本發(fā)明屬于污泥處理領(lǐng)域，具體涉及一種污泥生物合成羥基丁酸和羥基辛酸共聚體的方法。

背景技術(shù)：

污水處理過程中所產(chǎn)生的活性污泥是污水處理系統(tǒng)中自然形成的微生物與有機(jī)物的聚集體，含有大量碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)、維生素等有機(jī)物和不同種類的微生物，這些含碳物質(zhì)經(jīng)一定處理 ( 如水解酸化 ) 后，可以轉(zhuǎn)化為丁酸、丙酸、乙酸等小分子物質(zhì)，成為合成 PHA 的良好底物，并且使用乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等小分子脂肪酸的混合物可以得到 3- 羥基丁酸 (HB) 與3- 羥基戊酸 (HV) 的共聚物，PHVB 是目前市場上 PHA 生產(chǎn)中最主要的產(chǎn)品之一。因此利用活性污泥作為生產(chǎn) PHAs 的廉價原料來源，不僅可以大大降低 PHAs的生產(chǎn)成本，同時解決了剩余活性污泥造成的環(huán)境污染和占用耕地的問題。

應(yīng)用生物技術(shù)將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為生物能源和生物化學(xué)品已成為有機(jī)固體廢物資源化的熱點(diǎn)。然而，活性污泥無論是用來產(chǎn)甲烷還是產(chǎn)氫氣，獲得的產(chǎn)物附加值都比較低，其經(jīng)濟(jì)效益不容樂觀。因此，利用活性污泥這種廉價的底物生產(chǎn)附加值更高的生物化學(xué)品將成為污泥資源化的新途徑。比如，污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）和污泥合成可降解塑料聚羥基烷酸酯(PHAs)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種污泥生物合成羥基丁酸和羥基辛酸共聚體的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種污泥生物合成羥基丁酸和羥基辛酸共聚體的方法，所述方法為：

（1）將污泥進(jìn)行馴化，每個馴化周期為12-36 h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水+好氧曝氣+排泥+沉淀+出水；進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為4-6L；進(jìn)水結(jié)束后，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為1-3 L/min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為1-3 g/L，污泥濃度以MLSS計(jì)；最后，沉淀后排出4-6 L上清液；每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間10-30 min；每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI、pH值和DO，待上述值穩(wěn)定時，污泥顏色呈黃棕色時，污泥馴化完成；

（2）在馴化好的活性污泥中加入5-7 mmol/L的月桂酸鈉，分3次投加，pH控制在7.0-8.0之間，不添加氮磷，連續(xù)曝氣保持DO在2-3mg/L條件下，即合成羥基丁酸和羥基辛酸共聚體。

優(yōu)選的，所述方法為：

（1）每個馴化周期為24 h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水+好氧曝氣+排泥+沉淀+出水；進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為5 L；進(jìn)水結(jié)束后，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為2 L/min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2 g/L，污泥濃度以MLSS計(jì)；最后，沉淀后排出5 L上清液；每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間不超過20 min；每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI、pH值和DO，待上述值穩(wěn)定時，污泥顏色呈黃棕色時，污泥馴化完成；

（2）在馴化好的活性污泥中加入6 mmol/L的月桂酸鈉，分3次投加，pH控制在7.5之間，不添加氮磷，連續(xù)曝氣保持DO在2mg/L條件下，即合成P(HB-HO)。

本發(fā)明采用月桂酸鈉作為碳源對活性污泥進(jìn)行好氧馴化。馴化過程中不控制溫度和pH值。每個馴化周期為24 h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水+好氧曝氣+排泥+沉淀+出水。進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為5 L；進(jìn)水結(jié)束后，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為2 L/min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2 g/L，污泥濃度以MLSS計(jì)；最后，沉淀后排出5 L上清液。每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間以不超過30 min為宜。每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI、pH值和DO，待上述值穩(wěn)定時，污泥顏色呈黃棕色時，污泥馴化完成。待污泥馴化穩(wěn)定后即可進(jìn)行下一步的污泥合成P(HB-HO)實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)污泥馴化穩(wěn)定后，利用馴化穩(wěn)定的活性污泥，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求加入相應(yīng)的模擬廢水進(jìn)行P(HB-HO)的合成實(shí)驗(yàn)。污泥合成P(HB-HO)是間歇式反應(yīng)器（SBR），通過考察氮源和磷源、碳源投加方式、碳源濃度以及曝氣方式對活性污泥累積P(HB-HO)過程的影響，獲得合成P(HB-HO)的最佳工藝參數(shù)。

在連續(xù)曝氣保持一定的DO條件下，pH控制在7.0-8.0之間，月桂酸鈉濃度在5-7 mmol/L的濃度范圍內(nèi)可以生物合成P(HB-HO)，分次投加，限氮限磷可以提高活性污泥累積P(HB-HO)的含量。

(1) 氮源和磷源對活性污泥累積P(HB-HO)具有非常重要的影響。在限氮限磷條件下，當(dāng)月桂酸鈉濃度為6 mmol/L時，一次性投加碳源時P(HB-HO)的最大累積量達(dá)到156.8 mg/L，占污泥干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.03 %，比在有氮有磷條件下高出32 mg/L。

(2) 分次投加方月桂酸鈉比一次投加方式更利于活性污泥累積P(HB-HO)，在限氮限磷條件下，當(dāng)月桂酸鈉濃度為6 mmol/L時，一次性投加碳源和分次投加碳源時P(HB-HO)的最大累積量分別達(dá)到156.8 mg/L和387.2 mg/L，占污泥干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9.03 %和14.7 %，P(HB-HO)濃度在分次投加碳源條件下比一次性投加碳源條件下高出約230 mg/L。

(3) 連續(xù)曝氣的方式有利于活性污泥對P(HB-HO)的累積。間歇曝氣和調(diào)節(jié)pH可以調(diào)控P(HB-HO)樣品中HO的比例，合成的P(HB-HO)樣品中HO的單體含量在8-17 %。

污泥中P(HB-HO)的提取方法用氯仿法，提取的樣品用紅外光譜分析，證實(shí)為P(HB-HO)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用廉價的剩余活性污泥，輔助長鏈的碳源月桂酸鈉，經(jīng)過調(diào)控生產(chǎn)得到新型生物可降解塑料——P(HB-HO)，實(shí)現(xiàn)剩余污泥的資源化回收利用和生物化學(xué)品合成的多重目的。

附圖說明

圖1 提取的樣品。

圖2 提取的樣品紅外表征。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種污泥生物合成P(HB-HO)的方法，所述方法為：

（1）每個馴化周期為24 h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水+好氧曝氣+排泥+沉淀+出水；進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為5 L；進(jìn)水結(jié)束后，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為2 L/min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2 g/L，污泥濃度以MLSS計(jì)；最后，沉淀后排出上清液；每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間不超過20 min；每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI、pH值和DO，待上述值穩(wěn)定時，污泥顏色呈黃棕色時，污泥馴化完成；2g/L左右，SVI值為65左右，污泥齡為5d。

（2）在馴化好的活性污泥中加入6 mmol/L的月桂酸鈉，分3次投加，pH控制在7.5，不添加氮磷，連續(xù)曝氣保持DO在2mg/L條件下，即合成P(HB-HO)。

污泥中P(HB-HO)的提取用氯仿法，獲得P(HB-HO)的最終累積量為387.2 mg/L，占污泥干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.7 %，HB和HO分別為349.6mg/L和35.6mg/L，合成的P(HB-HO)樣品中HO的單體含量在9.2%。

實(shí)施例2

馴化過程中不控制溫度和pH值。每個馴化周期為12h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水＋好氧曝氣＋排泥＋沉淀＋出水。進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為4L；進(jìn)水結(jié)束后，采用增氧泵進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為1.0 L /min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為1 g/L，污泥濃度以混合液懸浮固體濃度計(jì)；最后，沉淀后排出上清液。每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間以不超過30 min為宜。每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI等指標(biāo)，待上述值穩(wěn)定，污泥顏色呈黃棕色時，說明污泥馴化已完成。此時污泥濃度為2g/L左右，SVI值為65左右，污泥齡為5d。

在馴化好的活性污泥中加入5 mmol/L的月桂酸鈉，分3次投加，pH控制在8，不添加氮磷，連續(xù)曝氣保持曝氣量為2.6 L /min，即合成P(HB-HO)。

污泥中P(HB-HO)的提取用氯仿法，獲得P(HB-HO)的最終累積量為283.1 mg/L，占污泥干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.8 %，HB和HO分別為257.9 mg/L和25.2 mg/L，合成的P(HB-HO)樣品中HO的單體含量在8.9 %。

實(shí)施例3

（1）每個馴化周期為24 h，每個周期運(yùn)行方式為：進(jìn)水+好氧曝氣+排泥+沉淀+出水；進(jìn)水為模擬廢水，進(jìn)水體積為5 L；進(jìn)水結(jié)束后，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，保持曝氣量為2 L/min；在停止好氧曝氣前排出一定量的活性污泥混合液，以控制反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2 g/L，污泥濃度以MLSS計(jì)；最后，沉淀后排出5 L上清液；每次從停止好氧曝氣到重新曝氣的總時間不超過30 min；每個周期在排泥前取樣測MLSS、SVI、pH值和DO，待上述值穩(wěn)定時，污泥顏色呈黃棕色時，污泥馴化完成；2g/L左右，SVI值為65左右，污泥齡為5d。

（2）在馴化好的活性污泥中加入7 mmol/L的月桂酸鈉，分3次投加，pH控制在7.5以上，不添加氮磷，連續(xù)曝氣保持DO在3mg/L條件下，即合成P(HB-HO)。

污泥中P(HB-HO)的提取用氯仿法，獲得P(HB-HO)的最終累積量為156.8 mg/L，占污泥干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.03 %，HB和HO分別為130.4 mg/L和26.4 mg/L，合成的P(HB-HO)樣品中HO的單體含量在16.8 %。

另外對提取獲得樣品經(jīng)過紅外表征，表征結(jié)果如圖2.

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。