h，然后排掉上清液；運行25天，直至SBR內的嗜鹽活性污泥濃度達到4000mg/L，再進入下一階段的馴化培養；
[0024]步驟3，將步驟2的SBR反應器富集的嗜鹽活性污泥全部轉到連續流反應器中，開始進行連續流馴化培養。糖蜜酒精廢水COD濃度為2500mg/L，進水C/N = 50，鹽度=50g/L0水力停留時間12h，有機負荷為1.25kgC0D/(kgMLSS d)，曝氣池溶解氧濃度≥3mg/L，污泥停留時間5d，污泥回流比為300%，運行溫度為室溫，二沉池沉淀時間4h。污泥主要在曝氣區消耗廢水中的碳源合成PHA。
[0025]步驟4，連續運行連續推流工藝35d后，系統對糖蜜酒精廢水的COD去除率可以達到70%。糖蜜酒精廢水轉化成PHA的轉化率為0.46g PHA/g COD。生產的PHA為共聚物PHBV0 PHA的含量達到約菌體干重的20%。
[0026]步驟5，對每日排出連續流系統的剩余污泥進行PHA回收。
[0027]實施例2
[0028]具體實施步驟如下:
[0029]步驟1，取入河口嗜鹽污泥投入到1L SBR反應器中，以生活污水加粗鹽配制培養液，鹽度為50g/L，篩選活化出嗜鹽活性污泥。完全好氧曝氣運行，溶解氧濃度> 3mg/L，曝氣時間8h，沉淀4h，然后排掉上清液，運行40天；待污泥顏色由黑棕色轉至淺黃色，出現活性污泥特性時，進入下一階段的馴化培養。
[0030]步驟2，向盛有步驟I已馴化出的嗜鹽活性污泥SBR反應器中加入8L糖蜜酒精廢水，控制反應條件為溫度室溫，溶解氧> 3mg/L，曝氣時間20h，沉淀4h，然后排掉上清液；運行25天，直至SBR內的嗜鹽活性污泥濃度達到4000mg/L，再進入下一階段的馴化培養；
[0031] 步驟3，將步驟2的SBR反應器富集的嗜鹽活性污泥全部轉到連續流反應器中，開始進行連續流馴化培養。糖蜜酒精廢水COD濃度為2500mg/L，進水C/N = 50，鹽度=50g/L0水力停留時間16h，有機負荷為0.94kgC0D/(kgMLSS d)，曝氣池溶解氧濃度≥3mg/L，污泥停留時間5d，污泥回流比為300%，運行溫度為室溫，二沉池沉淀時間4h。污泥主要在曝氣區消耗廢水中的碳源合成PHA。
[0032]步驟4，連續運行連續推流工藝35d后，系統對糖蜜酒精廢水的COD去除率可以達到80%。糖蜜酒精廢水轉化成PHA的轉化率為0.8g PHA/g COD。生產的PHA為共聚物PHBV。PHA的含量達到約菌體干重的40%。
[0033]步驟5，對每日排出連續流系統的剩余污泥進行PHA回收。
[0034]實施例3
[0035]具體實施步驟如下:
[0036]步驟1，取入河口嗜鹽污泥投入到1L SBR反應器中，以生活污水加粗鹽配制培養液，鹽度為50g/L，篩選活化出嗜鹽活性污泥。完全好氧曝氣運行，溶解氧濃度> 3mg/L，曝氣時間8h，沉淀4h，然后排掉上清液，運行40天；待污泥顏色由黑棕色轉至淺黃色，出現活性污泥特性時，進入下一階段的馴化培養。
[0037]步驟2，向盛有步驟I已馴化出的嗜鹽活性污泥SBR反應器中加入8L糖蜜酒精廢水，控制反應條件為溫度室溫，溶解氧> 3mg/L，曝氣時間20h，沉淀4h，然后排掉上清液；運行25天，直至SBR內的嗜鹽活性污泥濃度達到4000mg/L，再進入下一階段的馴化培養；
[0038]步驟3，將步驟2的SBR反應器富集的嗜鹽活性污泥全部轉到連續流反應器中，開始進行連續流馴化培養。糖蜜酒精廢水COD濃度為2500mg/L，進水C/N = 50，鹽度=50g/L0水力停留時間20h，有機負荷為0.75kgC0D/(kgMLSS d)，曝氣池溶解氧濃度 3mg/L，污泥停留時間5d，污泥回流比為300%，運行溫度為室溫，二沉池沉淀時間4h。污泥主要在曝氣區消耗廢水中的碳源合成PHA。
[0039]步驟4，連續運行連續推流工藝35d后，系統對糖蜜酒精廢水的COD去除率可以達到80%。糖蜜酒精廢水轉化成PHA的轉化率為0.52g PHA/g COD。生產的PHA為共聚物PHBV0 PHA的含量達到約菌體干重的26%。
[0040]步驟5，對每日排出連續流系統的剩余污泥進行PHA回收。
【權利要求】
1.鹽混合菌群在開放條件下連續處理糖蜜酒精廢水生產PHA的方法，其特征在于，采用的裝置為污水處理領域連續推流工藝反應器、鼓風曝氣裝置、SBR反應器，利用上述的裝置馴化培養嗜鹽混合菌群，下實現PHA的連續生產，主要包括以下步驟: 步驟1，取入河口嗜鹽污泥投入到SBR反應器中，以生活污水加粗鹽配制培養液，篩選活化出嗜鹽活性污泥，完全好氧曝氣運行，溶解氧濃度> 3mg/L，曝氣時間6-10h，沉淀2_6h，然后排掉上清液，運行30-50天；待污泥顏色由黑棕色轉至淺黃色，出現活性污泥特性時，進入下一階段的馴化培養； 步驟2，向盛有步驟I已馴化出的嗜鹽活性污泥的SBR反應器中加入糖蜜酒精廢水，控制反應條件為溫度室溫，溶解氧> 3mg/L，曝氣時間20-23h，沉淀l_4h，然后排掉上清液；運行20-30天，直至SBR內的嗜鹽活性污泥濃度達到3500mg/L以上，再進入下一階段的馴化培養； 步驟3，將步驟2的SBR反應器富集的嗜鹽活性污泥全部轉到連續流反應器中，啟動連續流工藝裝置，連續處理鹽度范圍在40-100g/L的糖蜜酒精廢水，連續流的工藝參數為:水力停留時間12-20h，有機負荷為0.75-1.25kgCOD/(kgMLSS d)，曝氣池溶解氧濃度≥3mg/L，污泥停留時間4-6d，污泥回流比為200-300%，運行溫度為室溫，二沉池沉淀時間3_5h ； 步驟4，連續運行步驟3連續推流工藝30-40d后，對每日從二沉池排出的剩余污泥進行PHA的提取和生產。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，連續運行步驟3連續推流工藝30-40d后，系統對糖蜜酒精廢水的COD去除率可以達到75%以上，糖蜜酒精廢水轉化成PHA的轉化率為.0.46-0.8g PHA/g C0D，連續運行生產的PHA為共聚物PHBV。PHA的含量達到約菌體干重的35%以上。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟I中生活污水加粗鹽配制培養液，其鹽度為 50g/L。
【文檔編號】C02F3/34GK104178529SQ201410324491
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】崔有為, 冀思遠, 張宏宇 申請人:北京工業大學