TW202202625A - 聚羥基烷酸酯萃取系統 - Google Patents

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Abstract

一種聚羥基烷酸酯萃取系統，包括預先處理子系統、萃取子系統及回收子系統。預先處理子系統包括發酵裝置及活化裝置，以進行微生物馴養製程。萃取子系統包括冷凍裝置、預處理裝置及萃取裝置。萃取子系統用於接收第三污泥以使第三污泥於冷凍裝置中進行冷凍製程、預處理製程、萃取製程及純化製程以形成聚羥基烷酸酯混合物，萃取裝置並進行沉澱製程以產生聚羥基烷酸酯沉澱物。回收子系統包括污泥好氧消化裝置及序列間歇式活性污泥處理裝置，以進行污泥好氧消化製程及序列間歇式活性污泥處理製程。

Description

聚羥基烷酸酯萃取系統
本發明是有關於一種萃取系統，且特別關於一種聚羥基烷酸酯萃取系統。
隨著環保議題發展，生物可分解材料的開發也越來越受到重視。聚羥基烷酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHAs）是一種重要的生物可分解塑膠的原料，並具有伸展性與熱塑性等適合進一步加工成型的特性，其性質類似於聚乙烯（PE）或聚苯乙烯（PS）。
聚羥基烷酸酯是微生物細胞內常見的生物高分子產物。許多微生物在氮、磷、硫、氧或鎂等生長基本元素受限，但在外部碳源存在的環境下，可攝取基質合成聚羥基烷酸酯。聚羥基烷酸酯是由碳、氫、氧所組成的脂肪族聚合物，且是以hydroxyalkanoates（Has）單元體所聚合而成。不同HA所合成的聚羥基烷酸酯種類多達150種。
然而，現有聚羥基烷酸酯生產方法需要消耗較多能源，且生產成本較高。此外，現有萃取聚羥基烷酸酯的過程中所用的萃取劑價格亦高，且對環境的危害較大。鑑於高生產成本一直是阻礙生物可分解材料普及化的主要因素，降低聚羥基烷酸酯的生產成本並改善其萃取純度，以提升聚羥基烷酸酯工業化製造生產的經濟效益，實為本領域相關人員所關注的焦點。
“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供一種聚羥基烷酸酯萃取系統，可以有效的萃取聚羥基烷酸酯。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
本發明的聚羥基烷酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHAs）萃取系統包括一預先處理子系統、一萃取子系統及一回收子系統。該預先處理子系統包括一發酵裝置及一活化裝置。該發酵裝置具有一發酵槽。該發酵裝置用於置入一第一污泥並使該第一污泥於該發酵槽中發酵以形成一發酵液。該活化裝置具有一恆溫水槽及一供氧裝置。該活化裝置用於置入一第二污泥並使該第二污泥於該恆溫水槽中被水稀釋。該供氧裝置用於提供該恆溫水槽中的該第二污泥氧氣，以使該第二污泥活化而形成一活化污泥。該活化裝置並用於接收該發酵液以致使該活化污泥與該發酵液在該恆溫水槽中進行一微生物馴養製程以形成一第三污泥。該萃取子系統包括一冷凍裝置、一預處理裝置及一萃取裝置。該萃取子系統用於接收該第三污泥以使該第三污泥於該冷凍裝置中進行一冷凍製程以形成一第四污泥。該預處理裝置接收該第四污泥並進行一預處理製程以破壞該第四污泥內的微生物細胞的細胞體。該萃取裝置包括一萃取槽及一沉澱槽。該萃取裝置用於接收該第四污泥以使該第四污泥於該萃取槽中進行一萃取製程及一純化製程以形成一聚羥基烷酸酯混合物及一第一廢棄物，其中該萃取製程包括添加一次氯酸鈉水溶液至該第四污泥中，以使微生物細胞的細胞壁被破壞並釋出一聚羥基烷酸酯。該純化製程用於移除非該聚羥基烷酸酯的物質。該沉澱槽接收該聚羥基烷酸酯混合物並進行一沉澱製程以產生一聚羥基烷酸酯沉澱物及一第二廢棄物。該回收子系統包括一污泥好氧消化裝置及一序列間歇式活性污泥處理裝置。該污泥好氧消化裝置用於接收部分該第一廢棄物及/或部分該第二廢棄物以進行一污泥好氧消化製程。該序列間歇式活性污泥處理裝置用於接收部分該第一廢棄物及/或部分該第二廢棄物以進行一序列間歇式活性污泥處理製程。
在本發明的一實施例中，上述之該萃取槽還包括一攪拌器及一液位控制器。
在本發明的一實施例中，上述之該預處理裝置包括一超音波粉碎機，該預處理製程包括對該第四污泥進行一超音波處理製程，以該超音波粉碎機對該第四污泥施加一超音波。
在本發明的一實施例中，上述之該預處理製程包括將該第四污泥置於溫度30℃以上的環境，或在該第四污泥中添加該次氯酸鈉水溶液。
在本發明的一實施例中，上述之該預處理裝置23包括一高壓脈衝產生器，該預處理製程包括對該第四污泥進行一高壓脈衝萃取製程，該高壓脈衝產生器對該第四污泥施加一高壓脈衝電場，以破壞該微生物並釋出該聚羥基烷酸酯。
在本發明的一實施例中，上述之該萃取製程包括添加該次氯酸鈉水溶液至該第四污泥中以配製出液固比為0.67 mg/ml~4 mg/ml的一污泥混合物，其中液固比是該第四污泥中固體部分的重量與添加的該次氯酸鈉水溶液體積的比例。
在本發明的一實施例中，上述之該該萃取槽還包括一離心裝置，該純化製程包括將該污泥混合物進行離心，再以一丙酮清洗並進行離心，以移除非該聚羥基烷酸酯的物質。
在本發明的一實施例中，上述之該第一污泥於該發酵槽中於40℃~50℃下發酵4-6天以形成該發酵液。
在本發明的一實施例中，上述之該活化裝置還包括一溶氧監測器，在該活化裝置接收該發酵液時，當該活化污泥的飽和溶氧量（Dissolved Oxygen，DO）達到75%~85%（6.18~7.01mg/L）時，加入該發酵液以合成聚羥基烷酸酯，且於該活化污泥的飽和溶氧量下降至65%~75%（5.36~6.18mg/L）時再次添加該發酵液，並重複操作前述步驟5~10次以形成該第三污泥。
在本發明的一實施例中，在上述之該預處理製程之後，添加一界面活性劑溶液至該第四污泥，該界面活性劑溶液是十二烷基磺酸鈉（sodium dodecyl sulfate，簡稱為SDS）水溶液。
基於上述，本發明提供的聚羥基烷酸酯萃取系統透過設置預先處理子系統、萃取子系統及回收子系統，可以大幅提高聚羥基烷酸酯的萃取效率，大幅降低萃取成本，且能有效萃取到高純度聚羥基烷酸酯，而具有較佳的經濟效益的自廢棄污泥萃取聚羥基烷酸酯。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
請參照圖1，圖1是本發明一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統100的示意圖。該聚羥基烷酸酯萃取系統100包括一預先處理子系統1、一萃取子系統2及一回收子系統3。該預先處理子系統1可以以污泥培養聚羥基烷酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHAs）。該萃取子系統2可以萃取污泥中的聚羥基烷酸酯。該回收子系統3可以回收處理製程中產生的廢棄物。藉此可以大幅提高聚羥基烷酸酯的萃取效率。具體的操作細節以下將會詳細說明。
該預先處理子系統1包括一發酵裝置11及一活化裝置13。該發酵裝置11具有一發酵槽111。該發酵裝置11用於置入一第一污泥S1並使該第一污泥S1於該發酵槽111中發酵以形成一發酵液F。
該活化裝置13具有一恆溫水槽131及一供氧裝置133。該活化裝置13用於置入一第二污泥S2並使該第二污泥S2於該恆溫水槽131中被水稀釋。該供氧裝置133用於提供該恆溫水槽131中的該第二污泥S2氧氣，以使該第二污泥S2活化而形成一活化污泥SA。該活化裝置13並用於接收該發酵液F以致使該活化污泥SA與該發酵液F在該恆溫水槽131中進行一微生物馴養製程P1以形成一第三污泥S3。
該萃取子系統2包括一冷凍裝置21、一預處理裝置23及一萃取裝置25。該萃取子系統2用於接收該第三污泥S3，以使該第三污泥S3於該冷凍裝置21中進行一冷凍製程P2以形成一第四污泥S4。該冷凍製程P2對該第三污泥S3進行冷凍，可以使該第三污泥S3中的微生物細胞停止活動。該預處理裝置23接收冷凍後的該第四污泥S4並進行一預處理製程P3以破壞該第四污泥S4內的微生物細胞（未圖示）的細胞體。在圖1所示實施例中，以該冷凍裝置21設置於該預處理裝置23上作為舉例說明，但本發明並不以此為限制。在本發明的其他實施例中，該冷凍裝置21與該預處理裝置23可以是獨立的2個裝置。該冷凍裝置21可以任何可能的冷卻器來實現。
該萃取裝置25包括一萃取槽251及一沉澱槽253。該萃取裝置25用於接收該第四污泥S4以使該第四污泥S4於該萃取槽251中進行一萃取製程P4及一純化製程P5以形成一聚羥基烷酸酯混合物S6及一第一廢棄物W1。其中該萃取製程P4包括添加一次氯酸鈉（NaOCl）水溶液C1至該第四污泥S4中，以使該第四污泥S4中的微生物細胞的細胞壁被破壞並釋出聚羥基烷酸酯。接著，在該萃取槽251可以執行該純化製程P5。該純化製程P5用於移除非該聚羥基烷酸酯的物質。
在本實施例中，該沉澱槽253接收該聚羥基烷酸酯混合物S6並進行一沉澱製程P6，對該聚羥基烷酸酯混合物S6進行沉澱分離，以產生一聚羥基烷酸酯沉澱物S7及一第二廢棄物W2。該聚羥基烷酸酯沉澱物S7例如可以由該沉澱槽253的一收集口2531進行收集，但本發明並不以此為限制。藉此，本發明的該萃取子系統2可以有效的萃取得高純度的該聚羥基烷酸酯沉澱物S7。
在本實施例中，該回收子系統3包括一污泥好氧消化裝置31及一序列間歇式活性污泥處理裝置33。該污泥好氧消化裝置31用於接收部分該第一廢棄物W1及/或部分該第二廢棄物W2以進行一污泥好氧消化製程P7，以對部分該第一廢棄物W1及/或部分該第二廢棄物W2進行污泥好氧消化（Aerobic sludge digestion）。該污泥好氧消化製程P7是在好氧狀態下，利用微生物作用將有機性污泥（即該第一廢棄物W1及/或部分該第二廢棄物W2）穩定化的製程。污泥在通氣狀態下，經好氧微生物作用將污泥中的有機物質氧化為二氧化碳、水及氨。氨再進一步氧化成硝酸鹽類。該污泥好氧消化製程P7可以減少污泥量，改善污泥的脫水性，並使污泥穩定，避免在後續處理製程中分解發臭，能有效處理產生的廢棄物。
該序列間歇式活性污泥處理裝置33用於接收部分該第一廢棄物W1及/或部分該第二廢棄物W2以進行一序列間歇式活性污泥處理製程P8（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，SBR）。該序列間歇式活性污泥處理製程P8是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，可以有效處理部分該第一廢棄物W1及/或部分該第二廢棄物W2。藉此，本實施例的該聚羥基烷酸酯萃取系統100不但可以大幅提高聚羥基烷酸酯的萃取效率，並能有效處理產生的廢棄物。
此外，該第一污泥S1及/或該第二污泥S2可取自於任何類型的污泥（例如：生活污泥、醫院污泥、發酵業污泥及畜牧業污泥等）。
在本實施例中，在該第一污泥S1於該發酵槽111中發酵以形成該發酵液F時，是對該第一污泥S1進行發酵反應（Fermentation），以直接自該第一污泥S1中獲得後續用於餵養微生物的碳源。在一實施例中，將該第一污泥S1置於40℃~50℃中發酵4~6天。在另一實施例中，將該第一污泥S1置於於40℃下發酵5天。
在本實施例中，在該第二污泥S2置於該恆溫水槽131中被水稀釋之前，可以讓該第二污泥S2過篩（例如以透過篩網）以去除雜質，例如除去石頭及葉子等大型雜質。再將該第二污泥S2之酸鹼值調整為pH=10.5~pH=11.5（較佳為pH=11），再將該第二污泥S2靜置於4°C中至少12小時。以使後續聚羥基烷酸酯的培養有最好的效果。
此外，在形成該活化污泥SA的製程中，其目的在於將該第二污泥S2以氧氣充分曝氣以活化該第二污泥S2，藉此提供該第二污泥S2中之好氧微生物群（未圖示）於後續馴養處理時中所需之氧氣。而該第二污泥S2置於該恆溫水槽131中被水稀釋，可以達到較佳的曝氣活化效果。在本發明一實施例中，以RO水與該第二污泥S2以1：1混合而稀釋。如此，將稀釋後之該第二污泥S2進行氧氣曝氣後，可使氧氣均勻分布於該第二污泥S2之中，以達到較佳的活化效果。該供氧裝置133可以任何可能的氧氣供應器來實現，本發明並不以此為限制。
在本發明一實施例中，該活化裝置13還包括一溶氧監測器135，用於監測該恆溫水槽131中物質的溶氧。在該微生物馴養製程P1中，該活化裝置13接收該發酵液F時，當該活化污泥SA的飽和溶氧量（Dissolved Oxygen，DO）達到75%~85%（6.18~7.01mg/L）時，加入該發酵液F以合成聚羥基烷酸酯，且於該活化污泥SA的飽和溶氧量下降至65%~75%（5.36~6.18mg/L）時再次添加該發酵液F，並重複操作前述步驟5~10次以形成該第三污泥S3。藉此，該發酵液F注入該活化污泥SA以進行微生物馴養而促使細胞合成並蓄積聚羥基烷酸酯。
透過該溶氧監測器135的設置，前述之微生物馴養方法，能夠以較簡易的流程監控微生物消耗外部碳源的狀況，因而能夠準確地再次添加外部碳源（即發酵液F），因此可以將食微比（Food to Microorganism ratio，F/M）控制在0.19±0.08，藉以達到高效能之過飽/過飢交替培養，進而提高細胞中聚羥基烷酸酯的合成及儲存速率。可以大幅提高該預先處理子系統1培養聚羥基烷酸酯的效能。
另外，該發酵裝置11與該活化裝置13之間可以設置任何可能的管道及流量控制機構，以致使該發酵液F可以自動的按需求注入該活化污泥SA。
此外，在該活化污泥SA中加入該發酵液F以合成聚羥基烷酸酯時，是在溫度範圍介於23℃~26℃及酸鹼值範圍介於pH=8.5~pH=9.5的環境下添加該發酵液F，但本發明並不以此為限制。
在本實施例中，該預處理裝置23包括一超音波粉碎機231。該預處理製程P3包括對該第四污泥S4進行一超音波處理製程，以該超音波粉碎機231對該第四污泥S4施加一超音波，以粉碎該第四污泥S4並破壞該第四污泥S4內的微生物細胞的細胞體，以利後續的萃取作業。
在本發明一實施例中，該預處理製程P3包括將該第四污泥S4置於溫度30℃以上的環境，以破壞該第四污泥S4內的微生物細胞的細胞體，以利後續的萃取作業。
在本發明一實施例中，該預處理製程P3包括在該第四污泥S4中添加一次氯酸鈉（NaClO）水溶液，以破壞該第四污泥S4內的微生物細胞的細胞體，以利後續的萃取作業。
在本發明一實施例中，在該預處理製程P3之後，例如還可以添加一界面活性劑溶液至該第四污泥S4。該界面活性劑溶液例如是一十二烷基磺酸鈉（sodium dodecyl sulfate，簡稱為SDS）水溶液。由於該界面活性劑溶液的分子會進入微生物細胞的細胞膜的磷脂雙層中，且随著該界面活性劑溶液的濃度增加，越來越多該界面活性劑溶液的分子結合到磷脂雙層，將使細胞膜的體積不斷增大。當與磷脂雙層結合的界面活性劑分子已達飽和，再繼續增加界面活性劑分子就會與磷脂雙層形成大量膠團並導致細胞膜受到破壞。藉此，細胞內的聚羥基烷酸酯物質就能釋出。此外，由於該界面活性劑溶液有造成蛋白質變性、增溶等作用，即使該界面活性劑溶液的量未達飽和，仍會影響細胞膜結構使細胞膜較容易受到破壞，同樣有利於PHAs物質的釋出。
在本發明一實施例中，該十二烷基磺酸鈉水溶液的濃度為1~10 w/v%。在本發明一實施例中，添加該界面活性劑溶液至該第四污泥S4是在溫度30℃~40℃下進行反應。
在本發明一實施例中，該萃取槽251還包括一攪拌器2513及一液位控制器2515。該攪拌器2513用於混合該萃取槽251內的物質。該液位控制器2515用於控制該萃取槽251內的物質的液位。藉此，可以提高該萃取槽251的效能與準確度。
在本發明一實施例中，該萃取製程P4包括添加該次氯酸鈉水溶液C1至該第四污泥S4中以配製出液固比為0.67 mg/ml~4 mg/ml的一污泥混合物S5，以使該第四污泥S4中的微生物細胞的細胞壁被破壞並釋出聚羥基烷酸酯。其中液固比是該第四污泥S4中固體部分的重量與添加的該次氯酸鈉水溶液C1體積的比例。
在本發明一實施例中，該污泥混合物S5的液固比為0.67 mg/ml ~0.95 mg/ml。在本發明一實施例中，該次氯酸鈉水溶液C1的濃度為10 v/v%~60 v/v%。在本發明一實施例中，該次氯酸鈉水溶液C1的濃度為10 v/v%~100 v/v%。在本發明一實施例中，該萃取製程P4是在37℃的溫度下執行。
此外，該萃取子系統2例如還可以包括槽體254、255、256。在本實施例中，該槽體254用於儲存水、該槽體255用於儲存該次氯酸鈉（NaOCl）水溶液C1，該槽體256用於儲存該十二烷基磺酸鈉（SDS）水溶液。藉此，該槽體254、255、256可以提供各製程所需的原料。
在本發明一實施例中，該萃取槽251還包括一離心裝置2511。該純化製程P5是將該污泥混合物S5進行離心並移去上層的液體（即第一廢棄物W1）後，再以丙酮清洗並進行離心，以移除非該聚羥基烷酸酯的物質。該離心裝置2511可以任何可能型式的離心機來實現，本發明並不以此為限制。此外，在該沉澱製程P6中，該沉澱槽253例如也可以包括一離心裝置（未圖示），以對該聚羥基烷酸酯混合物S6進行離心，而產生該聚羥基烷酸酯沉澱物S7及該第二廢棄物W2。
在本發明一實施例中，在進行該純化製程P5之前，可以將該污泥混合物S5進行離心並移去上層液（即第一廢棄物W1）後，再添加冰酒精以使聚羥基烷酸酯單離，以移除非該聚羥基烷酸酯的物質。
在本實施例中，各物質在各裝置之間的流動/移動可以透過任何可能的管線、閥體、及/或自動/手動流體控制器來實現，其具體細節並不贅述。
藉由限制該污泥混合物S5的液固比範圍，並輔以該冷凍製程P2、該微生物處理製程P3與該純化製程P5，就能在不進行純菌培養的情況下直接自所收集的廢棄污泥（即該第一污泥S1及/或該第二污泥S2）中萃取出高純度的聚羥基烷酸酯(PHAs)。因而能增加廢棄污泥再利用價值而有益於環保並能降低萃取的原物料成本。而選用對環境相對較友善的該次氯酸鈉水溶液C1作為主要萃取劑則能降低對環境的危害。因此，本實施例的該聚羥基烷酸酯萃取系統100具有環保、萃取成本較低且能順利獲得高純度聚羥基烷酸酯原料等優點。藉此，有助於聚羥基烷酸酯的應用普及化，並能進一步發展成工業上製造生產聚羥基烷酸酯的系統而深具實用價值。
請參閱圖2，圖2是本發明另一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統200的示意圖。本實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統200的結構與功能與圖1所示的聚羥基烷酸酯萃取系統100相似。本實施例與圖1所示實施例不同之處在於：該萃取子系統2a的該預處理裝置23包括一高壓脈衝產生器233。
該預處理製程P3包括對該第四污泥S4進行一高壓脈衝萃取製程。該高壓脈衝產生器233對該第四污泥S4施加一高壓脈衝電場（未圖示），以破壞該第四污泥S4中的微生物並釋出聚羥基烷酸酯。
在本發明一實施例中，該高壓脈衝電場介於50伏特至400伏特之間，該高壓脈衝電場的施加時間介於5秒至90秒之間，該高壓脈衝電場的施加頻率介於500Hz至1000Hz 之間。
在本發明一實施例中，該高壓脈衝產生器以100伏特至400伏特、500Hz至1000Hz 的頻率對該第四污泥S4施予該高壓脈衝電場15秒至60秒。
在本實施例中，透過該高壓脈衝產生器233以高壓脈衝法（electroporation），利用極短時間的大脈衝電場使微生物細胞短暫產生一些微小孔隙，藉此達到聚羥基烷酸酯萃取的效果。
在本發明一實施例中，該預處理裝置23可以同時包括該高壓脈衝產生器233及該超音波粉碎機231，藉此達到聚羥基烷酸酯萃取的效果。
請參閱圖3，圖3是本發明又一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統300的示意圖。本實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統300的結構與功能與圖1所示的聚羥基烷酸酯萃取系統100相似。本實施例與圖1所示實施例不同之處在於：在該聚羥基烷酸酯萃取系統300中，該萃取子系統2b將圖1所示的該萃取槽251及該沉澱槽253整合於一萃取裝置25a中，且將該冷凍裝置21及該預處理裝置23整合於該萃取裝置25a中。即該萃取裝置25a同時具有圖1所示實施例的該冷凍裝置21、該預處理裝置23、該萃取槽251及該沉澱槽253的功能。藉此，可以大幅降低該聚羥基烷酸酯萃取系統300的體積、複雜度，並降低成本。
綜上所述，本發明實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統透過設置預先處理子系統、萃取子系統及回收子系統，可以大幅提高聚羥基烷酸酯的萃取效率，大幅降低萃取成本，且能有效萃取到高純度聚羥基烷酸酯，而具有較佳的經濟效益的自廢棄污泥萃取聚羥基烷酸酯。
100、200、300:聚羥基烷酸酯萃取系統 1:預先處理子系統 11:發酵裝置 111:發酵槽 13:活化裝置 131:恆溫水槽 133:供氧裝置 135:溶氧監測器 2:萃取子系統 21:冷凍裝置 23:預處理裝置 231:超音波粉碎機 233:高壓脈衝產生器 25、25a、25b:萃取裝置 251:萃取槽 2511:離心裝置 2513:攪拌器 2515:液位控制器 253:沉澱槽 2531:收集口 254、255、256:槽體 3:回收子系統 31:污泥好氧消化裝置 33:序列間歇式活性污泥處理裝置 C1:次氯酸鈉水溶液 F:發酵液 P1:微生物馴養製程 P2:冷凍製程 P3:預處理製程 P4:萃取製程 P5:純化製程 P6:沉澱製程 P7:污泥好氧消化製程 P8:序列間歇式活性污泥處理製程 S1:第一污泥 S2:第二污泥 S3:第三污泥 S4:第四污泥 S5:污泥混合物 S6:聚羥基烷酸酯混合物 S7:聚羥基烷酸酯沉澱物 SA:活化污泥 W1:第一廢棄物 W2:第二廢棄物
圖1是本發明一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統的示意圖。 圖2是本發明另一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統的示意圖。 圖3是本發明又一實施例的聚羥基烷酸酯萃取系統的示意圖。
100:聚羥基烷酸酯萃取系統
1:預先處理子系統
11:發酵裝置
111:發酵槽
13:活化裝置
131:恆溫水槽
133:供氧裝置
135:溶氧監測器
2:萃取子系統
21:冷凍裝置
23:預處理裝置
231:超音波粉碎機
25:萃取裝置
251:萃取槽
2511:離心裝置
2513:攪拌器
2515:液位控制器
253:沉澱槽
2531:收集口
254、255、256:槽體
3:回收子系統
31:污泥好氧消化裝置
33:序列間歇式活性污泥處理裝置
C1:次氯酸鈉水溶液
F:發酵液
P1:微生物馴養製程
P2:冷凍製程
P3:預處理製程
P4:萃取製程
P5:純化製程
P6:沉澱製程
P7:污泥好氧消化製程
P8:序列間歇式活性污泥處理製程
S1:第一污泥
S2:第二污泥
S3:第三污泥
S4:第四污泥
S5:污泥混合物
S6:聚羥基烷酸酯混合物
S7:聚羥基烷酸酯沉澱物
SA:活化污泥
W1:第一廢棄物
W2:第二廢棄物

Claims (10)

  1. 一種聚羥基烷酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHAs）萃取系統，包括： 一預先處理子系統，包括： 一發酵裝置，具有一發酵槽，該發酵裝置用於置入一第一污泥並使該第一污泥於該發酵槽中發酵以形成一發酵液；以及 一活化裝置，具有一恆溫水槽及一供氧裝置，該活化裝置用於置入一第二污泥並使該第二污泥於該恆溫水槽中被水稀釋，該供氧裝置用於提供該恆溫水槽中的該第二污泥氧氣，以使該第二污泥活化而形成一活化污泥，該活化裝置並用於接收該發酵液以致使該活化污泥與該發酵液在該恆溫水槽中進行一微生物馴養製程以形成一第三污泥； 一萃取子系統，包括： 一冷凍裝置，該萃取子系統用於接收該第三污泥以使該第三污泥於該冷凍裝置中進行一冷凍製程以形成一第四污泥； 一預處理裝置，該預處理裝置接收該第四污泥並進行一預處理製程以破壞該第四污泥內的微生物細胞的細胞體；以及 一萃取裝置，該萃取裝置包括一萃取槽及一沉澱槽，該萃取裝置用於接收該第四污泥以使該第四污泥於該萃取槽中進行一萃取製程及一純化製程以形成一聚羥基烷酸酯混合物及一第一廢棄物，其中該萃取製程包括添加一次氯酸鈉水溶液至該第四污泥中，以使微生物細胞的細胞壁被破壞並釋出一聚羥基烷酸酯，該純化製程用於移除非該聚羥基烷酸酯的物質，該沉澱槽接收該聚羥基烷酸酯混合物並進行一沉澱製程以產生一聚羥基烷酸酯沉澱物及一第二廢棄物；以及 一回收子系統，包括： 一污泥好氧消化裝置，用於接收部分該第一廢棄物及/或部分該第二廢棄物以進行一污泥好氧消化製程；以及 一序列間歇式活性污泥處理裝置，用於接收部分該第一廢棄物及/或部分該第二廢棄物以進行一序列間歇式活性污泥處理製程。
  2. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該萃取槽還包括一攪拌器及一液位控制器。
  3. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該預處理裝置包括一超音波粉碎機，該預處理製程包括對該第四污泥進行一超音波處理製程，以該超音波粉碎機對該第四污泥施加一超音波。
  4. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該預處理製程包括將該第四污泥置於溫度30℃以上的環境，或在該第四污泥中添加該次氯酸鈉水溶液。
  5. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該預處理裝置23包括一高壓脈衝產生器，該預處理製程包括對該第四污泥進行一高壓脈衝萃取製程，該高壓脈衝產生器對該第四污泥施加一高壓脈衝電場，以破壞該微生物並釋出該聚羥基烷酸酯。
  6. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該萃取製程包括添加該次氯酸鈉水溶液至該第四污泥中以配製出液固比為0.67 mg/ml~4 mg/ml的一污泥混合物，其中液固比是該第四污泥中固體部分的重量與添加的該次氯酸鈉水溶液體積的比例。
  7. 如請求項6所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該該萃取槽還包括一離心裝置，該純化製程包括將該污泥混合物進行離心，再以一丙酮清洗並進行離心，以移除非該聚羥基烷酸酯的物質。
  8. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該第一污泥於該發酵槽中於40℃~50℃下發酵4-6天以形成該發酵液。
  9. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中該活化裝置還包括一溶氧監測器，在該活化裝置接收該發酵液時，當該活化污泥的飽和溶氧量（Dissolved Oxygen，DO）達到75%~85%（6.18~7.01mg/L）時，加入該發酵液以合成聚羥基烷酸酯，且於該活化污泥的飽和溶氧量下降至65%~75%（5.36~6.18mg/L）時再次添加該發酵液，並重複操作前述步驟5~10次以形成該第三污泥。
  10. 如請求項1所述的聚羥基烷酸酯萃取系統，其中在該預處理製程之後，添加一界面活性劑溶液至該第四污泥，該界面活性劑溶液是十二烷基磺酸鈉（sodium dodecyl sulfate，簡稱為SDS）水溶液。
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