[发明专利]一种利用剩余污泥生物合成聚羟基脂肪酸酯的方法

说明书

本发明提供了一种利用剩余污泥生物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，涉及聚羟基脂肪酸酯生物合成工艺在短期内恢复稳定性同时快速恢复生产聚羟基脂肪酸酯的方法，具体情况为：当反应器中污泥容积指数(SVI)为250～1000ml/g时，将剩余污泥投加到发生污泥膨胀的富集反应器中，使反应器中微生物的污泥沉降比(SV30)为10～75％，污泥容积指数(SVI)为50～250ml/g。该方法可以在生物反应器发生污泥膨胀时，迅速改善污泥沉降性能，在不改变反应器工艺参数的情况下，可维持反应器的稳定运行和聚羟基脂肪酸酯的持续稳定合成。本发明公开的利用剩余污泥生物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，具有操作简单，经济易行，节能环保的特点，同时具备高效稳定，且易于工程化推广的优势，在好氧生物合成聚羟基脂肪酸酯工艺中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于生物可降解塑料合成和废物资源化领域，涉及调控聚羟基脂肪酸酯(PHA)混合菌群生产工艺稳定性的方法，即利用剩余污泥迅速改善发生污泥膨胀的PHA生物合成系统的性能，减少因污泥膨胀引起的微生物流失，并且在短期内恢复系统生产PHA的能力。

背景技术

塑料制品是社会生活中不可或缺的一部分，其大规模的使用极大便利了人类生活，然而，只有很少量的塑料被回收或被焚烧，北京石油化工学院2020年发布的《中国塑料的环境足迹评估》中，曾报道被填埋或遗弃的塑料总量占全球塑料累积总产量的59％。塑料在全球范围内正快速的积累，由于它难以被自然降解，在物理作用下产生大量的微塑料，严重危害自然生态环境。在人体内检测到微塑料这一新闻报道警示人类，传统塑料所造成的污染不仅危害自然生态中的动植物，最终也会影响到人类的身体健康。此外，据评估报告，塑料工业消耗全球8％的石油。在资源紧缺的时代，生产传统的石油化工塑料已无法满足可持续发展的要求。因此，需要一种易于生产、具有与传统塑料相似的良好性能且可被生物降解的生物塑料来替代传统塑料。聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)因其同时具备与传统化工塑料相似的良好性能、生物可降解性且可以由微生物合成等优势而备受关注，在替代传统化工塑料上有较好的发展前景。

混合菌群生产PHA工艺相对于纯培养生产PHA工艺来说，生产过程不需要严格控菌，操作要求更低，且其底物可以利用废弃物，实现废物资源化，但该工艺的稳定性不高，限制了其在工业上的广泛应用。一般地，混合菌群生产PHA工艺包括以下三个阶段：厌氧产酸、富集PHA合成菌群、生产PHA。大分子有机物质经厌氧产酸过程转化为小分子有机酸，PHA合成菌群利用这些小分子有机酸在体内合成PHA。然而底物中小分子有机酸的大量存在会对微生物的活动产生抑制性效果，尤其是pH值较低时，未解离的酸可以通过被动扩散进入细胞，导致胞内pH值的变化，甚着引起细胞的裂解死亡，进而导致污泥难以沉降；此外，混合菌群生产PHA工艺容易受到例如温度、pH值、溶解氧以及底物组成成分等外界因素波动的影响，运行时间长容易发生好氧活性污泥膨胀，进而导致微生物的严重流失，PHA生产效率严重下降的同时，还会影响后续流程的处理。

常见的处理好氧活性污泥膨胀的方法包括物理手段和化学手段。物理方法包括调控温度、pH、溶解氧等工艺参数，但是该法操作起来耗时长，见效慢；化学方法一般是指投加化学药品以杀死丝状菌，或是投加絮凝剂等改善污泥的沉降性能，一般用于应急处理，见效快，但是成本高，且容易造成二次污染或是影响混合菌群合成PHA的效果。因此，急需寻找一种可以快速改善污泥沉降性能同时短期内恢复系统产PHA性能的方法。

城镇污水处理厂每天都会产生大量剩余污泥，国家“水十条”明确指出污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，现有的处理处置方法主要包括卫生填埋、高温堆肥、焚烧等，这些传统技术因有着能耗高、处理效率低、对环境造成二次污染等缺点而限制了其推广应用。本发明开发的一种利用剩余污泥污泥生物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，不仅可以改善聚羟基脂肪酸酯生物合成过程污泥沉降性能，维持生物反应器稳定合成聚羟基脂肪酸酯，还可以实现剩余污泥的经济有效处置，对于固体废物的资源化利用和聚羟基脂肪酸酯的稳定合成具有重要意义。

发明内容