[发明专利]一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法及系统

说明书

一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法及系统，该方法通过采用模拟发酵液进行产PHA颗粒污泥预培养后采用有机废物发酵液进行加速产PHA颗粒污泥培养，在实现有机废物处理的同时通过将PHA菌种富集与颗粒污泥培养进行耦合培养出产PHA颗粒污泥，具有成本低、操作简单等优势；该方法大大缩短了利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的时间，所得污泥结构紧实、污泥颗粒0.5mm，PHA产量可高达65％，实现了有机废物的快速、高价值资源化利用；该方法通过预培养使产PHA菌占据优势地位，通过长期培养阶段在产PHA菌占据优势地位的情况下使其逐渐形成颗粒污泥，长期培养阶段由于产PHA菌能保持优势地位，实现了反应器的长期稳定运行。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及固废资源化利用，特别涉及一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法及系统。

背景技术

传统塑料的大量使用及其难降解材料的积累造成了环境质量的下降，由于其产量大、分布广泛和不可生物降解的特性，被认为是对环境产生重大影响的新兴污染物。为避免塑料污染的进一步扩大，宜采用低碳塑料替代传统塑料。

聚羟基脂肪酸酯(PHA)由于具有完全可生物降解性和较高的产量，是低碳塑料中最具应用前景的传统塑料替代品。但现有PHA生产工艺主要是以纯菌、纯底物的形式，需要灭菌且底物成本高。较高的生产成本阻碍了其大规模商业化应用。目前，对于PHA生产工艺的优化研究主要采用混菌、混底物的方法。混菌主要指通过不断筛选富集形成的以产PHA菌为主要菌种的絮状污泥；混底物一般指的是模拟废水或一些富含有机物的废水或废物厌氧产酸发酵后的产物。有研究者发现，絮状污泥的形式合成PHA可以在一定程度上减少工艺成本，但使用絮状污泥实现PHA的稳定生产，具有培养周期较长(通常为1年左右)、容积负荷有限、适合使用的废水、废物种类有限，且PHA合成产率普遍不高的不足。颗粒污泥由于自身沉降性能好、结构紧实、能抵抗有毒物质等特点可以很好的克服这些缺陷。

陈志强等利用一种污泥合成生物可降解塑料的方法利用颗粒污泥合成生物塑料，通过底物的丰盈与缺乏来筛选菌群的PHA合成功能，利用选择性排泥的方法，筛选菌群的沉淀性能，从而培养出具有合成生物塑料能力的颗粒污泥，利用颗粒污泥合成生物塑料。但是，这种方法在使用乙酸为碳源时效果较好，但在使用具有复杂组分的有机废水、废物或其发酵液时具有培养周期长的缺陷。如，Gobi等以棕榈油厂废水为底物，采用陈志强等的方法培养产PHA颗粒污泥，并进一步缩短沉淀时间和排水时间至1.5分钟和8.5分钟，周期时间为6h。在培养450天后，获得了PHA产量为68.33％的颗粒污泥。虽说培养出了具有生产生物塑料能力的颗粒污泥，但培养时间过长，成本高，无法进行大规模商业化应用。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法及系统，所述方法在实现有机废物处理的同时通过将PHA菌种富集与颗粒污泥培养进行耦合培养出产PHA颗粒污泥，在实现颗粒污泥PHA高产量的同时，大大缩短了利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的时间，实现了有机废物快速、高价值资源化利用的同时实现了产PHA颗粒污泥的快速、稳定培养。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法，包括：

步骤1：向反应器中接种二沉池污泥，进行产PHA颗粒污泥预培养，所述预培养包括多个培养周期，预培养的总时间为1～30天，污泥停留时间为1～10天，每个培养周期时长为6～24h，每个培养周期的具体操作包括：

1-1：在厌氧条件下向所述反应器中加入模拟发酵液1，进行曝气，在反应器内溶解氧突增后加入模拟发酵液3直至反应器内溶解氧不再降低时停止曝气，然后沉淀、出水，所述模拟发酵液1为含有碳源的水溶液但不包含微生物可利用的氮源，所述模拟发酵液3为碳源的水溶液，且碳源浓度为模拟发酵液1碳源浓度的50～200倍；