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如何利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯

發布時間:2020-1-1 7:42:52  中國污水處理工程網

  申請日2019.08.29

  公開(公告)日2019.12.13

  IPC分類號C12P7/62; C02F11/04; C02F3/28

  摘要

  本發明公開了一種利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,包括白酒廢水與添加部分破碎污泥的剩余污泥在一定比例混合條件下聯合厭氧發酵培養,發酵產物作為合成聚羥基烷酸酯的底物;使用序批式反應器進行活性污泥的馴化,使其按照Feast‑Famine模式進行“進料‑曝氣‑靜沉‑排水‑進料”循環運轉,即間歇性的控制反應器內底物充盈與匱乏的持續時間;按一定比例在反應器中加入發酵產物與馴化后的活性污泥,在pH=8和合成溫度為25±1℃條件下,將氧氣作為電子受體,進行聚羥基烷酸酯的合成。本發明既能夠實現白酒廢水的資源化利用和剩余污泥的消減,又能夠生產具有較高利用價值的生物塑料聚羥基烷酸酯,實現低成本原料生產聚羥基烷酸酯。

  權利要求書

  1.利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,其特征在于,包括以下步驟:

  1)將白酒廢水與添加了破碎污泥的剩余污泥在一定比例混合條件下聯合厭氧發酵培養,發酵產物作為合成聚羥基烷酸酯的底物;

  2)使用序批式反應器進行活性污泥的馴化,使其按照Feast-Famine模式進行“進料-曝氣-靜沉-排水-進料”循環運轉,即間歇性的控制反應器內底物充盈與匱乏的持續時間;

  3)按一定比例在反應器中加入發酵產物與馴化后的活性污泥,在pH=8和合成溫度為25±1℃條件下,將氧氣作為電子受體,進行聚羥基烷酸酯的合成。

  2.根據權利要求1所述的利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,其特征在于,所述步驟1)中的白酒廢水與剩余污泥添加比例為4:1,發酵時間為10d。

  3.根據權利要求1所述的利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,其特征在于,步驟1)中所述破碎污泥是經超聲破碎儀破碎的,超聲破碎儀的超聲波頻率為20kHz,超聲密度1.0W/mL,超聲時間為10min,超聲預處理后的污泥貯存于4℃進行發酵試驗。

  4.根據權利要求3所述的利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,其特征在于,所述步驟1)中經超聲破碎儀破碎的剩余污泥與未破碎的剩余污泥混合比例為1:1。

  5.根據權利要求1所述的利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,其特征在于,所述步驟3)在氧氣作為電子受體條件下,添加白酒廢水與剩余污泥比例為4:1的發酵液作為碳源,反應時間3h,PHA達到最大累積量。

  說明書

  利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法

  技術領域

  本發明涉及環境保護以及資源化技術領域,具體地說是涉及一種利用剩余污泥與白酒廢水聯合發酵產物為電子供體高效生產聚羥基烷酸酯的方法。

  背景技術

  PHA(即聚羥基烷酸酯)是一種天然的高分子生物材料,它不僅具有合成塑料的物化特性,還具有生物相容性、氣體相隔性、生物可降解性、光學活性等其他獨特優良特性,因此PHA廣泛應用于包裝、醫療、農業、漁業和化妝等領域,受到科學界和產業界的重視。目前采用工業合成PHA主要采用細菌發酵法和基因工程法,但其操作成本高、工藝復雜等缺點嚴重制約著PHA的市場化。

  近年來利用富含多種混合菌群微生物和豐富碳源的活性污泥生產PHA成為了研究熱點,并且取得了很大的成果。高濃度有機廢水經過水解酸化生成多種VFAs,如乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、戊酸、異戊酸等,混合菌群活性污泥能利用有機酸為碳源合成PHA。因此,利用高濃度廢水合成PHA不僅可降解廢水中的有機污染物,還能降低PHA的生產成本。

  白酒作為中國特有的一種蒸餾酒,其生產過程中產生的白酒廢水是我國特有的一種高濃度有機廢水。據統計,每生產1t白酒就會產生15~25t高濃度有機廢水。白酒廢水富含淀粉、糖類、醇類、乳酸、乙酸和其他有機酸等,可生化性能較好,是活性污泥法合成PHA的理想碳源。

  大量文獻表明,白酒廢水和剩余污泥在厭氧發酵產酸上具有協同作用,單獨利用剩余污泥或者白酒廢水進行厭氧發酵時產生的VFAs產率較低,從而限制了后續活性污泥合成PHA的產率。因此,探索白酒廢水和剩余污泥在厭氧發酵產酸上是否具有協同作用,并進一步研究活性污泥以白酒廢水和剩余污泥聯合厭氧發酵液為電子供體合成PHA的可能性具有很大的現實意義。這樣不僅資源化利用了污水處理廠產生的大量剩余污泥和白酒行業產生的白酒廢水,還有效地實現對廢棄物的減量化、無害化和資源化。

  發明內容

  本發明為了克服現有技術中存在的不足,提供一種利用剩余污泥與白酒廢水聯合發酵產物為電子供體高效生產聚羥基烷酸酯的方法,提高聚羥基烷酸酯產率。

  為解決上述技術問題,本發明采用的技術方案如下:

  利用剩余污泥與白酒廢水聯合生產聚羥基烷酸酯的方法,包括以下步驟:

  1)將白酒廢水與添加了破碎污泥的剩余污泥在一定比例混合條件下聯合厭氧發酵培養,發酵產物作為合成聚羥基烷酸酯的底物;

  2)使用序批式反應器進行活性污泥的馴化,使其按照Feast-Famine模式進行“進料-曝氣-靜沉-排水-進料”循環運轉,即間歇性的控制反應器內底物充盈與匱乏的持續時間;

  3)按一定比例在反應器中加入發酵產物與馴化后的活性污泥,在pH=8和合成溫度為25±1℃條件下,將氧氣作為電子受體,進行聚羥基烷酸酯的合成。

  作為優選,所述步驟1)中的白酒廢水與剩余污泥添加比例為4:1,發酵時間為10d。

  優選地,步驟1)中所述破碎污泥是經超聲破碎儀破碎的,超聲破碎儀的超聲波頻率為20kHz,超聲密度1.0W/mL,超聲時間為10min,超聲預處理后的污泥貯存于4℃進行發酵試驗。

  通過超聲波破解剩余污泥得到破碎污泥,可以釋放出污泥細胞中的有機質,有機質在厭氧菌胞外酶的作用下很容易水解成較小的分子,從而促進厭氧消化。而參與厭氧發酵的生物也有可能在超聲破解時因細胞破裂大量死亡,導致產酸過程中主導菌群過少,產酸效率低。因此,本工藝采取破碎污泥與未破碎污泥按1:1比例混合,與白酒廢水聯合發酵。

  優選地,所述步驟1)中經超聲破碎儀破碎的剩余污泥與未破碎的剩余污泥混合比例為1:1。

  優選地,所述步驟3)在氧氣作為電子受體條件下,添加LW:(WAS+BS)=4:1(即白酒廢水:(破碎污泥+剩余污泥)=4:1)的發酵液作為碳源,反應時間3h,PHA達到最大累積量。

  本發明中主要控制發酵階段反應時間、合成階段反應時間和白酒廢水與添加破碎污泥的剩余污泥配比。白酒廢水與添加部分破碎污泥的剩余污泥聯合厭氧發酵培養的過程中,保證環境無空氣進入。本發明的發酵階段在轉速為180rpm的恒溫搖床內進行反應,控制pH值為8,溫度在35℃,TCOD為15000mg/L,LW:(WAS+BS)=4:1時,VFAs生成量最大;本發明的合成階段利用曝氣裝置持續曝氣將反應體系物質混合均勻,控制合成pH值為8,控制反應溫度為25±1℃,LW:(WAS+BS)=4:1時,PHA含量顯著提高,對應反應時間為3h。

  相對于現有技術,本發明具備如下優點:

  1、利用剩余污泥與白酒廢水聯合發酵產物為電子供體高效生產PHA,不僅實現了剩余污泥和白酒廢水的資源化利用,而且產生了高價值的生物塑料PHA,為城市污水和污水廠產生污泥的綜合開發利用提供一種新思路。

  2、可生物降解塑料PHA是一類胞內生物聚酯,可以由多種微生物合成,具有很高的利用價值。PHA不僅具有與其相似的物理化學性質,還具有完全可生物降解性、生物相容性和熱塑料塑性等性能,是替代合成塑料的理想材料,通過混合微生物利用城市污水生產PHA,符合經濟社會可持續發展的重要理念。

  3、以剩余污泥與白酒廢水聯合發酵產物為電子供體,氧氣為電子受體,在白酒廢水:當白酒廢水與添加部分破碎污泥的剩余污泥比例為4:1的條件下,可有效促進VFAs產量增大,促進PHA的合成,為本工藝的優選條件。(發明人翁佳玉;方芳;董錦云;李雨笑;陳玲瓏;張晶思;楊潔)

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