CN114769296A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114769296A CN114769296A CN202210550126.0A CN202210550126A CN114769296A CN 114769296 A CN114769296 A CN 114769296A CN 202210550126 A CN202210550126 A CN 202210550126A CN 114769296 A CN114769296 A CN 114769296A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- simulated
- pha
- fermentation liquor
- simulated fermentation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 194
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 192
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012258 culturing Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 title description 75
- 229920000903 polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 title description 74
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 66
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 44
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 39
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 37
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 25
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 20
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 20
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 19
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 15
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 claims description 13
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003017 phosphorus Chemical class 0.000 claims description 3
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 abstract description 30
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 7
- 229960000448 lactic acid Drugs 0.000 description 18
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 12
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 12
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 12
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 12
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 11
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 6
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 5
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 239000010806 kitchen waste Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 3
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 description 3
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 description 3
- 239000011691 vitamin B1 Substances 0.000 description 3
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 3
- 239000011716 vitamin B2 Substances 0.000 description 3
- 239000011708 vitamin B3 Substances 0.000 description 3
- 239000011675 vitamin B5 Substances 0.000 description 3
- 239000011726 vitamin B6 Substances 0.000 description 3
- 239000011727 vitamin B9 Substances 0.000 description 3
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- 229910003208 (NH4)6Mo7O24·4H2O Inorganic materials 0.000 description 2
- BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1,3-oxazole-4-carbaldehyde Chemical compound FC1=CC=CC(C=2OC=C(C=O)N=2)=C1 BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzoic acid Chemical compound NC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N L-lactic acid Chemical compound C[C@H](O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical group [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RMRCNWBMXRMIRW-BYFNXCQMSA-M cyanocobalamin Chemical compound N#C[Co+]N([C@]1([H])[C@H](CC(N)=O)[C@]\2(CCC(=O)NC[C@H](C)OP(O)(=O)OC3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)C)C/2=C(C)\C([C@H](C/2(C)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O RMRCNWBMXRMIRW-BYFNXCQMSA-M 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 229940087562 sodium acetate trihydrate Drugs 0.000 description 2
- MFBOGIVSZKQAPD-UHFFFAOYSA-M sodium butyrate Chemical compound [Na+].CCCC([O-])=O MFBOGIVSZKQAPD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- JXKPEJDQGNYQSM-UHFFFAOYSA-M sodium propionate Chemical compound [Na+].CCC([O-])=O JXKPEJDQGNYQSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004324 sodium propionate Substances 0.000 description 2
- 235000010334 sodium propionate Nutrition 0.000 description 2
- 229960003212 sodium propionate Drugs 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000011579 vitamin B4 Substances 0.000 description 2
- 239000011735 vitamin B7 Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000009631 Broth culture Methods 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019482 Palm oil Nutrition 0.000 description 1
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002053 acidogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229960004050 aminobenzoic acid Drugs 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L calcium D-pantothenic acid Chemical compound [Ca+2].OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O.OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L 0.000 description 1
- 229960002079 calcium pantothenate Drugs 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000011666 cyanocobalamin Substances 0.000 description 1
- 229960002104 cyanocobalamin Drugs 0.000 description 1
- 235000000639 cyanocobalamin Nutrition 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003657 drainage water Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 1
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229940093915 gynecological organic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M lipoate Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000019136 lipoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- -1 organic acid salt Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000002540 palm oil Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000520 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) Polymers 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N pyridoxine hydrochloride Chemical compound Cl.CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011764 pyridoxine hydrochloride Substances 0.000 description 1
- 229960004172 pyridoxine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 235000019171 pyridoxine hydrochloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 1
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 1
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011747 thiamine hydrochloride Substances 0.000 description 1
- DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M thiamine hydrochloride Chemical compound Cl.[Cl-].CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229960000344 thiamine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 235000019190 thiamine hydrochloride Nutrition 0.000 description 1
- 229960002663 thioctic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
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。
Description
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；
1-2：步骤1-1出水完成后在厌氧条件下向所述反应器中加入模拟发酵液2，然后进行曝气、沉淀、出水，所述模拟发酵液2为含有氮源、磷源的水溶液，但不包含微生物可利用的碳源；
步骤2：预培养结束后，进行加速产PHA颗粒污泥培养，得到产PHA颗粒污泥，其中，加速产PHA颗粒污泥培养过程包括多个培养周期，加速产PHA颗粒污泥培养过程的总时间为1～120天，污泥停留时间为1～10天，每个培养周期时长为6～24h，每个培养周期具体包括：
在厌氧条件下，向所述反应器中加入有机废物发酵液，然后进行曝气、沉淀、出水。
具体地，本发明中所述反应器优选序批式曝气反应器；所述二沉池污泥是指污水处理厂的污水经二沉池泥水分离后产生的污泥；各步骤所述的厌氧条件具体是指进料时管道内不含气泡；所述有机废物发酵液是指餐厨垃圾等有机废物在厌氧条件下进行厌氧发酵处理时得到的发酵液；所述模拟发酵液1是指根据实际有机废物发酵液中乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等碳源含量，由三水乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠和DL-乳酸等原料配置而成的水溶液，可以添加酸/碱调节水溶液的pH值为适宜微生物生长的弱酸性或中性，使模拟发酵液中的碳源主要以有机酸的形式存在，进一步地，还可以根据需要添加微量元素和/或维生素等营养物质，由于微量元素和维生素中含氮量非常少且微量元素和维生素的添加量也非常少，所以，认为模拟发酵液1中不含微生物可利用的氮源；所述模拟发酵液2是指根据实际有机废物发酵液中氨氮含量及磷含量，由铵盐、磷盐配置的水溶液，进一步地，还可以根据需要添加微量元素和/或维生素等营养物质；所述模拟发酵液3的溶质中只含有碳源，且碳源与模拟发酵液1碳源一致，可以由与模拟发酵液1相同质量的三水乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠和DL-乳酸等原料配置而成，其中，配溶液时的加水量为配置模拟发酵液1时加水量的1/50～1/200；所述有机废物发酵液、模拟发酵液1、模拟发酵液2的pH值均优选5～7，模拟发酵液3为模拟发酵液1的浓缩液且添加量较少，pH可不另行调配。
优选地，所述产PHA颗粒污泥为自凝聚形成的好氧颗粒污泥或附着生长在颗粒载体上的好氧生物膜。
优选地，步骤1-1所述向所述反应器中加入模拟发酵液1的具体条件包括：
模拟发酵液1通过蠕动泵进料，在0.2～1h内完成模拟发酵液1的进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4。
所述模拟发酵液1中的碳源包括有机酸，还可以包括所含有机酸对应的有机酸盐，所述模拟发酵液1的COD为1000～6000mg/L；
所述有机酸包括乳酸，以乳酸根含量计，所述模拟发酵液1中乳酸的含量为15～40mmol/L，优选30～40mmol/L，以确保颗粒污泥直径＞1mm最大PHA含量＞50％；
所述有机酸还包括丁酸、乙酸、丙酸中的至少一种，丁酸、乙酸、丙酸的具体含量可以根据有机废物发酵液中的实际含量确定；
所述模拟发酵液1中还包括微量元素和/或维生素；
所述微量元素可选自Na2SO4、FeCl2·4H2O、H3BO3、ZnCl2、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、AlCl3、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、EDTA-2Na、HCl、NaHSeO3等；
所述维生素可选自维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B4、维生素B5、维生素B6、维生素B9、维生素B12、维生素H、维生素BX、硫辛酸等；
所述模拟发酵液1中微量元素的质量含量为0.001～0.05％；
所述模拟发酵液1中维生素的质量含量为0.00001～0.00005％。
具体地，步骤1-1中：
所述曝气的具体条件包括：
在模拟发酵液1进料结束后进行；
在模拟发酵液1进料完成后反应器内溶解氧先维持在1～4mg/L；
当反应器中溶解氧由1～4mg/L升高至6mg/L以上时认为反应器内溶解氧突增；
加入模拟发酵液3的具体条件包括：
分多次加入模拟发酵液3，每次加入量为模拟发酵液1加入量的1/50～1/200；
所述沉淀的具体时间为10～50min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。优选地，步骤1-2所述向所述反应器中加入模拟发酵液2的具体条件包括：
在0.2～1h内完成模拟发酵液2进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4；
所述模拟发酵液2中的氮源为铵盐，在相同体积的条件下，模拟发酵液1中的C与模拟发酵液2中的N的摩尔比为5～100：1；
所述模拟发酵液2中的磷源为磷盐，且以磷的质量计，模拟发酵液2中磷源的质量含量为0.005～0.5％；
所述模拟发酵液2中还包括微量元素和/或维生素；
所述微量元素可选自Na2SO4、FeCl2·4H2O、H3BO3、ZnCl2、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O、AlCl3、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、EDTA-2Na、HCl、NaHSeO3等；
所述维生素可选自维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B4、维生素B5、维生素B6、维生素B9、维生素B12、维生素H、维生素BX、硫辛酸等；
所述模拟发酵液2中微量元素的质量含量为0.001～0.05％；
所述模拟发酵液2中维生素的质量含量为0.00001～0.00005％。
在一优选实施例中，微量元素包括以下质量份组分：
Na2SO440～60份、FeCl2·4H2O1～3份、H3BO30.03～0.06份、ZnCl20.03～0.06份、CuCl2·2H2O0.01～0.05份、MnCl2·4H2O0.2～0.5份、(NH4)6Mo7O24·4H2O0.03～0.06份、AlCl30.03～0.06份、NiCl2·6H2O0.05～0.15份、CoCl2·6H2O0.05～0.15份、EDTA-2Na0.3～0.8份、36wt％HCl1～1.5份、NaHSeO30.06～0.1份；
维生素包括以下质量份组分：
D生物素/维生素H0.001～0.003份、叶酸/维生素B90.001～0.003份、盐酸吡哆辛/维生素B60.005～0.015份、核黄素/维生素B20.003～0.008份、盐酸硫胺素/维生素B10.003～0.008份、氰钴胺素/维生素B120.0001～0.0002份、烟酸/维生素B30.003～0.008份、对氨基苯甲酸/维生素Bx0.003～0.008份、硫辛酸0.003～0.008份、泛酸钙/维生素B50.003～0.008份。
当模拟发酵液1、模拟发酵液2为上述配方时，通过实验证明能够培养出粒径大于1mm的颗粒污泥，颗粒污泥PHA产量大于50％。
优选地，步骤1-2所述曝气的具体条件包括：
在模拟发酵液2进料结束后进行；
依据周期时间设定曝气时间(即曝气时间＝周期时长-其他步骤所用时长)，曝气流量为0.5～2L/min；
所述沉淀的具体时间为10～60min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。
具体地，步骤2所述向所述反应器中加入有机废物发酵液的具体条件包括：
有机废物发酵液通过蠕动泵进料，在0.2～1h内完成有机废物发酵液进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4；
所述有机废物发酵液为餐厨垃圾乳酸型发酵液，即乳酸的总质量含量占发酵产物的比例≥40％的发酵液。
具体地，所述有机废物发酵液中含有乳酸，且乳酸的COD占所述有机废物发酵液总COD的10～80％。
优选地，步骤2中：
所述曝气的具体条件包括：
在有机废物发酵液进料结束后进行；
使有机废物发酵液进料完成后至反应器内溶解氧突增(微生物由于缺少可利用碳源而消耗氧气量减少，溶解氧大于6mg/L时视为突增)期间，溶解氧维持在1～4mg/L；
依据周期时间设定曝气时间，曝气流量为0.5～2L/min，优选1～1.2L/min；
所述沉淀的具体时间为5～30min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。
优选地，步骤2中的第一个培养周期的沉淀时间为10～30min，后续各周期的沉淀时间根据反应器内悬浮固体浓度的变化而调整，当反应器内悬浮固体浓度>7000mg/L时，本周期沉淀时间在上一周期沉淀时间基础上减少4～6min，当反应器内悬浮固体浓度<1000mg/L时，沉淀时间在上一周期沉淀时间基础上增加4～6min，特别的，在缩短沉淀时间阶段，沉淀时间在小于或等于5min时不再缩短沉淀时间。由于氮磷和碳源一起添加，微生物在经过一段适应期后会在反应器中更多的生长繁殖，理想情况下，随着培养的进行反应器中的微生物会越来越多，污泥量会逐渐增大，沉淀时间会随之逐渐缩短。
本发明实施例中，步骤1先以模拟发酵液1为底物，在厌氧条件下的缓慢进水有利于营养物质更均匀的分布在菌体周围，有助于颗粒污泥的形成；在丰盛期，由于底物缺乏氮磷，其他菌无法利用碳源，而产PHA菌可以吸收碳源合成PHA并储存在菌体内，这使得产PHA菌密度增加，沉淀性能提升，同时通过添加模拟发酵液3快速给予系统足量的碳源，让产PHA菌在短时间内最大限度的合成PHA，后续通过沉淀及排水，可以对菌群的产PHA能力进行筛选；在饥饿期，由于饥饿期较长且通过加入模拟发酵液2添加了氮、磷营养元素，产PHA菌利用PHA作为碳源在维持正常生命活动的同时进行增殖，而其它菌以及一些PHA合成能力较差的菌会由于缺乏碳源无法维持正常生命活动，逐渐被淘汰随排水排出，实现产PHA菌的快速富集；步骤2结合丰盛-饥饿模式所产生的营养选择压力以及逐步调整沉淀时间给予适当的物理选择压力，对反应器内菌群的PHA合成能力和沉淀性能进行筛选，使其在筛选的同时逐步自凝聚形成颗粒污泥。首先，厌氧条件下的缓慢进水有利于营养物质的吸收，有利于颗粒污泥的形成；在丰盛期，与快速富集阶段(即步骤1)不同，该阶段营养物质均在底物中提供，但是营养不均衡(有机废物发酵液的高碳、低氮、低磷)，这种条件有利于产PHA菌利用碳源合成PHA，而不利于其他菌对于碳源的利用，由于碳、氮和磷等营养元素都具备，产PHA菌和一些其他菌均可以生长繁殖；在饥饿期，由于碳、氮、磷营养元素的不足，PHA合成菌利用PHA作为碳源维持正常生命活动，而其他菌由于无法利用碳源不能维持正常生命活动，逐渐被淘汰；在曝气结束后，通过逐步调节沉淀时间，对菌群沉淀性能进行筛选，使菌群逐渐自凝聚形成颗粒状的污泥。
优选地，所述产PHA颗粒污泥的直径≥2mm。
本发明另一方面提供了一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的系统，包括时间控制单元、模拟发酵液1储存罐、模拟发酵液2储存罐、模拟发酵液3储存罐、真实发酵液储存罐及反应器，所述模拟发酵液1储存罐的出水口、模拟发酵液2储存罐的出水口、真实发酵液储存罐的出水口分别与所述反应器的进水口连接，所述模拟发酵液3储存罐与反应器上部连通；所述时间控制单元用于控制所述模拟发酵液1储存罐与所述反应器的连通或断开、所述模拟发酵液2储存罐与所述反应器的连通或断开、所述真实发酵液储存罐与所述反应器的连通或断开及所述反应器的曝气时间、沉淀时间、出水时间，以使所述反应器实现上述任一项所述的方法。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的有机废物产酸发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法，该方法先在厌氧条件下使模拟发酵液1均匀分布在菌体周围，有助于颗粒污泥的形成，然后通过添加模拟发酵液3快速给予系统足量的碳源，使PHA菌在短时间内最大限度的合成PHA，之后添加模拟发酵液2，通过维持较长的碳源缺乏期以及碳源充足时不加氮源、在碳源缺乏时添加氮磷的方式，使不具有PHA合成能力菌和PHA合成能力差的菌由于缺乏可利用的碳源而被淘汰，实现产PHA菌快速富集，最后采用真实有机废物发酵液作为底物进一步加速产PHA颗粒污泥培养，该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，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(缩短至1个月，且后续稳定运行6个月)，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，由于产PHA菌占据优势地位，长期培养阶段杂菌生长的影响较小，从而实现长期稳定运行。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的系统示意图；
图2是本发明实施例各阶段工艺示意图；
图3是本发明实施例2所培养出的产PHA颗粒污泥实物照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明各实施例所用二沉池污泥为北京沙河再生水厂经二沉池沉淀后得到的活性污泥；
本发明各实施例所用有机废物发酵液为餐厨垃圾在pH≤5的条件下，长期在连续搅拌条件下进行厌氧发酵得到的乳酸型发酵液(乳酸的含量占发酵产物的比例≥40％，具体地，发酵液中乙酸36mmol/L、丙酸8.4mmol/L、丁酸3.3mmol/L、乳酸36.5mmol/L)，从长期稳定运行的餐厨垃圾连续搅拌反应器获得；
本发明各实施例其他原料均为市售产品。
本发明各实施例中，PHA测定方法为：称取一定量冻干后的污泥(m1，细胞干重(CDW)，m1＞20mg)于消解管中，加入2mL氯仿、2mL酸化甲醇(15％v/v H2SO4)，于90℃反应4小时，冷却至室温后加入1mL高纯水，摇晃混匀，静置分层；用1mL注射针管吸取下层有机相1.0mL，转移至样品瓶内，使用气相色谱仪对样品进行检测，得出PHB(m2)和PHBV(m3)质量。PHA产量＝PHA重量(m2+m3)/污泥干重(m1)*100％。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的系统，包括模拟发酵液1储存罐1、模拟发酵液2储存罐2、模拟发酵液3储存罐4、真实发酵液储存罐3、时间控制单元5、反应器6及出水储存罐7；本实施例中反应器6为序批式SBR反应器，反应器6主体的有效体积为3L，反应器6主体底部设有曝气装置，所述曝气装置包括位于所述反应器6主体内部的曝气砂头6.3、位于反应器主体外部的曝气泵11，曝气泵11的输入端与时间控制单元5的输出端连接，反应器6靠近底部的位置设有相背的第一进水口6.1和第二进水口6.2，反应器6顶部悬挂设置有溶解氧电极13和pH电极14，溶解氧电极13的输出端和pH电极14的输出端分别与时间控制单元5的输入端连接，反应器6中部设有出水口6.4；模拟发酵液1储存罐1通过第一进水管1.1与反应器6的第一进水口6.1连接，模拟发酵液2储存罐2通过第二进水管2.1与反应器6的第一进水口6.1连接，第一进水管1.1与第二进水管2.1通过第一电磁阀8后合二为一，第一电磁阀8用于控制第一进水管1.1和/或第二进水管2.1的通断，第一进水口6.1与第一电磁阀8之间设有第一蠕动泵9，第一蠕动泵9用于将模拟发酵液1储存罐1中的模拟发酵液1或模拟发酵液2储存罐2中的模拟发酵液2通过第一进水口6.1注入反应器6中；真实发酵液储存罐3通过第三进水管3.1与反应器6的第二进水口6.2连接，第三进水管3.1上设有第二蠕动泵10，用于将真实发酵液储存罐3中的有机废物发酵液通过第二进水口6.2注入反应器6中；模拟发酵液3储存罐4与反应器6上部通过管路连通，出水储存罐7通过设有第二电磁阀15、第三蠕动泵16的管路与反应器6的出水口6.4连接，其中各电磁阀、蠕动泵的输入端均分别与时间控制单元5的输出端连接，以使时间控制单元5控制电磁阀或蠕动泵的启停。
实施例2
如图2所示，本实施例基于实施例1提供的系统，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，具体包括：
1)预培养阶段
该阶段所用模拟发酵液1储存罐(1)中的模拟发酵液1COD为2500mg/L，模拟发酵液1包含碳源、微量元素和维生素，其中碳源由乙酸(36mmol/L)、丙酸(8.4mmol/L)、丁酸(3.3mmol/L)和乳酸(34.44mmol/L)组成，微量元素和维生素由表1中的C(取1mL/L)、D(取1mL/L)、E(取5mL/L)3种营养母液混合后形成；模拟发酵液3为碳源的水溶液，碳源与模拟发酵液1相同，不同之处在于乙酸3600mmol/L、丙酸840mmol/L、丁酸330mmol/L、乳酸3444mmol/L；模拟发酵液2储存罐(2)中的模拟发酵液2为表1中的A(取5mL/L)、B(取4mL/L)、C(取1mL/L)、D(取1mL/L)和E(取5mL/L)混合后形成；模拟发酵液1、模拟发酵液2和模拟发酵液3每天现配更换；该阶段培养总时间为7d、污泥停留时间为1～4d；
按照以下内容设置时间控制单元的控制方式：
周期时长为24h，参见图2a，每一周期包括：厌氧进料30min，丰盛期曝气，沉淀10min，出水5min；饥饿期进料30min，饥饿期曝气，沉淀15min，出水5min；丰盛期曝气和饥饿期曝气总时间1345min，出水结束后均立马开始进料以进行下一周期，使反应器处于不断对菌种进行筛选和富集的过程；
步骤一，从反应器上部加入接种污泥(二沉池污泥)1.5L，通过时间控制单元，启动第一蠕动泵9，调节功率，使在厌氧情况下用30min向反应器6中匀速加入1.5L模拟发酵液1；
步骤二，进料完成后，利用时间控制单元启动曝气泵11，手动调控曝气泵11功率，使模拟发酵液1进料完成后至体系内溶解氧突增(微生物由于缺少可利用碳源而消耗氧气量减少)期间，溶解氧维持在1～4mg/L；
步骤三，在反应器6内溶解氧浓度突增时(溶解氧浓度>6mg/L)，加入模拟发酵液3，每次加入量为15mL，直至反应器内溶解氧随着模拟发酵液3的添加维持稳定，然后关闭曝气泵11，待静置沉淀10分钟后开启第三蠕动泵16，用5分钟排水1.5L，本发明各实施例排水是指沉淀后从反应器中排出一定有效容积的泥水混合物；
步骤四，在厌氧条件下，用30min向反应器6中加入1.5L模拟发酵液2；
步骤五，进料完成后曝气，曝气完成后沉淀15分钟，出水5min，排出1.5L泥水混合物。
2)长期培养阶段
该阶段所用底物为真实有机废物产酸发酵液，每天从发酵罐中获取，并调节pH值为5～7；该阶段培养总时间为23d、水力停留时间为1d、污泥停留时间为1～4d；
按照以下内容设置时间控制单元的控制方式：
周期时间为12小时，参见图2b，每个周期包括厌氧进料30分钟，曝气655～680分钟，沉淀30～5分钟，周期时间不变，沉淀时间减少，曝气时间增加，沉淀结束后出水5分钟；出水结束后均立马开始进料，使反应器处于不断对菌种进行筛选和富集的过程；
步骤一，启动第二蠕动泵10，调节功率，使在厌氧情况下用30分钟向反应器中加入1.5L有机废物产酸发酵液；
步骤二，进料完成后，启动曝气泵11，手动调控曝气泵功率，使底物进料完成后至体系内溶解氧突增(微生物由于缺少可利用碳源而消耗氧气量减少)期间，溶解氧维持在1～4mg/L；
步骤四：在反应器6曝气结束后，关闭曝气泵11，待静置沉淀完成后开启第三蠕动泵16，用5分钟排出1.5L的泥水混合物，出水结束后立即进料进入下一周期。
当达到培养总时间后，反应器6中得到了产PHA颗粒污泥。
表1各实施例营养母液配方表
实施例3
与实施例2基本相同，不同之处在于：预培养阶段模拟发酵液1和模拟发酵液3中均不含乳酸，模拟发酵液1中乙酸、丙酸和丁酸之间的摩尔比与实施例2相同，由于添加乳酸量减少，所以乙酸、丙酸和丁酸添加量相应增加，COD为2500mg/L，模拟发酵液3中乙酸、丙酸和丁酸比例与实施例2的模拟发酵液3中的比例相同。
实施例4
与实施例2基本相同，唯一不同的是预培养阶段模拟发酵液1中含乳酸量为实施例2模拟发酵液1的一半，模拟发酵液1中乙酸、丙酸和丁酸之间的摩尔比与实施例2相同，由于添加乳酸量减少，所以乙酸、丙酸和丁酸添加量相应增加，COD为2500mg/L；模拟发酵液3中含乳酸量为实施例2模拟发酵液3的一半，其中乙酸、丙酸和丁酸比例与实施例2的模拟发酵液3中的比例相同。
对各实施例所得产PHA颗粒污泥进行表征测试，所得结果参见表2：
表2各实施例产PHA颗粒污泥结果统计表
参见表2，以实施例2所得产PHA颗粒污泥为典型代表，如图3所示本发明各实施例在1月内均成功获得了颗粒污泥，污泥结构紧实、污泥粒径≥0.5mm(最高可达2mm)，最大PHA产量达到细胞干重的40％以上(最高可达65％)，且工艺运行稳定；后续经过6个月的运行，反应器内污泥量保持相对稳定，所富集菌群PHA合成能力略有增加。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在上述原理的基础上，还可以对本发明方法做出若干改变和改进，这些改变和改进也应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的方法，其特征在于，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；
1-2：步骤1-1出水完成后在厌氧条件下向所述反应器中加入模拟发酵液2，然后进行曝气、沉淀、出水，所述模拟发酵液2为含有氮源、磷源的水溶液，但不包含微生物可利用的碳源；
步骤2：预培养结束后，进行加速产PHA颗粒污泥培养，得到产PHA颗粒污泥，其中，加速产PHA颗粒污泥培养过程包括多个培养周期，加速产PHA颗粒污泥培养过程的总时间为1～120天，污泥停留时间为1～10天，每个培养周期时长为6～24h，每个培养周期具体包括：
在厌氧条件下，向所述反应器中加入有机废物发酵液，然后进行曝气、沉淀、出水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-1所述向所述反应器中加入模拟发酵液1的具体条件包括：
在0.2～1h内完成模拟发酵液1的进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4；
所述模拟发酵液1中的碳源包括有机酸，所述模拟发酵液1的COD为1000～6000mg/L；
所述有机酸包括乳酸，以乳酸根含量计，所述模拟发酵液1中乳酸的含量为15～40mmol/L；
所述有机酸还包括丁酸、乙酸、丙酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-1中：
所述曝气的具体条件包括：
在模拟发酵液1进料结束后进行；
在模拟发酵液1进料完成后反应器内溶解氧先维持在1～4mg/L；
当反应器中溶解氧含量由1～4mg/L升高至6mg/L以上时认为反应器内溶解氧突增；
加入模拟发酵液3的具体条件包括：
分多次加入模拟发酵液3，每次加入量为模拟发酵液1加入量的1/50～1/200；
所述沉淀的具体时间为10～50min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-2所述向所述反应器中加入模拟发酵液2的具体条件包括：
在0.2～1h内完成模拟发酵液2进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4；
所述模拟发酵液2中的氮源为铵盐，在相同体积的条件下，模拟发酵液1中的C与模拟发酵液2中的N的摩尔比为5～100：1；
所述模拟发酵液2中的磷源为磷盐，且以磷的质量计，模拟发酵液2中磷源的质量含量为0.005～0.5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1-2所述曝气的具体条件包括：
在模拟发酵液2进料结束后进行；
曝气流量为0.5～2L/min；
所述沉淀的具体时间为10～60min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述向所述反应器中加入有机废物发酵液的具体条件包括：
在0.2～1h内完成有机废物发酵液进料，且进料量为反应器有效容积的1/4～3/4。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述有机废物发酵液中含有乳酸，且乳酸的COD占所述有机废物发酵液总COD的10～80％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中：
所述曝气的具体条件包括：
在有机废物发酵液进料结束后进行；
在有机废物发酵液进料完成后至反应器内溶解氧突增期间，溶解氧维持在1～4mg/L；
曝气流量为0.5～2L/min；
所述沉淀的具体时间为5～30min；
所述出水的具体时间为3～30min，出水量为所述反应器有效容积的1/4～3/4。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2中的第一个培养周期的沉淀时间为10～30min，后续各周期的沉淀时间根据反应器内悬浮固体浓度的变化而调整，当反应器内悬浮固体浓度>7000mg/L时，本周期沉淀时间在上一周期沉淀时间基础上减少4～6min，当反应器内悬浮固体浓度<1000mg/L时，沉淀时间在上一周期沉淀时间基础上增加4～6min。
10.一种利用有机废物发酵液培养产PHA颗粒污泥的系统，其特征在于，包括时间控制单元、模拟发酵液1储存罐、模拟发酵液2储存罐、模拟发酵液3储存罐、真实发酵液储存罐及反应器，所述模拟发酵液1储存罐的出水口、模拟发酵液2储存罐的出水口、真实发酵液储存罐的出水口分别与所述反应器的进水口连接，所述模拟发酵液3储存罐与反应器上部连通；所述时间控制单元用于控制所述模拟发酵液1储存罐与所述反应器的连通或断开、所述模拟发酵液2储存罐与所述反应器的连通或断开、所述真实发酵液储存罐与所述反应器的连通或断开及所述反应器的曝气时间、沉淀时间、出水时间，以使所述反应器实现权利要求1～9任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210550126.0A CN114769296B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210550126.0A CN114769296B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114769296A true CN114769296A (zh) | 2022-07-22 |
| CN114769296B CN114769296B (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=82408027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210550126.0A Active CN114769296B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114769296B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261231A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-11-01 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种从活性污泥中高效富集产pha菌群的方法 |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4786598A (en) * | 1983-12-01 | 1988-11-22 | Petrochemie Danubia Ges.M.B.H. | Process for the biotechnological preparation of poly-d-(-)-3-hydroxybutyric acid |
| KR19980037428A (ko) * | 1996-11-21 | 1998-08-05 | 박원훈 | 중간 사슬 길이 폴리(베타-하이드록시알카노에이트) 공중합체의 제조방법 |
| JP2003047494A (ja) * | 2000-09-14 | 2003-02-18 | Canon Inc | 分子中に芳香環を含む残基を有するアルカンからのポリヒドロキシアルカノエートの製造方法 |
| JP2005080529A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Rengo Co Ltd | 生分解性重合体の製造方法 |
| WO2009153303A2 (en) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | Dsm Ip Assets B.V. | Process for selecting polyhydroxyalkanoate (pha) producing micro-organisms |
| US20090317879A1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-12-24 | Criddle Craig S | Use of selection pressures to enable microbial biosynthesis of polyhydroxyalkanoates from anaerobic degradation products |
| WO2009156950A2 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | Centro De Investigación Y De Estudios Avanzados Del Instituto Politécnico Nacional | Methods for producing medium chain polyhydroxyalkanoates (pha) using vegetable oils as carbon source |
| CN101717798A (zh) * | 2009-12-15 | 2010-06-02 | 浙江大学宁波理工学院 | 两段流加式高密度发酵合成聚羟基苯烷酸酯的方法 |
| CN103667376A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 好氧动态排水法用于快速驯化活性污泥混合菌群制备聚羟基烷酸酯的方法 |
| CN104630122A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-20 | 北京工商大学 | 具有合成PHAs性能的兽生气单胞菌 |
| CN104911220A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-09-16 | 天津北洋百川生物技术有限公司 | 连续发酵提高β-聚苹果酸产量的方法 |
| US20190177753A1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | National Chi Nan University | METHOD FOR INCREASING PHAs CONTENT OF WASTE SLUDGE BY FERMENTING THE WASTE SLUDGE TO PRODUCE VOLATILE FATTY ACID |
| WO2019119157A1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Genecis Bioindustries Inc. | Method for producing polyhydroxyalkanoates (pha) from organic waste |
| CN110228908A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-13 | 中国矿业大学 | 利用a/o-sbr与硫自养反硝化组合脱氮除磷的污水处理方法 |
| CN111362561A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-07-03 | 北京城市排水集团有限责任公司 | 污泥资源化利用的方法 |
| CN114180718A (zh) * | 2021-12-19 | 2022-03-15 | 扬州大学 | 一种生物除磷颗粒污泥的培养方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970001829B1 (ko) * | 1993-09-14 | 1997-02-17 | 제일합섬 주식회사 | 생분해성 고분자 PHA(Polyhydroxyalkanoate)의 유가식 발효생산 방법 |
-
2022
- 2022-05-20 CN CN202210550126.0A patent/CN114769296B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4786598A (en) * | 1983-12-01 | 1988-11-22 | Petrochemie Danubia Ges.M.B.H. | Process for the biotechnological preparation of poly-d-(-)-3-hydroxybutyric acid |
| KR19980037428A (ko) * | 1996-11-21 | 1998-08-05 | 박원훈 | 중간 사슬 길이 폴리(베타-하이드록시알카노에이트) 공중합체의 제조방법 |
| JP2003047494A (ja) * | 2000-09-14 | 2003-02-18 | Canon Inc | 分子中に芳香環を含む残基を有するアルカンからのポリヒドロキシアルカノエートの製造方法 |
| JP2005080529A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Rengo Co Ltd | 生分解性重合体の製造方法 |
| WO2009153303A2 (en) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | Dsm Ip Assets B.V. | Process for selecting polyhydroxyalkanoate (pha) producing micro-organisms |
| WO2009156950A2 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | Centro De Investigación Y De Estudios Avanzados Del Instituto Politécnico Nacional | Methods for producing medium chain polyhydroxyalkanoates (pha) using vegetable oils as carbon source |
| US20090317879A1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-12-24 | Criddle Craig S | Use of selection pressures to enable microbial biosynthesis of polyhydroxyalkanoates from anaerobic degradation products |
| CN101717798A (zh) * | 2009-12-15 | 2010-06-02 | 浙江大学宁波理工学院 | 两段流加式高密度发酵合成聚羟基苯烷酸酯的方法 |
| CN103667376A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 好氧动态排水法用于快速驯化活性污泥混合菌群制备聚羟基烷酸酯的方法 |
| CN104911220A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-09-16 | 天津北洋百川生物技术有限公司 | 连续发酵提高β-聚苹果酸产量的方法 |
| CN104630122A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-20 | 北京工商大学 | 具有合成PHAs性能的兽生气单胞菌 |
| US20190177753A1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | National Chi Nan University | METHOD FOR INCREASING PHAs CONTENT OF WASTE SLUDGE BY FERMENTING THE WASTE SLUDGE TO PRODUCE VOLATILE FATTY ACID |
| WO2019119157A1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Genecis Bioindustries Inc. | Method for producing polyhydroxyalkanoates (pha) from organic waste |
| CN110228908A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-13 | 中国矿业大学 | 利用a/o-sbr与硫自养反硝化组合脱氮除磷的污水处理方法 |
| CN111362561A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-07-03 | 北京城市排水集团有限责任公司 | 污泥资源化利用的方法 |
| CN114180718A (zh) * | 2021-12-19 | 2022-03-15 | 扬州大学 | 一种生物除磷颗粒污泥的培养方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 全桂静;程文辉;: "鞘细菌液体发酵生产PHB的研究", 沈阳化工学院学报, no. 04, 15 December 2008 (2008-12-15) * |
| 刘长莉;邢文慧;王国影;赵敏;: "A/O交替驯化活性污泥积累PHB的研究", 环境科学与技术, no. 11, 15 November 2013 (2013-11-15) * |
| 徐爱玲;任杰;宋志文;吴等等;李长起;: "污泥PHA积累条件优化及细菌分离鉴定", 青岛理工大学学报, no. 04 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261231A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-11-01 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种从活性污泥中高效富集产pha菌群的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114769296B (zh) | 2024-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102010058B (zh) | 一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法 | |
| Denac et al. | Packed‐and fluidized‐bed biofilm reactor performance for anaerobic wastewater treatment | |
| CN107935177A (zh) | 新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器及其高效脱氮与温室气体减排方法 | |
| CN101735440B (zh) | 一种利用水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法 | |
| US20210363039A1 (en) | Preparation Method and Application of External Carbon Source by Denitrification from Lake Algae | |
| CN102674539A (zh) | 一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法 | |
| CN102092846B (zh) | 一种同步脱氮除碳好氧颗粒污泥的连续培养方法 | |
| CN101468849A (zh) | 利用负荷调控技术快速培养好氧颗粒污泥的方法 | |
| CN101225405A (zh) | 一种微生物絮凝剂的生产方法及使用方法 | |
| Long et al. | Rapid cultivation of aerobic granular sludge in a continuous flow reactor | |
| CN104973685A (zh) | 一种好氧颗粒污泥的培养方法 | |
| CN115353198B (zh) | 一种基于海绵铁-硫代硫酸钠自养反硝化生物滤池同步脱氮除磷的方法 | |
| CN110655183B (zh) | 一种弱磁场强化好氧污泥颗粒化及除污性能的方法 | |
| CN114769296B (zh) | 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 | |
| CN113337549B (zh) | 一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法 | |
| CN106947711B (zh) | 一种高适用性硝化菌剂的制备方法 | |
| CN109133345A (zh) | 一种快速培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法 | |
| CN103834697B (zh) | 一种采用好氧颗粒污泥合成生物可降解塑料的方法 | |
| CN206457319U (zh) | 一种兼氧mbr膜生活污水处理设备 | |
| CN115108636A (zh) | 可调控的水解酸化-好氧颗粒污泥组合污水处理系统及方法 | |
| CN114835255A (zh) | 基于铁炭载体的复合生物反应器及其制备与污水处理方法 | |
| CN112961766B (zh) | 有机废物合成聚羟基脂肪酸酯的反应系统及其使用方法 | |
| CN104609540A (zh) | 一种含氨废水的处理方法 | |
| CN112342250B (zh) | 降解丙酸产甲烷的颗粒污泥制备的方法 | |
| CN108531520A (zh) | 单一反应器中两步法生产生物合成塑料pha的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |