一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法技术

本发明专利技术提供了一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其包括：将活性污泥投入序批式反应器内，设置每个反应周期为12h，进水，运行反应器，投入碳源及生物代谢营养物质，并加入硫脲以抑制反应器内的硝化过程，使反应器处于持续的好氧曝气状态；监控反应器内溶解氧浓度，当溶解氧浓度突变为上一次监测结果的2倍以上后，投加氮源，使得反应器内溶液中C/N比为100:3~100:6；待周期反应时间结束时排出部分泥水混合物，然后补加碳源及生物代谢营养物质，进入下一反应周期。本发明专利技术技术方案采用“强化合成代谢

【技术实现步骤摘要】
一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法


[0001]本专利技术属于污泥资源化及废物资源回收领域，尤其涉及一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法。

技术介绍

[0002]活性污泥处置与利用和废物资源再回收是实现污水处理领域闭圈碳循环的重要一环，是实现碳中和的重要途径。活性污泥中含有大量适应性较强的好氧微生物，这些微生物可以以多种废弃物为碳源进行细胞生长繁殖有关的代谢活动，其中部分菌群在代谢过程中具有产生聚羟基脂肪酸酯的能力。聚羟基脂肪酸酯是一种具有较好物化性质的生物聚脂，具有较好的生物相容性，可生物降解性能及其他性能，作为可替代传统石油基塑料的生物制品获得广泛关注，以活性污泥为基质结合废物为碳源底物进行生产省略了纯菌生产昂贵的灭菌过程，且节约了碳源底物的成本，是一种高价值的生产方法。
[0003]传统采用三段式反应进行PHA生产，涉及三个过程：底物发酵过程、产PHA菌群富集过程、PHA批次反应合成。设备涉及厌氧发酵、好氧序批式反应器及好养批次补料发酵反应器。其中核心的是产PHA菌群富集过程，该过程基于交替的“饱食
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饥饿”模式运行，在饱食阶段微生物实现细胞增长并利用一部分碳源进行PHA生产，在碳源底物消耗完毕后进入饥饿阶段，该阶段中不具备产PHA能力的菌群因缺乏营养长期饥饿而失去竞争能力并逐渐被淘汰，使得反应器内菌群结构发生变化，具备产PHA能力的菌群逐渐成为优势菌种。当富集到一定丰度后，使用富集反应器产出的菌泥为基质进行PHA的批次合成生产。在批次合成反应器中，通过分批多次投加碳源使得反应器内微生物代谢过程持续维持在积累代谢方向上以生产PHA。但是整个运行过程需要使用三套独立装置运行，设备及运行成本较高，其中成本最高的是富集反应器。另外，传统的ADF工艺富集过程相对较为缓慢，达到稳定运行时间过长，且对底物浓度有特殊要求，无法直接使用高浓度底物，需要对高浓度碳源底物进行稀释，水资源和底物浪费现象较为严重。基于此有人开发了单一反应器中两步法合成的方法，但是由于条件不完善，不利于提高生物质含量，导致产量提升困难。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术公开了一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，采用一体化设备，基于C/N非耦合过程，加快富集产PHA菌群过程，解决了现有技术中富集过程时间较长，且难以提高生物质产量的问题。
[0005]对此，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其包括：
[0007]将活性污泥投入序批式反应器内，设置每个反应周期为12h，进水，运行反应器，投入碳源及生物代谢营养物质，并加入硫脲以抑制反应器内的硝化过程，使反应器处于持续的好氧曝气状态；
[0008]监控反应器内溶解氧浓度，当溶解氧浓度变为上一次监测结果的2倍以上后，投加
氮源，使得反应器内溶液中C/N比为100:3～100:6；待周期反应时间结束时排出部分泥水混合物，然后补加碳源及生物代谢营养物质，进入下一反应周期。
[0009]采用此技术方案，在单一反应周期内分为两个阶段，第一阶段为代谢物积累期，第二阶段为微生物增殖期。代谢物积累期初始投入足量碳源及生物代谢必须的营养物质，加入硫脲以抑制反应器内的硝化过程，反应器处于持续的好氧曝气状态，使得微生物持续获取碳源并转化为PHA等储能物质。当溶解氧浓度产生突越时，标志反应器进入第二个阶段，也就是微生物增殖期，微生物增殖期初始时向反应器内补加氮源。待周期反应时间结束时排出部分泥水混合物，然后补加足量碳源及营养元素进入下一反应周期。这样运行可以将微生物积累PHA与微生物生长两过程剥离开，使之彼此独立并构成连续过程，在代谢物积累期内微生物积累PHA，然后在第二阶段底物消耗净后利用内源物质复制增值，可以有效的提高产PHA菌群的富集速度。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，投入1L COD浓度为4000mg/L的碳源。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述碳源底物为不含或者含氮量较少的高COD浓度底物；进一步的，所述碳源底物的COD：氨氮>100：0.5。
[0012]进一步的，所述碳源的底物为糖蜜废水、粗甘油或乳酪废水。采用此技术方案，可以实现糖蜜废水的高效利用，节省了厌氧发酵工艺装置。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述生物代谢营养物质包括含Ca离子、Mg离子、Zn离子的物质。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，投加氮源，使反应器内溶液中C/N比为100:6。采用此技术方案，PHA菌群的富集速度高，相同时间内，可以提高生物质产量。进一步的，待每个反应周期结束时，排出总体积一半的泥水混合物。采用此技术方案，可以提高反应器内菌群浓度，提高单位体积产率。如此连续的运行可在短时间内富集出大量产PHA菌群，并提高菌群产量。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，投加氮源，使反应器内溶液中C/N比为100:3，每个反应周期结束时，排出总体积1/4的泥水混合物。采用此技术方案，可以控制活性污泥停留时间为3天左右，增加反应器内活性污泥含量，通过调整C/N比为3，提高了生物质产量，控制SRT为1天。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述氮源包括磷酸二氢钾或NH4Cl。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，进水后，启动曝气泵工作，调节曝气量使反应器溶液的最低溶解氧为2mg/L以上，反应器处于持续的好氧曝气状态，使得微生物持续获取碳源并转化为PHA等储能物质。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]第一，本专利技术的技术方案，采用“强化合成代谢
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生长代谢”交替的运行工艺方法，使得反应器相比于传统工艺在相同时间及碳源等条件下，PHA的合成能力提高了2倍，富集稳定效果更好。针对SRT的改良，使得在C/N非耦合工艺中相同C/N比等其他条件下，反应器内活性污泥生物质产量提高了4倍。另外，采用合适的C/N比，使得在C/N非耦合工艺中相同SRT等其他条件下，反应器内活性污泥含量提高了50％，而最大PHA含量提高了一倍，综合单位体积产率提高了50％。
[0020]第二，采用本专利技术的技术方案，使用的碳源可以是缺铵根或者是不含有铵根离子
的有机碳源，可以实现废弃物的高效资源回收。同时也可以应用于工业等废水处理中，且装置启动所需大量的活性污泥为污水厂污泥处置提供了一个有效的途径。
[0021]第三，本专利技术技术方案可以使用糖蜜废水作为碳源底物，在适应期过后可以实现糖蜜废水的高效利用，节省了厌氧发酵工艺装置，实现了装置成本的又一次削减。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例的所采用的反应装置的结构示意图。
[0023]图2是本专利技术实施例的运行30天后ADF工艺与本工艺最大合成能力对比。
具体实施方式
[0024]下面对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0025]一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其特征在于，其包括：将活性污泥投入序批式反应器内，设置每个反应周期为12h，进水，运行反应器，投入碳源及生物代谢营养物质，并加入硫脲以抑制反应器内的硝化过程，使反应器处于持续的好氧曝气状态；监控反应器内溶解氧浓度，当溶解氧浓度突变为上一次监测结果的2倍以上后，投加氮源，使得反应器内溶液中C/N比为100:3~100:6；待周期反应时间结束时排出部分泥水混合物，然后补加碳源及生物代谢营养物质，进入下一反应周期。2.根据权利要求1所述的从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其特征在于，所述碳源的底物为糖蜜废水、粗甘油或乳酪废水。3.根据权利要求1所述的从活性污泥中高效富集产PHA菌群的方法，其特征在于，所述生物代谢营养物质包括含Ca离子、Mg离子、Zn离子的物质。4.根据权利要求1所述的从活性污...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯骁驰，衣凤聪，石弘弢，徐玉洁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：