[發(fā)明專利]一種利用污泥厭氧發(fā)酵液富集PHA合成菌的方法

有效

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• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114410565B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱洪濤;吳林禹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12N1/36
• 分類號: C12N1/36;C12N1/20;C12P7/625
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 張換君

本發(fā)明公開了一種利用污泥厭氧發(fā)酵液富集PHA合成菌的方法，屬于污泥處理及資源化技術(shù)領(lǐng)域；所述方法包括以下步驟：首先將沸石加入污泥厭氧發(fā)酵液中并震蕩，之后靜置、分離，對所得上清液進(jìn)行超濾分離，向所得分離液中加入含有PHA合成菌的活性污泥進(jìn)行PHA合成菌的富集即可；本發(fā)明利用沸石對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，之后進(jìn)行超濾分離，有利于PHA合成菌富集過程中對雜菌的淘汰作用，其次能增強(qiáng)對PHA合成能力強(qiáng)的細(xì)菌的富集作用；沸石與超濾的共同作用使得發(fā)酵液的富集PHA合成菌的富集效果明顯優(yōu)于單獨(dú)沸石處理或單獨(dú)超濾處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污泥處理及資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用污泥厭氧發(fā)酵液富集PHA合成菌的方法。

背景技術(shù)

塑料雖然給我們的生活帶來了很大的便利，但是由于它屬于難降解材料，不及時處理會侵占土地。目前處理塑料垃圾的方法有焚燒、填埋。焚燒雖然可以快速處理塑料，但是這也會排放大量有害氣體，為了凈化這些有害氣體需要耗費(fèi)大量的空氣凈化成本。填埋雖然成本較低，但是也會導(dǎo)致土地資源的浪費(fèi)和對土壤、水源的二次污染。此外塑料合成的重要原料是石油，由于石油資源是有限的，因此在石油資源耗盡之前，我們需要找到合適的替代品。聚羥基脂肪酸酯(PHA)由于可生物降解、使用葡萄糖等可再生資源作為原料等優(yōu)點(diǎn)，是石油基塑料的理想替代品。但是，由于PHA高昂的成本阻礙了其大規(guī)模推廣，成本約是普通塑料的三倍。目前PHA生產(chǎn)的主要工藝是以葡萄糖為碳源，具有PHA合成能力的純菌作為合成媒介在生物合成反應(yīng)器中合成。這種工藝具有兩個弊端：首先葡萄糖不僅帶來了一半的碳源成本，而且大規(guī)模使用葡萄糖合成PHA會造成工業(yè)爭奪農(nóng)業(yè)資源的現(xiàn)象；其次使用純菌生產(chǎn)前需要對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行滅菌，這也帶來了大約五分之一的生產(chǎn)成本。

為了解決上述問題，研究者們提出使用污泥、餐廚垃圾、農(nóng)林廢棄物的厭氧發(fā)酵液中的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)作為替代碳源。這樣既能緩解農(nóng)業(yè)與工業(yè)的矛盾，還能把碳源成本節(jié)省下來。還有一個方向是污水處理廠中的活性污泥和剩余污泥中存在一些能夠合成PHA的細(xì)菌，在適當(dāng)?shù)鸟Z化條件下可以讓這些細(xì)菌在污泥菌群中占優(yōu)勢，從而用于PHA合成。經(jīng)過馴化后的菌群對外來的雜菌有一定的抵抗能力，因此可以避免滅菌帶來的額外成本。雖然污泥厭氧發(fā)酵液可以作為廉價碳源，但是發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)、多糖、氨氮均可能抑制細(xì)菌的馴化以及后續(xù)的PHA合成過程。因此對發(fā)酵液中的VFAs進(jìn)行分離純化十分有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種利用污泥厭氧發(fā)酵液富集PHA合成菌的方法，通過采用沸石對污泥厭氧發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，之后超濾分離實現(xiàn)對污泥厭氧發(fā)酵液中的VFAs的分離純化，使其作為PHA合成工藝中馴化PHA合成菌、合成PHA的碳源，達(dá)到有效富集PHA合成菌，降低PHA生產(chǎn)成本的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種利用污泥厭氧發(fā)酵液富集PHA合成菌的方法，包括以下步驟：首先將沸石加入污泥厭氧發(fā)酵液中并震蕩，之后靜置、分離，對所得上清液進(jìn)行超濾分離，向所得分離液中加入含有PHA合成菌的活性污泥進(jìn)行PHA合成菌的富集。

進(jìn)一步地，所述污泥厭氧發(fā)酵液的制備步驟為：向污泥中加入水，將所得泥水混合物的pH調(diào)至堿性，之后加熱，得到熱堿預(yù)處理的泥水混合物，冷卻至室溫并過篩，得到熱堿預(yù)處理后的污泥；然后向所述熱堿預(yù)處理后的污泥中加入接種污泥，在無氧條件下發(fā)酵，完成后分離即得所述污泥厭氧發(fā)酵液。

進(jìn)一步地，所述污泥與水的質(zhì)量比為1∶(3～5)；所述泥水混合物的pH調(diào)至9～10；所述加熱至80～100℃，時間為0.5～1.5h。

進(jìn)一步地，所述熱堿預(yù)處理后的污泥與接種污泥的體積比為(8～10)∶1；所述接種污泥為厭氧污泥；所述發(fā)酵溫度為25～30℃，發(fā)酵時間為5～7天；所述分離采用離心方式，轉(zhuǎn)速為10000r/min。

進(jìn)一步地，所述沸石與所述污泥厭氧發(fā)酵液的質(zhì)量體積比為(1～20)g∶200mL。