[發明專利]以剩余污泥發酵液為碳源合成聚羥基脂肪酸酯的方法

有效

• 申請號: 200910051764.2
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101555314A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 陳銀廣;姜亞敏
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08G63/06
• 分類號: C08G63/06
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種以污水處理廠剩余污泥發酵液為碳源，利 用活性污泥在好氧多次進料-排水工藝(Aerobic?Feeding?and?Discharge，AFD)條件下合成聚羥 基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHA)的方法。

背景技術

在由不可降解塑料帶來的環境問題日益嚴重的情況下，PHA作為一種傳統化學合成塑料 的替代品正日益受到廣泛的重視。這不僅是因為其機械性能與傳統塑料相似，而且它可以完 全被生物所降解。PHA是許多微生物細胞內的能量和碳源類儲存物質。目前商業生產的PHA 主要是利用經篩選的微生物或基因工程菌進行純種發酵合成，，與傳統石化高分子材料相比， PHA的生產成本較高，這大大阻礙了PHA商業化的進程。早在20世紀70年代，人們已經 發現活性污泥可以積累PHA(例如，文獻Environmental?Science?&?Technology，1974，8， 576-579)。采用活性污泥合成PHA無需在無菌條件下進行，因而生產成本有望得到降低。

在用微生物合成PHA時，碳源所占的費用是影響PHA生產成本的另一個重要因素。在 過去的研究中，用于PHA合成的碳源主要是乙酸、丙酸、葡萄糖等純物質。為降低碳源成本， 就需要尋找能夠合成PHA的更為廉價的碳源。隨著全世界范圍內污水處理率的提高，每年數 量巨大的剩余污泥被源源不斷地產生。有研究表明剩余污泥通過厭氧發酵可產生大量短鏈脂 肪酸(Short?Chain?Fatty?Acids，SCFAs)、碳水化合物和蛋白質等物質(例如，文獻Environmental Science?&?Technology，2006，40，2025-2029)，其中短鏈脂肪酸是易被微生物利用并合成PHA 的物質，因此，對剩余污泥的發酵液作為PHA合成的碳源的方法進行研究、開發具有積極意 義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以污水處理廠剩余污泥厭氧發酵產生的發酵液為碳源，利用 活性污泥合成聚羥基烷酸(PHA)的方法。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

針對發酵液組分的特點，采用好氧多次進料-排水工藝(Aerobic?Feeding?and?Discharge， AFD)進行PHA的合成，并取得了較高的產量(PHA占細胞干重72.9％)。所謂AFD工藝， 就是將發酵液分為若干次加入反應器中，每次待所加入的發酵液中的SCFAs消耗完畢，停止 曝氣并靜置沉淀，排出與所加入發酵液相同體積的上清液，而后再補加等體積的發酵液，重 新開始曝氣。AFD工藝為活性污泥提供交替出現的外碳源充足和缺乏環境，這種環境有利于 PHA的合成和累積。同時，在兩次補充發酵液的間隙排出上清液又可以保證進料后反應器內 較高的SCFAs濃度，較高的有機負荷有利于PHA的合成(文獻：Journal?of?Chemical?Technology &?Biotechnology，2005，80，1306-1318)。因此，AFD工藝為活性污泥提供了適于合成PHA 的環境，從而得到了較高的產量。

本發明提出的一種以污水處理廠剩余污泥發酵液中的短鏈脂肪酸為碳源，利用活性污泥 在好氧多次進料-排水工藝(Aerobic?Feeding?and?Discharge，AFD)條件下合成PHA的方法， 具體步驟如下：

(1)取污水處理廠產生的剩余污泥放入發酵罐中，調節pH至8-11，在室溫下攪拌6-10 d(天)，將混合物進行泥水分離，收集到的液體即為發酵液。

(2)將活性污泥置于反應器中，向其中加入(1)中得到的發酵液，在好氧條件下曝氣， 待所加入的發酵液中的SCFAs消耗完畢，停止曝氣并靜置沉淀，排出與前述步驟中所加入發 酵液相同體積的上清液，而后補加等體積的發酵液并再次曝氣。重復上述過程若干次，待最 后一次加入的發酵液中的SCFAs消耗完畢，停止曝氣。

(3)通過離心收集積累了PHA的活性污泥，經冷凍干燥后與氯仿混合震蕩，取其上清 液在旋轉蒸發儀中蒸發濃縮，而后，在攪拌條件下加入冷乙醇，所得白色絮狀沉淀即為合成 的PHA。