CN112961766B - 有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及厌氧发酵及生物合成技术领域，提供了一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法，包括有机废物储液罐、厌氧发酵产酸反应器、固液分离装置、PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐。本发明通过设置厌氧发酵产酸、PHA菌群富集、PHA合成与提取、回流四个反应阶段，实现了有机废物的高值化利用，并且通过将PHA合成废水和PHA菌渣进行回流，提高了有机废物资源化利用率，能显著降低废水和废物排放，生物合成的PHA可代替传统石油基塑料，具有广阔的应用前景和经济价值。

Description

有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及厌氧发酵及生物合成技术领域，尤其涉及一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法。
背景技术
随着近年来经济的快速发展，固体废物的利用已引起越来越多的关注。中国每年产生约2.32×108吨城市垃圾，其中，大约有7.63×107吨的固体废物被直接送往垃圾填埋场，有机废物具有易生物降解及易腐败变质等特点，因此，填埋有机废物仍含有潜在环境风险。
聚羟基脂肪酸酯，简称PHA，是由很多细菌合成的一种胞内聚酯，作为一种微生物合成塑料，具有传统化学合成塑料的特性和生物可降解性，PHA作为环境友好型材料而被人们广泛关注。但是通过纯培养获得PHA成本很高，并且目前利用有机废物合成PHA的产率和有机废物的利用率低，无法实现有机废物生物转换PHA的规模化和产业化。
发明内容
本发明提供一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法，充分利用合成过程的中间产物，有效提高了有机废物合成PHA的产率和有机废物的利用率，可以实现有机废物生产PHA的规模化和产业化。
本发明提供一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，包括有机废物储液罐、厌氧发酵产酸反应器、固液分离装置、PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐；所述有机废物储液罐的出口通过所述厌氧发酵产酸反应器与所述固液分离装置的进口连通，所述固液分离装置的出口分别与所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐和所述回流罐的进口连通；所述PHA菌群富集罐底部的出口与所述PHA菌群扩大生长罐的进口连通，所述PHA菌群扩大生长罐底部的出口与所述PHA合成罐的进口连通，所述PHA合成罐上部的出口与所述回流罐的进口连通，所述回流罐底部的出口与所述PHA菌群扩大生长罐的进口连通；所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐底部的出口均与所述有机废物储液罐的进口连通。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，所述有机废物储液罐通过过滤装置与所述厌氧发酵产酸反应器连通。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，所述固液分离装置为反冲洗陶瓷膜分离装置。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，所述厌氧发酵产酸反应器、所述固液分离装置、所述PHA菌群富集罐和所述回流罐的进口均设有计量泵。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐和所述回流罐均连接有曝气装置。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，所述有机废物储液罐设有加热装置、第一温度传感器和第一搅拌装置，所述厌氧发酵产酸反应器设有第一pH传感器、第二温度传感器和第二搅拌装置，所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐及所述PHA合成罐均设有溶氧传感器、第二pH传感器和第三搅拌装置。
本发明还提供一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将有机废物储液罐内的有机废物送入厌氧发酵产酸反应器厌氧发酵，以得到含有挥发性脂肪酸的发酵液；
步骤(2)、将发酵液送入固液分离装置分离纯化，以得到富含挥发性脂肪酸的清液；
步骤(3)、将清液分别送入PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐；
步骤(4)、将清液经PHA菌群富集罐筛选和富集培养后生物沉降产生的底泥送入PHA菌群扩大生长罐，以与PHA菌群扩大生长罐内的清液混合二次富集培养；
步骤(5)、将PHA菌群扩大生长罐内生物沉淀的底泥送入PHA合成罐，以与PHA合成罐内的清液进行PHA合成；
步骤(6)、将PHA合成罐内的合成废水回流至回流罐内，以与回流罐内的清液混合进行PHA合成菌群培养；
步骤(7)、将回流罐内培养的PHA合成菌群送入PHA菌群扩大生长罐进行富集培养；
步骤(8)、将PHA菌群扩大生长罐内富集培养的PHA合成菌送入PHA合成罐；
步骤(9)、将PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐及PHA合成罐内的剩余菌渣回流至有机废物储液罐中。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，所述步骤(1)具体包括以下步骤：
将有机废物储液罐内的有机废物加热至预设温度后送入厌氧发酵产酸反应器；
调节厌氧发酵产酸反应器内的PH值，以使pH值保持在6.5±0.05的范围；
按照搅拌速度为150rpm、发酵有机负荷为48kg tVS/m3·d、水力停留时间为7d，对厌氧发酵产酸反应器内的有机废物进行搅拌发酵。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，所述步骤(4)中，PHA菌群富集罐内产生1±0.1g VSS/L的PHA合成菌群，PHA菌群扩大生长罐内产生4±0.5g VSS/L的PHA合成菌群。
根据本发明提供的一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，PHA合成时，基于在线溶解氧的反馈采用供需平衡的补料方式使PHA合成菌群的PHA积累率最大化。
本发明提供的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法，通过设置PHA菌群富集罐和PHA菌群扩大生长罐，可以得到大量的PHA合成菌群，将固液分离装置分别与厌氧发酵产酸反应器、PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐及回流罐相连，经厌氧发酵和分离纯化得到的挥发性脂肪酸作为碳源，用于PHA的富集、扩大生长和合成反应，实现有机废物的高值化利用；通过将回流罐分别与固液分离装置、PHA合成罐及PHA菌群扩大生长罐相连，利用合成废水回流培养PHA合成菌群，进一步提高PHA合成菌群生物量；通过将PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐和PHA合成罐分别与有机废物储液罐相连，将罐内的PHA菌渣回流至有机废物储液罐内作为后续厌氧发酵的底物进一步生产挥发性脂肪酸，提高了挥发性脂肪酸的含量，进而提高了PHA合成产率。并且，本发明通过上述设置，有效提高了有机废物的资源化利用率，能显著降低废水和废物排放。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的结构示意图；
图2是本发明提供的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的合成反应实验数据图；
附图标记：
1：有机废物储液罐； 2：厌氧发酵产酸反应器； 3：固液分离装置；
4：PHA菌群富集罐； 5：PHA菌群扩大生长罐； 6：回流罐；
7：PHA合成罐； 8：泵； 9：流量计；
10：曝气装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1描述本发明的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统。
如图1所示，本发明提供的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统，主要包括：有机废物储液罐1、厌氧发酵产酸反应器2、固液分离装置3、PHA菌群富集罐4、PHA菌群扩大生长罐5、PHA合成罐7及回流罐6。
其中，有机废物储液罐1，主要用于存储有机废物，有机废物储液罐1内设有加热装置和第一温度传感器，加热装置用于将有机废物加热至设定温度并通过第一温度传感器进行监控，同时，有机废物储液罐1内还设有第一搅拌装置，用于将有机废物搅拌均匀，便于后续厌氧发酵。
厌氧发酵产酸反应器2的进口与有机废物储液罐1的出口连通，有机废物在厌氧发酵产酸反应器2中进行厌氧发酵，得到含有挥发性脂肪酸的发酵液，为后续PHA菌群富集罐4、PHA菌群扩大生长罐5、回流罐6及PHA合成罐7提供挥发性脂肪酸作为碳源，其中，为了便于后续描述，将挥发性脂肪酸统一简称为VFA。
根据本发明的实施例，厌氧发酵产酸反应器2内设有用于监测厌氧发酵pH值的第一pH传感器、用于监测厌氧发酵温度的第二温度温度传感器和用于将有机废物进一步搅拌的第二搅拌装置，以提高厌氧发酵的效率。
固液分离装置3的进口与厌氧发酵产酸反应器2的出口连通，用于将发酵液分离纯化，得到富含VFA的清液。
根据本发明的实施例，固液分离装置3的具体类型不受限制，只要可以起到固液分离的作用即可，本发明优选为反冲洗陶瓷膜分离装置。
PHA菌群富集罐4的进口与固液分离装置3的出口连通，将分离纯化后富含VFA的清液送入PHA菌群富集罐4与罐内的活性污泥混合，进行筛选和富集培养，驯化得到合适的PHA合成菌群，PHA合成菌群生物沉降后形成底泥。
根据本发明的实施例，PHA菌群富集罐4内设有用于监测溶氧量的溶氧传感器、用于监测pH值的第二pH传感器和用于搅拌的第三搅拌装置，以提高富集效率。
PHA菌群扩大生长罐5的进口分别与固液分离装置3的出口和PHA菌群富集罐4底部的出口连通，PHA菌群富集罐4内的PHA合成菌群生物沉降后的底泥通入PHA菌群扩大生长罐5内，与此同时固液分离装置3分离纯化后富含VFA的清液也通入PHA菌群扩大生长罐5，二者在PHA菌群扩大生长罐5内混合并进行二次富集培养，快速生长繁殖，得到大量的PHA合成菌群。
根据本发明的实施例，PHA菌群扩大生长罐5内设有用于监测溶氧量的溶氧传感器、用于监测pH值的第二pH传感器和用于搅拌的第三搅拌装置，以提高生长繁殖效率。
PHA合成罐7的进口分别与固液分离装置3的出口和PHA菌群扩大生长罐5底部的出口连通，PHA菌群扩大生长罐5内大量PHA合成菌群生物沉降后形成的大量底泥通入PHA合成罐7内，与此同时，固液分离装置3分离纯化后富含VFA的清液也通入PHA合成罐7内，二者在PHA合成罐7内混合并进行PHA的生物合成。
根据本发明的实施例，PHA合成罐7内设有用于监测溶氧量的溶氧传感器、用于监测pH值的第二pH传感器和用于搅拌的第三搅拌装置，提高生物合成的效率。
同时，PHA菌群富集罐4底部的出口、PHA菌群扩大生长罐5底部的出口和PHA合成罐7底部的出口分别与有机废物储液罐1的进口连通，将各个罐内的剩余PHA菌渣回流至有机废物储液罐1内作为后续厌氧发酵产酸的底物进一步生产VFA，提高VFA的含量，进而提高了PHA合成产率。
继续参照图1所示，回流罐6的进口分别与固液分离装置3的出口和PHA合成罐7上部的出口连通，且回流罐6底部的出口与PHA菌群扩大生长罐5的进口连通，利用PHA合成罐7内的合成废水回流至回流罐6内，同时向回流罐6内通入富含VFA的清液混合，进行培养PHA合成菌群，然后将培养得到的PHA合成菌群通入PHA菌群扩大生长罐5内进一步快速大量富集培养，然后通入PHA合成罐7内参与PHA合成反应，提高了PHA合成菌群生物量，从而提高了PHA合成产率。
本发明该实施例，通过设置厌氧发酵产酸、PHA菌群富集、PHA合成与提取、回流四个反应阶段，实现了有机废物的高值化利用，并且通过将PHA合成废水和PHA菌渣进行回流，提高了有机废物资源化利用率，能显著降低废水和废物排放，生物合成的PHA可代替传统石油基塑料，具有广阔的应用前景和经济价值。
进一步的，有机废物储液罐1通过过滤装置与厌氧发酵产酸反应器2连通，用于过滤掉有机废物的大颗粒物。
并且，厌氧发酵产酸反应器2、固液分离装置3、PHA菌群富集罐4和回流罐6的进口均设有计量泵，计量泵可以为整体的计量泵设备，也可以包括相连的泵8和流量计9，用于分别使罐内的底物流通及监测流量。
此外，PHA菌群富集罐4、PHA菌群扩大生长罐5、PHA合成罐7和回流罐6均连接有曝气装置10，曝气装置10的具体种类不受限制，只要可以向上述罐内曝气即可，例如可以是鼓风机曝气、表面曝气、潜水射流曝气和沉水式曝气等类型。
基于上述实施例，本发明还包括控制系统，优选为PLC控制系统，根据前述的第一温度传感器、第二温度传感器、第一pH传感器、第二pH传感器和溶氧传感器，分别对相应装置的温度(50±0.5℃)、pH(6.5±0.05)和溶氧量(不低于3mg/L)进行调节。
下面对本发明提供的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法进行描述，下文描述的使用方法与上文描述的反应系统可相互对应参照。
本发明有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，主要包括以下步骤。
步骤(1)、将有机废物储液罐1内的有机废物送入厌氧发酵产酸反应器2厌氧发酵，以得到含有VFA的发酵液。
其中，有机废物储液罐1内的有机废物加热至设定温度后通过过滤装置过滤后再送入厌氧发酵产酸反应器2，在厌氧发酵产酸反应器2中对pH进行调整并打开第二搅拌装置机械搅拌，具体的，该步骤(1)中，厌氧发酵的条件主要包括：机械搅拌的速度为150rpm，发酵温度为50±0.5℃、pH值通过酸碱液自动补充稳定维持在6.5±0.05；发酵有机负荷为48kg tVS/m3·d，水力停留时间为7d。
作为进一步的改进，有机废物储液罐1内还设有液位传感器，有机废物储液罐1根据液位传感器的信号，控制有机废物储液罐1的出料量和厌氧发酵产酸反应器2的进料量。
步骤(2)、将发酵液送入固液分离装置3分离纯化，以得到富含VFA的清液。
具体的，固液分离装置3可采用反冲洗陶瓷膜分离装置，反冲洗陶瓷膜分离装置的材料为α-Al2O3,平均孔径为50nm，陶瓷膜的工作长度为1030mm,其运行的稳定通量为100L/h。
步骤(3)、将富含VFA的清液分别送入PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐，作为碳源。
步骤(4)、富含VFA的清液与PHA菌群富集罐4内的活性污泥利用丰盛饥饿模式进行PHA合成菌群的筛选和富集培养，驯化得到合适的PHA合成菌群，PHA合成菌群生物沉降后形成底泥，送入PHA菌群扩大生长罐5，以与PHA菌群扩大生长罐5内的清液混合二次富集培养，进行快速繁殖富集，得到大量的PHA合成菌群。
其中，该步骤(4)中，驯化得到的PHA合成菌群生物量浓度为1±0.1g VSS/L，PHA菌群富集罐4内还设有液位传感器，PHA菌群富集罐4根据液位传感器的信号，控制固液分离装置3富含VFA清液的出料量和PHA菌群扩大生长罐5的进料量；并且二次富集培养得到的PHA合成菌群生物量浓度为4±0.5g VSS/L，PHA菌群扩大生长罐5根据溶氧传感器的信号，控制PHA菌群扩大生长罐5的生物量和固液分离装置3富含VFA清液的出料量。
步骤(5)、将PHA菌群扩大生长罐5内PHA合成菌群生物沉降形成的底泥送入PHA合成罐7，以与PHA合成罐7内的清液进行PHA合成，PHA合成时，PHA合成罐7基于在线溶解氧的反馈采用供需平衡的补料方式，当溶解氧高于3mg/L即开始根据反应的需求量进行补充相应量的清液，当合成体系内溶解氧达到饱和状态时，即PHA合成罐7中的PHA合成菌群达到了PHA最大积累率，最终使PHA的质量占细胞干重的45％以上。
可以理解的是，本发明使用由厌氧发酵产酸反应器2内生成的清液作为PHA合成罐7中生物合成PHA的底物，并利用丰盛饥饿模式从活性污泥中富集PHA合成菌群，其中，丰盛饥饿模式的贫营养阶段的VFA很快被摄取，有利于稳定提高PHA合成菌群生物量，丰盛饥饿模式的好氧富营养阶段下PHA合成菌群能最大程度合成PHA。
步骤(6)、将PHA合成罐7内的合成废水回流至回流罐6内，以与回流罐6内的清液混合进行PHA合成菌群培养。
需要说明的是，本发明该方法通过将合成废水回流培养PHA合成菌群，可以有效消耗完合成废水中的多余氨氮和SCOD(溶解性化学需氧量)，使工艺达到无污染排放。
步骤(7)、将回流罐6内培养的PHA合成菌群送入PHA菌群扩大生长罐5进一步快速大量富集培养。
步骤(8)、将PHA菌群扩大生长罐5内富集培养的PHA合成菌群送入PHA合成罐7参与PHA合成。
步骤(9)、将PHA菌群富集罐4、PHA菌群扩大生长罐5及PHA合成罐7内的剩余PHA菌渣回流至有机废物储液罐1中作为后续厌氧发酵产酸的底物，进一步实现工艺的碳中和绿色目标。
因此，本发明该实施例将厌氧发酵控制与pH反馈式调控、分离操作、底物浓度控制以及反应控制结合，不仅可以达到对发酵体系的整体控制，而且可以得到VFA占比高达55％的有机废物清液；同时有机废物储液罐1能有效地对发酵底物浓度进行调控，避免发酵过程中底物浓度的过多积累或者底物浓度的过度消耗造成的发酵体系的不稳定。可以理解的是，底物即为富含VFA的清液。
下面将采用具体实施例进一步对本发明有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法的主要阶段进行描述，包括以下四个阶段。
(1)有机废物厌氧发酵产VFA阶段：在工作体积为100L的厌氧发酵产酸反应器2内，加入100L有机废物浆液作为发酵产酸的底物，反应温度为50±0.5℃；设置三组pH实验组，pH分别为4.5，5.5及6.5，厌氧发酵7天；然后将发酵液通过固液分离装置3过滤得到清液，清液中的VFA浓度为10450mg COD/L-17088mg COD/L，将纯化后的清液作为底物用于合成PHA。
(2)PHA合成菌群的富集阶段：PHA菌群富集罐4启动时先接种5L活性污泥，然后补充5L稀释了10倍的清液。PHA菌群富集罐4在好氧条件下运行，控制溶解氧浓度不低于3mg/L，运行周期为12h，污泥龄为2d，进料负荷为4g COD/L/d，进料初始pH为7.0-7.4。整个富集体系在丰盛饥饿模式下运行，根据SCOD的消耗和溶解氧的变化判断丰盛期和饥饿期的分界点，一般情况下，当SCOD消耗速度明显降低或出现拐点、罐中溶解氧含量出现明显突跃，即可判断丰盛期结束。为了强化丰盛饥饿模式对PHA合成菌群的选择压，在丰盛期末期增加沉淀-排水-补水的步骤，及在丰盛期结束时停止曝气，使PHA合成菌群沉淀10min，然后排出2/3体积的清液并补充相应体积的清水(如有需要可添加必要营养元素)，以降低残余非VFA物质(如糖类、蛋白质等)对饥饿期选择压的干扰，充分发挥PHA合成菌群的生理优势，使其得以逐渐富集。运行30d左右，富集体系的丰盛期长度和PHA积累速度维持恒定，即表示PHA合成菌群富集体系达到稳定。PHA菌群富集罐4在周期结束后定时排出1/4体积的PHA合成菌群以保证泥龄为2d，然后送入PHA菌群扩大生长罐5进一步富集培养，PHA菌群扩大生长罐5的PHA合成菌群生物量在24h内达到4±0.5g VSS/L。
(3)PHA的合成与提取阶段：将PHA菌群扩大生长罐5内的PHA合成菌群送至PHA合成罐7中，打开曝气，分批次投加富含VFA的清液，进行合成反应。分批补料过程中，需注意控制每次进料后罐中初始SCOD在1000mg COD/L-1500mg COD/L，并实时监测溶氧或定时监测SCOD消耗情况，当溶氧突跃或底物(清液)耗尽时，停止曝气，PHA合成菌群沉淀后卸料，再补充下一批底物(清液)，重复操作，使PHA合成菌群达到最大PHA积累率。
(4)回流阶段：将PHA合成罐7中的合成废水回流至回流罐6内与清液混合培养PHA合成菌群，消耗完合成废水中的多余氨氮和SCOD，然后将培养得到的PHA合成菌群送入PHA菌群扩大生长罐5；并将PHA菌群富集罐4、PHA菌群扩大生长罐5及PHA合成罐7内的剩余PHA菌渣回流至有机废物储液罐1中作为后续厌氧发酵产酸的底物。
如图2所示，是该具体实施例批次补料的合成反应实验数据图，其中，pH为6.5，横坐标为合成反应时间，单位为h；左侧纵坐标为SCOD消耗浓度，单位为mg COD/L，右侧第一纵坐标为PHA含量，右侧第二纵坐标为PHA浓度和PHA合成菌群的菌体浓度，单位为g/L。四次补料后，反应8h时，PHA合成菌群的PHA含量达到46.5％，PHA转化率为0.41gPHA/gCOD。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述反应系统包括有机废物储液罐、厌氧发酵产酸反应器、固液分离装置、PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐；所述有机废物储液罐的出口通过所述厌氧发酵产酸反应器与所述固液分离装置的进口连通，所述固液分离装置的出口分别与所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐和所述回流罐的进口连通；所述PHA菌群富集罐底部的出口与所述PHA菌群扩大生长罐的进口连通，所述PHA菌群扩大生长罐底部的出口与所述PHA合成罐的进口连通，所述PHA合成罐上部的出口与所述回流罐的进口连通，用于将所述PHA合成罐内的合成废水回流至所述回流罐内，所述回流罐底部的出口与所述PHA菌群扩大生长罐的进口连通；所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐底部的出口均与所述有机废物储液罐的进口连通，用于将所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐和所述PHA合成罐内的剩余PHA菌渣回流至所述有机废物储液罐内；
所述使用方法包括以下步骤：
步骤(1)、将有机废物储液罐内的有机废物送入厌氧发酵产酸反应器厌氧发酵，以得到含有挥发性脂肪酸的发酵液；
步骤(2)、将发酵液送入固液分离装置分离纯化，以得到富含挥发性脂肪酸的清液；
步骤(3)、将清液分别送入PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐、PHA合成罐和回流罐；
步骤(4)、将清液经PHA菌群富集罐筛选和富集培养后生物沉降产生的底泥送入PHA菌群扩大生长罐，以与PHA菌群扩大生长罐内的清液混合二次富集培养；
步骤(5)、将PHA菌群扩大生长罐内生物沉淀的底泥送入PHA合成罐，以与PHA合成罐内的清液进行PHA合成；
步骤(6)、将PHA合成罐内的合成废水回流至回流罐内，以与回流罐内的清液混合进行PHA合成菌群培养；
步骤(7)、将回流罐内培养的PHA合成菌群送入PHA菌群扩大生长罐进行富集培养；
步骤(8)、将PHA菌群扩大生长罐内富集培养的PHA合成菌送入PHA合成罐；
步骤(9)、将PHA菌群富集罐、PHA菌群扩大生长罐及PHA合成罐内的剩余菌渣回流至有机废物储液罐中。
2.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述有机废物储液罐通过过滤装置与所述厌氧发酵产酸反应器连通。
3.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述固液分离装置为反冲洗陶瓷膜分离装置。
4.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述厌氧发酵产酸反应器、所述固液分离装置、所述PHA菌群富集罐和所述回流罐的进口均设有计量泵。
5.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐、所述PHA合成罐和所述回流罐均连接有曝气装置。
6.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述有机废物储液罐设有加热装置、第一温度传感器和第一搅拌装置，所述厌氧发酵产酸反应器设有第一pH传感器、第二温度传感器和第二搅拌装置，所述PHA菌群富集罐、所述PHA菌群扩大生长罐及所述PHA合成罐均设有溶氧传感器、第二pH传感器和第三搅拌装置。
7.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：
将有机废物储液罐内的有机废物加热至预设温度后送入厌氧发酵产酸反应器；
调节厌氧发酵产酸反应器内的PH值，以使pH值保持在6.5±0.05的范围；
按照搅拌速度为150rpm、发酵有机负荷为48kg tVS/m3〃d、水力停留时间为7d，对厌氧发酵产酸反应器内的有机废物进行搅拌发酵。
8.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，所述步骤(4)中，PHA菌群富集罐内产生1±0.1g VSS/L的PHA合成菌群，PHA菌群扩大生长罐内产生4±0.5g VSS/L的PHA合成菌群。
9.根据权利要求1所述的有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统的使用方法，其特征在于，PHA合成时，基于在线溶解氧的反馈采用供需平衡的补料方式使PHA合成菌群的PHA积累率最大化。
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