本发明专利技术属于环保及资源综合利用技术领域，具体为使用有毒工业污染物苯酚制备聚羟基脂肪酸酯的方法。本发明专利技术使用城市污水处理厂的剩余活性污泥作为接种物，对该活性污泥经过驯化，使其完全适应高苯酚浓度，可以将此浓度的苯酚在短时间内完全降解完毕；将此浓缩污泥与氮、磷、钙、镁、铁等营养液混合，形成反应混合液；加入苯酚，即开始细胞生长和PHA积累。本发明专利技术探索了各种操作条件，测定它们对于污泥生长和胞内PHA积累的影响，以确定较为优化的参数范围，这些操作条件包括：生长介质中的碳氮比、苯酚降解时介质中的pH值和溶解氧水平、生长介质中的钙、镁、铁浓度、盐度、温度、F/M比、及苯酚投加方式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环保及资源综合利用
，具体涉及利用工业废水中有毒有机污染物制备聚羟基脂肪酸酯的方法。
技术介绍
聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates, 简称PHA）是一种由微生物在体内合成的高分子细胞内聚物。其基本结构为含有羟基的脂肪酸单体，两个相邻单体的羟基之间形成酯键，进一步组成线性高分子。PHA在性质上类似于塑料，并具有多种单体结构和多样的材料特性。因为它的生产过程为天然的生物反应，此类材料也具有良好的生物兼容性和可降解性。由于其在包装工程、组织工程、缓释材料以及医疗材料等方面有广阔的应用前景，近年来吸引了很大的研究和应用兴趣。一般来说，细胞内合成PHA的前提是微生物处于波动性和不平衡的生长环境中。最常见的情况包括生长介质中碳源过多、氮/磷/硫等元素过少，或者食物/微生物比（food to microbe ratio, 简称F/M比）过高，由此造成的细胞增殖速度受到限制，不能及时将过多的碳源用于生长。此时微生物可以将这些碳源转化为PHA储存在细胞内部，留待之后条件改善时用于进一步生长。此外，溶解氧水平过低造成的底物无法快速氧化，和好氧/厌氧条件交替也可以促进PHA的累积。另一种被认为有利于PHA合成的操作条件为批序式培养工艺，即分批、间歇性地投加碳源，使微生物经历反复的饱食/饥饿期（feast/famine）。此时有一些微生物选择将过多的、或者不能立刻用于生长的碳源转化为PHA，作为适应不稳定和剧烈变化生长环境的手段，平衡其增值速度，为其在微生物种群中增加竞争优势。PHA可以由各种不同的有机物质作为底物进行合成。到目前为止，绝大多数的研究和商业化应用使用纯净无毒的简单有机物，如醋酸盐、葡萄糖等作为碳源，纯种菌作为工具进行PHA生产。其研究重点第一在于菌种筛选、纯化、基因改造（基因工程菌），第二在于操作工艺和设备的研制和优化，以提高生物质中的PHA比例和的整体PHA生产效率。但是使用纯种菌和纯净物质作为材料有其局限。此类碳源本身的成本较高，而在生产过程中保持菌群的纯度也对于操作工艺提出了更高的要求。因此近年来为了降低成本，一些研究者提出了使用混合城市/工农业废污水作为碳源，在纯种或混合菌群中合成PHA。目前已经得到研究的废污水包括城市生活污水、活性污泥发酵液、食品和制糖工业废水、印染和造纸废水、和农业生物质废弃物等。但这些底物有一个共同点，即基本无毒无害，使用对于微生物来说有毒害作用的有机物质作为底物的研究非常缺乏。Maskow等人[1]在2000年利用苯酚为原料、连续培养作为操作手段，在两种纯种菌中成功地合成了PHA。而Reddy等人最近[2]试验了多种酚类物质，发现它们都可作为纯种菌合成PHA的底物。本专利的专利技术人团队进一步研究了批序式操作条件下、苯酚作为唯一碳源时混合菌群中的PHA积累情况，发现其可达到50%以上的细胞干重[3]，和一些纯种菌+无毒底物的情况相接近。这是第一次有研究报道混合菌群利用有毒底物进行PHA合成，而其结果显示了很好的应用前景。因此本专利技术进一步深化研究，将苯酚作为有毒工业污染物的代表、完全驯化的混合菌群活性污泥为工具，分批/批序式培养作为操作工艺，深入细致地研究和优化PHA的合成条件，形成较为成套的技术方案。参考文献：[1] Maskow, T. Babel W. Calorimetrically recognized maximum yield of poly-3-hydroxybutyrate (PHB) continuously synthesized from toxic substrates. Journal of Biotechnology2000,77, 247-253.[2] Venkateswar Reddy, M.; Mawatari, Y.; Yajima, Y.; Seki, C.; Hoshino T.; Chang, Y.-C. Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) production from alkylphenols, mono and poly-aromatic hydrocarbons using Bacillus sp. CYR1: A new strategy for wealth from waste. Bioresource Technology 2015,192, 711-717.[3] Wosman, A.; Lu, Y.H.; Sun, S.P.; Liu, X.; Wan, C.L.; Zhang, Y.; Lee, D.-L.J.; Tay. J.H. Effect of operational strategies on activated sludge’s acclimation to phenol, subsequent aerobic granulation, and accumulation of polyhydoxyalkanoates. Journal of Hazardous Materials, 2016,317, 221-228.。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用工业废水中有毒有机污染物制备聚羟基脂肪酸酯的方法。本专利技术提供的制备聚羟基脂肪酸酯的方法，具体步骤为：（1）使用城市污水处理厂的剩余活性污泥作为接种物。对该活性污泥经过一定的驯化过程[3]，使此污泥完全适应高苯酚浓度（如500mg/以上L），可以将此浓度的苯酚在短时间内（如30-60min）完全降解完毕；（2）将上述得到的完全适应高苯酚浓度的混合菌种污泥，放在反应器内培养，每两到三天添加一次苯酚、氮、磷、钙、镁、铁等营养物质，进行维持和培养；（3）每次进行PHA生产时，将混合菌种污泥取出一部分进行高速离心分离，沉淀，得到浓缩污泥；（4）将此浓缩污泥与氮、磷、钙、镁、铁等营养液混合，并加入一定量的碱性缓冲溶液（以NaHCO3形式），形成一个批次的反应混合液；其中，这些营养物质的浓度可以分别进行调节，形成一定的浓度梯度（如0、2.5、5 mg/L的镁元素等）；调整初始取出的原始浓缩污泥，使此反应混合液具有一定的初始污泥浓度，如0.5、1.0、2.0 g/L等。对此反应混合液进行曝气充氧和搅拌混合，通过调节曝气的强度可以改变体系中的溶解氧浓度；（5）然后加入一定量的苯酚，使其具有一定的初始浓度（如250、500、1000、2000 mg/L）。由于苯酚是本体系中唯一的有机碳源，由苯酚的浓度也可计算出初始的碳元素浓度（碳浓度=76.6%苯酚浓度）。将此浓度与加入的氮元素浓度相比则可得到初始的碳氮重量比（C/N, w/w）。初始苯酚浓度和污泥浓度之间的比值则为此批次的F/M比（如0.1、0.4、0.8等）。苯酚加入之后污泥即开始细胞生长和PHA积累（在此过程中可以监测和比较两者的速率，确定各因素的作用）。直至本次加入的苯酚完全降解完毕，作为一个苯酚处理和PHA积累的批次；（6）在上一个批次的苯酚降解结束之后，再次加入一定量的苯酚和氮、磷、磷、钙、镁、铁等营养元素，开始下一个批次，以继续提高PHA的总量和在胞内的比例。向同一批污泥中反复投加苯酚的这种方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用有毒工业污染物苯酚制备聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于具体步骤为：（1）使用城市污水处理厂的剩余活性污泥作为接种物，对该活性污泥经过一定的驯化过程，使其完全适应500mg/L以上的高苯酚浓度，可以将此浓度的苯酚在短时间内完全降解完毕；（2）将上述得到的完全适应高苯酚浓度的混合菌种污泥，放在反应器内培养，每两到三天添加一次苯酚、氮、磷、钙、镁、铁营养物质，进行维持和培养；（3）每次进行PHA生产时，将混合菌种污泥取出一部分进行高速离心分离，沉淀，得到浓缩污泥；（4）将此浓缩污泥与氮、磷、钙、镁、铁营养液混合，并加入一定量的碱性缓冲溶液，以调节反应体系的pH值，形成一个批次的反应混合液；其中，对反应混合液中各营养物质的浓度分别进行调节，形成一定的浓度梯度；调整初始取出的原始浓缩污泥，使此反应混合液具有一定的初始污泥浓度；对此反应混合液进行曝气充氧和搅拌混合，通过调节曝气的强度以改变体系中的溶解氧浓度；（5）然后加入一定量的苯酚，使其具有一定的初始浓度；苯酚加入之后污泥即开始细胞生长和聚羟基脂肪酸酯（PHA）积累；直至本次加入的苯酚完全降解完毕，作为一个苯酚处理和PHA积累的批次。
【技术特征摘要】
1. 一种使用有毒工业污染物苯酚制备聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于具体步骤为：（1）使用城市污水处理厂的剩余活性污泥作为接种物，对该活性污泥经过一定的驯化过程，使其完全适应500mg/L以上的高苯酚浓度，可以将此浓度的苯酚在短时间内完全降解完毕；（2）将上述得到的完全适应高苯酚浓度的混合菌种污泥，放在反应器内培养，每两到三天添加一次苯酚、氮、磷、钙、镁、铁营养物质，进行维持和培养；（3）每次进行PHA生产时，将混合菌种污泥取出一部分进行高速离心分离，沉淀，得到浓缩污泥；（4）将此浓缩污泥与氮、磷、钙、镁、铁营养液混合，并加入一定量的碱性缓冲溶液，以调节反应体系的pH值，形成一个批次的反应混合液；其中，对反应混合液中各营养物质的浓度分别进行调节，形成一定的浓度梯度；调整初始取出的原始浓缩污泥，使此反应混合液具有一定的初始污泥浓度；对此反应混合液进行曝气充氧和搅拌混合，通过调节曝气的强度以改变体系中的溶解氧浓度；（5）然后加入一定量的苯酚，使其具有一定的初始浓度；苯酚加入之后污泥即开始细胞生长和聚羟基脂肪酸酯（PHA）积累；直至本次加入的苯酚完全降解完毕，作为一个苯酚处理和PHA积累的批次。2. 根据权利要求1所述的制备聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于，在上一个批次的苯酚降解结束之后，再次加入一定量的苯酚和氮、磷、磷、钙、镁、铁营养元素，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张轶，阿皮热旦·吾斯曼，万春黎，刘翔，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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