[發明專利]一種合成高羥基戊酸含量聚羥基烷酸酯的方法

有效

• 申請號: 201310184868.7
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103290073A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陳銀廣;李暮;孟凡松;羅景陽;陳紅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C12P7/62
• 分類號: C12P7/62
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種控制污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥的比例并進行混合發酵以產生含一定比例的乙酸和丙酸的發酵液，然后以該發酵液為碳源，利用活性污泥在好氧條件下合成高羥基戊酸（Hydroxyvalerate，HV）含量聚羥基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）的方法。

背景技術

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，短鏈脂肪酸（Short?Chain?Fatty?Acids，SCFAs）可以被微生物用作碳源合成PHA。目前無論是以純菌或活性污泥作為菌種，合成的PHA中主要成分為羥基丁酸（Hydroxybutyrate，HB）。但高HB含量的PHA不但硬而脆，而且熔點較高，熱穩定性差，這就導致在溫度高于其熔點10°C左右的條件下加工時會使PHA分子量嚴重下降，從而限制了材料的應用。通過引入其它單體，如羥基戊酸(HV)，則可降低PHA的熔點和結晶度，提高其熱穩定性、柔韌性和延展性，使材料耐沖擊更易于處理。

以往的研究表明，以乙酸作為主要碳源，再加入丙酸可以促進羥基戊酸（Hydroxyvalerate，HV）單體的產生，從而可以合成一定HV含量的PHA?（例如文獻Environmental?Science?&Technology,?2009,?43,?7734-7741），則可以通過向PHA合成系統中加入丙酸來提高PHA中的HV含量。但是，這將消耗人類的有機資源。眾所周知，隨著全球范圍內污水處理率的提高，每年都會產生數量巨大的初沉污泥和剩余污泥。有研究表明剩余污泥發酵可以通過厭氧發酵產生大量的富含乙酸的短鏈脂肪酸（例如文獻Environmental?Science?&Technology,?2006,?40,?2025-2029），并且該短鏈脂肪酸能夠用于合成高HB含量的PHA（例如發明專利200910051764.2）。如果能利用初沉污泥和剩余污泥的混合物發酵來得到一定乙酸和丙酸比例的發酵液，這對于合成高HV含量的PHA具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以污水處理廠產生的初沉污泥和剩余污泥厭氧發酵的發酵液為碳源，利用活性污泥作為微生物，在好養條件下合成高羥基戊酸（HV）含量聚羥基烷酸酯（PHA）的方法，其中合成的PHA占細胞干重64.8%、PHA中HV的含量為77.3%。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供的一種合成聚羥基烷酸酯的方法，具體步驟如下：

(1)?將初沉污泥和剩余污泥放入發酵罐中，控制初沉污泥和剩余污泥的揮發性懸浮固體（VSS）比例為1/3~3/1，總揮發性懸浮固體（VSS）含量為6~20?g/L，調節pH至7~9，在室溫下攪拌8~10?天進行發酵；

(2)?將上述發酵后的混合物進行泥水分離，收集到的液體即為發酵液；

(3)?將活性污泥置于反應器中，向其中加入步驟(2)中得到的發酵液，控制發酵液與活性污泥的體積比為4:1，在溶解氧濃度為6?mg/L條件下進行曝氣，發酵液投加次數為4次，每次投加發酵液曝氣時間1h，停止曝氣后靜止沉淀，排出與所加入發酵液體積相同的上清液，然后補充加入等體積的發酵液并繼續曝氣，最后一次加入發酵液后10h停止曝氣。

本發明中，控制初沉污泥和剩余污泥的揮發性懸浮固體為3/1。

本發明中，步驟(2)中獲得發酵液中含有乙酸和丙酸，乙酸和丙酸的（COD）比例為0.90/1~1.20/1。

采用上述方案，本方法合成的PHA占細胞干重的64.8%，其中HV占PHA的77.3%。???

本發明的有益效果在于：

(1).具有良好的環境效益。首先，在生產發酵液的同時可以實現初沉和剩余污泥的減量化和穩定化；其次，通過控制兩種污泥的比例，可以獲得含有一定乙酸和丙酸比例的短鏈脂肪酸，為合成高HV含量的PHA提供優質碳源，減少乙酸、丙酸等不可再生資源的消耗；最后，所合成的高HV含量的PHA不僅性能優良，還是可以完全生物降解的材料，可用于替代傳統石化塑料，從而在一定程度上解決傳統塑料所造成的環境污染問題；

(2).具有一定的經濟效益。采用活性污泥合成PHA，無需嚴格控制操作條件，可以節省運行費用，降低PHA的生產成本。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步的說明。

實施例1：

(1).?初沉污泥和剩余污泥厭氧發酵生產生產SCFAs