CN110951795B - 一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法 - Google Patents

一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，属于生物可降解塑料合成和废物资源回收技术领域，方法为：将阿奇霉素加入发生污泥膨胀的PHA合成菌富集反应器中，检测反应器污泥沉降比SV30，计算污泥容积指数SVI；如SV30低于60％，SVI低于150，且持续时间超过一个SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行；如膨胀未明显改善，可继续投加阿奇霉素，直至各项指标达到要求，恢复正常运行。本发明可以在短时间内快速恢复由于胞外聚合物(EPS)膨胀导致的驯化反应器失稳甚至严重的污泥流失及时防止工艺失稳所带来的生物量和PHA产率降低，减少运行损失。

Description

一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的 方法
技术领域
本发明属于生物可降解塑料合成和废物资源回收技术领域，具体涉及一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法。
背景技术
传统工业化和现代化途径催生了以石化塑料为代表的高分子材料，尽管其大规模应用给人类社会带来了巨大便利，随之也带来了对自然环境的严重破坏。常年累月人类生产使用的难以生物降解的传统塑料制品正在严重威胁海洋生态环境和土壤生态环境。近年来，日益受到人们关注的海洋塑料污染和微塑料污染表明传统石化塑料带来的污染不仅会危害动植物，更会影响人类的身体健康。同时，石化资源作为一种不可再生资源，其过度开发必然导致能源枯竭。基于以上问题，聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoate，PHA)作为一种性能良好的生物塑料应运而生，其具有与传统石化塑料相似的理化性能，并且可由生物内源合成，因而易被微生物降解，能够从源头替代传统塑料。目前，混合菌群(MixedMicrobial Cultures，MMCs)生产PHA工艺由于其完全开放式的工艺过程，无需底物灭菌和严格的控菌措施以及可以利用废弃物等特点正被越来越多地研究与应用，但工艺的稳定性不高是阻碍其工业应用的重要因素之一。由于混合菌群合成PHA工艺是开放体系，外界环境因子如温度、溶解氧、碳氮比的突然剧烈波动便易引起系统的失稳，处理不当易造成污泥严重流失而导致整段工艺的崩溃，其中PHA合成菌富集段最易受到影响且程度最大。传统的恢复技术和理论多建立在活性污泥法基础上，通过调节工艺参数和优化环境因子的方法调整周期长、操作性差且投入成本较大。因此，寻找一种快速恢复工艺稳定性的方法能够很好地解决此类问题，有效提高工艺的稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决混合菌群生产PHA工艺稳定性较差，且PHA合成菌富集段最易受到影响且程度最大的问题，提供一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，该方法基于传统PHA合成菌富集反应器，可以在1-2个SRT内快速抑制由于污泥膨胀引起的污泥流失，提升污泥沉降性能，除此之外该方法可不改变其他处于合理范围内的运行参数，降低工艺调整成本，同时在恢复阶段仍能保持PHA生产能力。
本发明利用阿奇霉素快速恢复失稳的聚羟基烷酸酯混合菌群生产工艺，低成本且快速抑制污泥膨胀引起的污泥流失并在恢复阶段仍能保持PHA生产，降低系统失稳所造成的损失。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：
一、将阿奇霉素投加到因污泥膨胀产生污泥流失的混合菌群合成PHA的富集反应器中，富集反应器处于有机负荷0.8～4kg COD/m3/d运行；
二、检测富集反应器污泥沉降比SV30，计算污泥容积指数SVI；
三、如果出现以下两种情况中的任何一种：(1)SV30高于60％，(2)SVI大于150，则重复以上步骤一、二，并按步骤三中的方法进行判定；
如果SV30不高于60％，SVI不大于150，且以上参数范围持续时间超过一个污泥停留时间SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明可以在较短时间内(1-2个SRT)快速恢复由于胞外聚合物(EPS)膨胀导致的驯化反应器失稳甚至严重的污泥流失，及时防止工艺失稳所带来的生物量和PHA产率降低，减少运行损失。本发明皆是基于传统PHA混合菌群驯化工艺，不需调整原有工艺参数，并在恢复过程中仍可保持PHA生产，最大程度上降低对原有生产线的影响。
附图说明
图1为本发明的PHA菌驯化恢复流程示意图；
图2为本发明的运行效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，所述方法如图1所示，包括以下步骤：
一、将阿奇霉素投加到因污泥膨胀产生污泥流失的混合菌群合成PHA的富集反应器中，富集反应器处于有机负荷0.8～4kg COD/m3/d运行，其余运行参数处在传统PHA混合菌群富集反应器的适宜参数范围内；
二、检测富集反应器污泥沉降比SV30，计算污泥容积指数SVI并进行污泥镜检(镜检的目的是为了观察污泥形态)；
三、如果出现以下两种情况中的任何一种：(1)SV30高于60％，(2)SVI大于150，则重复以上步骤一、二，并按步骤三中的方法进行判定；
如果SV30不高于60％，SVI不大于150，且以上参数范围持续时间超过一个污泥停留时间SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述阿奇霉素的投加量为：终浓度1～10mg/L。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述阿奇霉素的投加量为：终浓度5mg/L。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述富集反应器处于15～25℃条件下，持续曝气或机械搅拌。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述富集反应器的运行周期为6～24h。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述富集反应器的污泥停留时间SRT为5～15d。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤一中，所述富集反应器的底物碳源为小分子有机酸、乙醇、葡萄糖或甘油中的一种或多种。
具体实施方式八：具体实施方式七所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，所述小分子有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸或异戊酸中的一种或多种。
具体实施方式九：具体实施方式一所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤三中，所述污泥停留时间为1.5个SRT。
实施例1：
一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，步骤如下：
一、将1～5mg/L的阿奇霉素投加到因胞外聚合物(EPS)膨胀产生污泥流失的PHA混合菌群驯化SBR反应器中，SBR反应器的容积负荷为1000～2000mg COD/L/d，底物碳源为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸的组合，SRT为10d，HRT为1d，运行周期为12h；所述SBR反应器位于20-25℃温度下，持续曝气或机械搅拌，提供充分的溶解氧；所述的底物除碳源外，还有氮源、磷源以及其他营养元素和微量元素；驯化底物使用为富含挥发酸的实际底物，如污泥产酸废水、餐厨垃圾产酸液等。
二、从SBR反应器中取100mL周期末端的混合液，每两日观测反应器污泥沉降比SV30和混合液悬浮固体浓度MLSS，计算污泥容积指数SVI；
三、如SV30不高于60％，SVI不大于150，且持续时间超过一个污泥停留时间SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行；如膨胀未明显改善，包括SV30高于60％、SVI大于150单种或多种情况的持续，重复步骤一和二，直至各项指标达标，恢复无阿奇霉素正常运行。
本实施方式需满足以下条件：从投加药物到各项指标达标，恢复到无阿奇霉素投加可以正常运行的过程中，每1L进的水中含有浓度为25mg/L的MgSO4溶液、浓度为10mgL的CaCl2溶液和浓度为20mg/L的EDTA溶液；每1L进的水中含有1mL的微量元素母液，其中含有0.3mg/L的H3BO3、0.3mg/L的CoCl2、0.06mg/L的CuSO4、3mg/L的FeCl3·6H2O、0.24mg/L的ZnSO4·7H2O、0.24mg/L的MnCl2·H2O和0.12mg/L的Na2MoO4·2H2O。
本实施例提出的利用阿奇霉素恢复由污泥膨胀产生的系统失稳策略具有高效快速的特点，能够在1～2个SRT内显著降低驯化反应器内菌群的SV30和SVI值，有效提升反应器内生物量浓度，防止污泥严重流失。同时恢复过程不需调整其他工艺参数，在恢复期间仍能保持工艺生产能力，降低损失。恢复过程简单易行，成本低廉，适宜于工业运用。
实施例2：
本实施例与实施例1不同的是：步骤一中，所用的实现PHA合成菌筛选富集的反应器形式为其他序批运行的反应器，如CASS、CAST等。
实施例3：
一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，具体步骤如下：
一、将阿奇霉素以1mg/L的终浓度投加到因EPS膨胀产生污泥流失的混合菌群合成PHA驯化SBR反应器中，SBR反应器的容积负荷为1000～2000mg COD/L/d，采用模拟餐厨垃圾发酵液，底物碳源包括乙酸(20％)、丙酸(10％)、丁酸(60％)、戊酸(5％)的组合(摩尔百分比)，SRT为10d，HRT为1d，运行周期为12h；所述SBR反应器位于20-25℃温度下；所述的底物除碳源外，还有氮源、磷源以及其他营养元素和微量元素；
二、从SBR反应器中取100mL周期末端的混合液，每两日观测反应器污泥沉降比SV30和混合液悬浮固体浓度MLSS，计算污泥容积指数SVI；
三、如SV30不高于60％，SVI不大于150，且持续时间超过一个污泥停留时间SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行；发现膨胀未明显改善，包括SV30高于60％、SVI大于150、单种或多种情况的持续，重复以上步骤，直至各项指标达标，恢复无阿奇霉素的正常运行。
本实施方式需满足以下条件：恢复过程中每1L进的水中含有浓度为25mg/L的MgSO4溶液、浓度为10mg/L的CaCl2溶液和浓度为20mg/L的EDTA溶液；每1L进的水中含有1mL的微量元素母液，其中含有0.3mg/L的H3BO3、浓度为0.3mg/L的CoCl2、浓度为0.06mg/L的CuSO4、浓度为3mg/L的FeCl3·6H2O、浓度为0.24mg/L的ZnSO4·7H2O、浓度为0.24mg/L的MnCl2·H2O和浓度为0.12mg/L的Na2MoO4·2H2O。
本实施例提出的利用阿奇霉素恢复由胞外聚合物(EPS)膨胀产生的系统失稳策略具有高效快速的特点，能够在1个SRT内显著降低驯化反应器内菌群的SV30和SVI值，分别可降至45％和68mL/g，有效提升反应器内生物量浓度，防止污泥严重流失，运行效果如图2，反映阿奇霉素投加后恢复过程的SV30、SVI变化。同时恢复过程不需调整其他工艺参数如运行周期、SRT、HRT等，在恢复期间仍能保持工艺生产能力，降低损失。恢复过程简单易行，成本低廉，适宜于工业运用。

Claims (7)

1.一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
一、将阿奇霉素投加到因EPS膨胀产生污泥流失的混合菌群合成聚羟基烷酸酯PHA的富集反应器中，富集反应器处于有机负荷0.8～4kg COD/m3/d运行；所述阿奇霉素的投加量为：终浓度1～10mg/L；所述富集反应器的污泥停留时间SRT为5～15d；
二、检测富集反应器污泥沉降比SV30，计算污泥容积指数SVI；
三、如果出现以下两种情况中的任何一种：(1)SV30高于60％，(2)SVI大于150，则重复以上步骤一、二，并按步骤三中的方法进行判定；
如果SV30不高于60％，SVI不大于150，且以上参数范围持续时间超过一个污泥停留时间SRT，即可恢复无阿奇霉素正常运行。
2.根据权利要求1所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，所述阿奇霉素的投加量为：终浓度5mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，所述富集反应器处于15～25℃条件下，持续曝气或机械搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，所述富集反应器的运行周期为6～24h。
5.根据权利要求1所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，所述富集反应器的底物碳源为小分子有机酸、乙醇、葡萄糖或甘油中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：所述小分子有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸或异戊酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种利用阿奇霉素调控混合菌群聚羟基烷酸酯合成稳定性的方法，其特征在于：步骤三中，所述污泥停留时间为1.5个SRT。
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