專利名稱：在糖原積累生物體內(nèi)使pha生產(chǎn)最大化的方法
在糖原積累生物體內(nèi)使PHA生產(chǎn)最大化的方法臨時申請的交叉引用本申請根據(jù)35U. S. C. $ 119 (e)要求以下美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)申請系列號 61/151，940，提交于2009年2月12日。該申請在本文以其整體引入作為參考。
背景技術(shù)：
聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)已被認為是環(huán)境友好的聚合物材料的有希望的候選者。 這些聚合物顯示了寬范圍的材料特性，并且可以從可再生資源生產(chǎn)。但是，與使用純微生物培養(yǎng)進行的傳統(tǒng)PHA生產(chǎn)方法相關(guān)聯(lián)的高生產(chǎn)成本限制了這些聚合物的廣泛應用。已經(jīng)提議了基于使用混合培養(yǎng)的可選的PHA生產(chǎn)策略。因為不需要無菌條件，PHA生產(chǎn)中使用混合培養(yǎng)可能是更具成本效益的。另外，它允許使用廉價底物例如廢物或廢棄副產(chǎn)物。發(fā)明概述本發(fā)明涉及在混合培養(yǎng)生物質(zhì)中提高PHA產(chǎn)量的方法。在該方法的第一階段，與底物相關(guān)的有機材料被轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。在第二階段，采用無氧-有氧篩選過程來篩選糖原積累生物體(GAOs)，并導致GAOs增殖和以開放性的混合培養(yǎng)生物質(zhì)為主。通過在所述篩選過程的無氧階段以VFAs的形式提供相對高的有機加載，產(chǎn)生了具有相對高水平的儲存糖原的GAOs。在第三個階段，在無氧或有氧條件或其聯(lián)合的情況下向糖原富集 GAO生物質(zhì)提供VFAs，進行PHA積累過程。通過消耗外部提供的VFA富集的底物和內(nèi)在儲存的糖原，在所述生物質(zhì)中產(chǎn)生相對高水平的PHA。此后從殘留生物質(zhì)中分離出PHA。在一些方法中，所有三個步驟可能不是全部必須的。例如，底物可能已經(jīng)有足夠豐富的VFAs以確保在進行GAO篩選之前不需要有機轉(zhuǎn)化步驟。另外，在一些情況下將PHA積累方法整合進步驟二 GAO篩選方法是可行的。更具體地，本發(fā)明的方法涉及通過篩選的或富集的GAO的開放性混合培養(yǎng)來生產(chǎn) PHA，其中在篩選過程的無氧階段，維持相對高的VFA與生物質(zhì)的加載比例。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這使得細胞內(nèi)糖原升高至相對高水平，相應地有利于提供積累相對高含量的PHA的機制。雖然在篩選過程的無氧階段期間VFA加載量可以變化，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)VFA與生物質(zhì)(干重)的加載比例在0. 075-0. 126g-VFA/g-生物質(zhì)范圍內(nèi)有效地生產(chǎn)包含大約17%到大約60% PHA 的生物質(zhì)。這一比例范圍不是限制性的。通過實驗測試假定超過0. 126g-VFA/g-生物質(zhì)的更高比例也有效地產(chǎn)生相當量的糖原，這反過來導致產(chǎn)生相當量的PHA。附圖概述

圖1是圖示了在GAO篩選過程中典型的無氧-有氧循環(huán)的圖。圖2是圖示了無氧PHA積累過程的圖。圖3是圖示了有氧PHA積累過程的圖，其中兩個脈沖的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物質(zhì)中。圖4是圖示了有氧PHA積累過程的圖，其中三個脈沖的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物質(zhì)中。圖5是圖示了 GAO篩選過程和引入到廢水處理系統(tǒng)的PHA積累過程的一個實施方案的示意圖。
示例性實施方案的描述聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)是一類在細菌中作為細胞內(nèi)碳和能量儲存物而合成的生物聚合物。在生物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了一類生物體，稱為糖原積累生物體(GAOs)，在一定條件下生產(chǎn) PHA。GAOs代謝外源碳源，通常是揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，并以PHAs的形式儲存碳。本發(fā)明涉及在富集GAOs的混合培養(yǎng)中提高PHA生產(chǎn)。本文描述的方法可以包含至少三個步驟。在第一階段，包含底物的有機物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。第二階段是使用交替的無氧-有氧條件并且在無氧階段消耗VFA的GAO篩選過程。盡管VFAs通常被視為優(yōu)選的GAOs底物，其它類型的有機化合物也可以用作底物。在該階段GAOs生長并增殖，并且如果不以超過生長需要來提供磷源的話將主導生物質(zhì)。在第三階段，在GAOs中生產(chǎn)PHA并積累至盡可能高的程度。本發(fā)明的目標是生產(chǎn)高含量的PHA，因為這將改進整個方法的生產(chǎn)性能，并顯著改進下游加工，使從殘留生物質(zhì)中分離PHA更便宜和更具成本效益。 本文描述的方法正日益更經(jīng)濟地和在技術(shù)上更可行地在積累階段達到更高的PHA水平。如前所述，該方法的第一階段包括將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為VFAs。這通過在通常稱為產(chǎn)酸階段的無氧條件下向發(fā)酵生物質(zhì)提供碳源來實現(xiàn)。碳源可能變化，但是得到的VFAs可以包括乙酸酯、丙酸酯、丁酸和戊酸酯的混合物。然而，在一些情況下，用于富集GAOs的底物可能已經(jīng)具有足夠的VFA含量，或者由于各種原因?qū)⒂袡C物質(zhì)轉(zhuǎn)化為提高VFA含量是不可能實現(xiàn)或不可行的。在這些情況下，該方法的第一階段可能不是必須的。在任何一種方案中，包含VFAs的底物在第二階段的無氧階段期間加入到GAO生物質(zhì)之中，以這種方式，驅(qū)動并維持穩(wěn)定的GAO篩選壓力。GAO篩選過程可以在第二階段進行，在一個實施方案中可以是序批式反應器 (sequencing batch reactor，SBR)。然而，在其它實施方案中，GAO篩選可以類似地在推流式反應器、串聯(lián)混合釜、或其它連續(xù)流動反應器構(gòu)造中實現(xiàn)。在GAO篩選過程的無氧階段， VFAs加入到GAOs中。GAOs水解并消耗細胞內(nèi)儲存的糖原，而在這些反應期間產(chǎn)生的能量被用于消耗VFAs以生產(chǎn)和儲存PHA。在無氧條件下，沒有氧氣供給生物質(zhì)，而在混合液中的溶解氧水平是不存在的或至少相對較低。在接下來的GAO篩選過程的有氧階段，不再給予VFA供應，并且因此內(nèi)在儲存的PHA被用于活性生物質(zhì)的生長和細胞內(nèi)糖原的產(chǎn)生。該方法選擇性地富集含有GAOs的生物質(zhì)，因為GAOs能在這樣的無氧-有氧條件下很好地生長，而很多其它非糖原積累生物體在這種條件下不能生存。在有氧條件下，氧或另一種電子受體可供給生物質(zhì)，以促進PHA消耗作為碳源用于細胞生長和糖原儲存。氧可以使用例如通風裝置或混合器來提供。在另一個實施方案中，GAO篩選階段可以包括與有氧階段連接的缺氧階段。在另外一個實施方案中，GAO篩選過程可以包含無氧-缺氧條件。當使用缺氧階段時，NO3-(硝酸鹽)或NO2 (硝酸酯)可以用作適宜的缺氧電子受體。在第三階段，產(chǎn)生在GAOs中的PHA并積累至盡可能高的水平。如果在無氧階段期間從GAO選擇器來采集生物質(zhì)，則GAOs具有來自代謝的VFAs的高水平的儲存的PHA。因此，如果在無氧階段之后采集，則生物質(zhì)可能不需要進一步處理。然而，如果在有氧階段從 GAO選擇器來采集生物質(zhì)，則GAOs已經(jīng)將顯著量的儲存的PHA氧化為糖原。因此，如果在 GAO篩選過程的有氧階段期間采集生物質(zhì)并具有很少或沒有儲存的PHA，則需要額外的處理以產(chǎn)生和積累PHA。在單獨的無氧條件或有氧條件，或者其聯(lián)合之下，可以在這種類型的生物質(zhì)中加入VFAs以刺激PHA生產(chǎn)。
通過控制如上所述的GAO篩選階段的各種參數(shù)，可以增加GAOs中PHAs的積累。 例如，如果在采集的GAOs中的糖原含量足夠高，則在積累階段加入的VFAs被消耗，并伴隨著糖原的消耗和PHA的生產(chǎn)。GAOs在無氧和有氧條件下依賴于糖原來合成PHA。因此，在 GAO篩選階段確保GAOs中高的糖原含量，能通過無氧或有氧策略增加積累期間的PHA生產(chǎn)潛力。若干個參數(shù)對GAOs在GAO篩選階段期間的最大化糖原含量做出貢獻。用于最大化糖原含量的一個參數(shù)是VFA對生物質(zhì)的重量比。在連續(xù)流系統(tǒng)中，這個參數(shù)經(jīng)常稱為“絮凝-負載(floc-loading) ”。VFA的量定義為在底物中存在的所有單獨的揮發(fā)性脂肪酸的加和總量。表示被進料的生物質(zhì)的量的一種方法是通過測量總懸浮固體(total suspended solid, TSS)。對SBRs，VFA對生物質(zhì)的比例可以定義為在無氧期間進料到生物質(zhì)的VFA的質(zhì)量除以在無氧階段開始時以TSS測量的生物質(zhì)(g VFA/g TSS)。對于具有簡單或分布進料反應器構(gòu)造的連續(xù)流，VFA對生物質(zhì)的比例可定義為供給無氧區(qū)域的VFA的速率(g VFA/ h)除以供給無氧區(qū)域的生物質(zhì)的速率(g TSS/h)?？刂圃搮?shù)增加了 GAO生物質(zhì)中的糖原水平，以便隨后最大化生物質(zhì)中的PHA積累潛力。如下面所討論的，VFA對TSS的比例在 0. 075-0. 126g-VFA/g-TSS的范圍內(nèi)證明產(chǎn)生了細胞內(nèi)高水平的糖原，這能夠積累高水平的 PHA。一般地，VFA對生物質(zhì)的比例應該是0. 08gVFA/g TSS或以上。GAO篩選過程的無氧階段期間的高有機加載在生產(chǎn)具有高水平的細胞內(nèi)糖原的 GAOs中是重要的，其反過來導致在隨后的在無氧和/或有氧條件下的PHA積累階段的高 PHA產(chǎn)量。進行了 VFA對TSS的比例在0.075-0. 1 范圍的大量實驗并證實了 VFAs對TSS 的高比例導致了 PHA的高積累。在一個實例中，GAO篩選過程采用SBR及VFA對生物質(zhì)的比例為0. 075gVFA/g TSS 來進行。在有氧階段的末尾，GAOs包含總懸浮固體的18%的糖原。當在PHA積累階段向該生物質(zhì)進料過量VFAs時，在無氧條件下獲得了所得TSS的17%的PHA。在另一個實例中，GAO篩選過程采用SBR及VFA對生物質(zhì)的比例為0. 084g VFA/g TSS來進行。在有氧階段的末尾，GAOs包含總懸浮固體的的糖原。當在PHA積累階段向該生物質(zhì)進料過量VFAs時，在無氧條件下獲得了所得TSS的30%的PHA，而在有氧條件下獲得了所得TSS的25%的PHA。在另一個實例中，GAO篩選過程采用SBR及VFA對生物質(zhì)的比例為0. 126g VFA/g TSS來進行。在有氧階段的末尾，GAOs包含總懸浮固體的36%的糖原。當在PHA積累階段向該生物質(zhì)進料過量VFAs時，在無氧條件下所得TSS的49%是PHA的形式，而在有氧條件下所得TSS的60%是PHA的形式。對于GAO篩選過程和PHA積累的更詳細的解釋見展示1 (Exhibit 1)。在GAO篩選階段對最大化糖原含量做出貢獻的其它參數(shù)包括溫度和固體保留時間(solid retention time，SRT)。然而，GAO篩選過程的策略可以在很大范圍的溫度和 SRTs之下進行。關(guān)鍵重要的是設(shè)計在GAO篩選過程中生物質(zhì)暴露于交替的無氧和有氧階段的時間長度。GAO篩選過程的無氧階段應當足夠長以允許VFA消耗，但是足夠短以避免儲存的 PHA的不當無氧消耗。無氧階段時間的典型范圍是在1到4小時之間。GAO篩選階段的有氧階段的時間應當足以降低細胞內(nèi)PHA濃度，但是足夠短以避免儲存的糖原的不當消耗。一般地，有氧時間足夠長以使得儲存的PHA含量變得少于以TSS測量的生物質(zhì)的10%。有氧階段時間的典型范圍是在2到20小時之間。在一個實例里，GAO篩選過程采用SBR進行，進料乙酸酯作為VFA來源，并在大約30°C下在交替無氧-有氧條件下運行450天。在此期間，Candidatus Competibacter phosphatis以生物質(zhì)的-70%在培養(yǎng)中占主導。典型的無氧-有氧循環(huán)描繪于圖1。 如圖1所示，在GAO篩選過程的無氧階段，乙酸酯和糖原被消耗，同時產(chǎn)生PHA。在隨后的有氧階段，PHA被消耗而產(chǎn)生了活性生物質(zhì)和糖原。GAO篩選過程以VFA對生物質(zhì)的比例為0. 126g VFA/g TSS來實現(xiàn)。在無氧階段的末尾，PHA含量為TSS的17士3%而糖原含量為TSS的17士2%。在有氧階段的末尾，糖原含量為TSS的36士4%。GAO篩選過程中高的VFA對生物質(zhì)的比例促進了有氧階段末尾 GAOs中糖原含量的提高。在分離的批實驗中研究了在無氧和有氧條件下PHA的積累。因此，來自SBR的生物質(zhì)在有氧階段的末尾移除出來并轉(zhuǎn)入批式反應器。以1或2g乙酸酯或丙酸酯每升的單一或多次脈沖向生物質(zhì)中加入VFA源，例如乙酸酯或丙酸酯。PHA的積累在有氧或無氧條件下進行，只要糖原存在于GAO生物質(zhì)中。在消耗外部提供的VFA和內(nèi)在儲存的糖原的同時生產(chǎn)出PHA。當在PHA積累階段向生物質(zhì)進料過量的VFAs時，以TSS測量的所得生物質(zhì)的49% 是PHA的形式，并在無氧條件下在4小時之內(nèi)獲得。積累的PHA包括3-羥基丁酸酯(3HB) 和3-羥基戊酸酯(3HV)。如圖2所示，當細胞內(nèi)糖原含量降至低于TSS的3%時PHA積累停止，表明PHA積累被儲存的糖原的量所限制。在有氧條件下的PHA積累階段，兩個脈沖的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物質(zhì)中。在這些條件下，以TSS測量的所得生物質(zhì)的60%是PHA的形式。在有氧條件下的分離實驗中，三個脈沖的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物質(zhì)中。在這些條件下，以TSS測量的所得生物質(zhì)的59%是PHA的形式。在兩個有氧積累實驗中，積累的PHA僅包含3HB。另外， 圖3和圖4顯示在兩個有氧積累實驗中，PHA生產(chǎn)速率和糖原消耗速率隨著時間而降低，如同在無氧條件下觀察到的一樣。因此，細胞內(nèi)糖原水平在有氧條件下和在無氧條件下都控制PHA生產(chǎn)。在4小時無氧隨后4小時有氧條件下進行一次實驗，其中脈沖式供應乙酸酯。當由于無氧PHA積累而糖原池被用盡(TSS的3%)時，在有氧條件下沒有更多PHA積累發(fā)生， 即使生物質(zhì)未被PHA飽和，如由PHA含量(TSS的47% )低于從培養(yǎng)中觀察到的最高PHA含量(TSS的60% )所證實。這顯示在有氧條件下在GAOs中PHA合成也是糖原消耗依賴性的。上文描述的GAO篩選和PHA積累過程可以引入到廢水處理系統(tǒng)，通常以圖5中的數(shù)字10來表示。在本文所描述的實施方案里，廢水處理系統(tǒng)可以用于處理各種類型的水和廢水。如本文所用的術(shù)語“廢水”表示任何水流，其可以由工廠和/或家用方法、過程或活動的出口所產(chǎn)生。在普通情況下，出口水流包含有機和無機化合物，這些化合物是作為所述方法、過程或活動的副產(chǎn)物得到的。然而在其它情況中，例如淤泥發(fā)酵，含水出口擬指富含揮發(fā)性脂肪酸的流體，并且是所述方法、過程或活動的主要產(chǎn)物。因此，如本文所用的術(shù)語“廢水”是指對本方法合適的流體并典型地不會未經(jīng)一些形式的處理而直接排泄進入環(huán)境者。
更詳細地觀察廢水處理系統(tǒng)10，廢水流體12指向酸階段消化器(Acid Phase Digester,APD) 14。在所述方法的該階段中，廢水中的有機材料在無氧條件下轉(zhuǎn)化為VFAs。 允許進行有機材料轉(zhuǎn)化為VFAs而不允許VFAs進一步轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。為了控制 APD 14中的固體保留時間和pH，APD 14中可以分別包括生物質(zhì)出口 16和pH調(diào)節(jié)入口 20。 另外，APD 14可以包括氣體出口 18。APD 14可以是批式反應器、序批式反應器、或連續(xù)流動反應器。另外，APD 14可以是懸浮生長反應器或生物膜生長反應器。取決于進入的廢水流體的特征，APD 14可能不需要。也就是，如果廢水流體有足夠豐富的VFAs，則APD 14可以不用。在廢水中產(chǎn)生足夠量的VFAs之后，廢水被從APD 14導入廢水處理反應器 (WffT) 220在WffT 22中，有機材料(VFAs占主導)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和二氧化碳。生物質(zhì)與廢水混合以形成混合液。生物質(zhì)經(jīng)歷實施GAO篩選過程的交替的無氧-有氧條件。在另一個實施方案中，可以使用缺氧條件替換或聯(lián)合有氧條件。相對高的VFAs對生物質(zhì)的加載比例促進了 GAOs中糖原水平的提高。WffT 22可以是序批式反應器、連續(xù)流動反應器、串聯(lián)釜、推流式反應器、常規(guī)進料反應器、或階段進料反應器。WWT 22也可以包括化學添加入口 M、通風入口洸和氣體出口 28。包含GAOs富集的生物質(zhì)的廢水然后被導入分離器30，在這里生物質(zhì)從處理過的廢水流體32中分離出來。在一個實施方案中，GAOs富集的生物質(zhì)被導入下游加工系統(tǒng) (DSP) 34，如果生物質(zhì)具有足夠水平的PHA。也即是，如果在GAO篩選過程的無氧階段采集生物質(zhì)，則生物質(zhì)的PHA含量可能已經(jīng)足夠，而不需要進一步的PHA積累。然而，如果在GAO 篩選過程的有氧階段采集生物質(zhì)，則生物質(zhì)將只具有很少或沒有PHA含量。因此，這種類型的生物質(zhì)可以被導入PHA生產(chǎn)過程(PPP) 36以用于進一步處理。在PPP 36中，VFAs被加入到生物質(zhì)中。在一個實施方案中，離開APD 14的VFAs 富集的廢水可以被導入PPP 36。在另一個實施方案中，富含VFAs的輸入廢水流38被導入 PPP 36。在又另一個實施方案中，來自APD 14的富含VFAs的廢水和富含VFAs的輸入的廢水流38都被導入PPP 36。PPP 36中的生物質(zhì)經(jīng)歷有氧條件、無氧條件、或無氧-有氧循環(huán)。 PPP 36可以是批式反應器，序批式反應器，或連續(xù)流動反應器。另外，PPP 36可以包括提供化學添加、通風入口 40和氣體出口 42。 在無氧和有氧PHA積累中，PPP 36中的PHA積累均依賴于GAOs中的糖原含量。這些糖原水平可以通過WffT 22中GAO篩選中的VFA加載來控制。在GAO生物質(zhì)中產(chǎn)生了足夠水平的PHA之后，生物質(zhì)被導入分離器44，在這里生物質(zhì)與廢棄水相分離。在一個實施方案中，廢棄水可以再循環(huán)進入APD14。分離的生物質(zhì)然后導入下游加工(DSP) 34過程。DSP 34包括從殘留生物質(zhì)中分離PHA的任何方法。這可以包括通過入口 46添加化學品和機械能量以從PHA中移除非PHA生物質(zhì)，然后分離和干燥PHA。 然后DSP 34從PHA 50中分離殘留的生物質(zhì)，或者“非PHA細胞材料”(NCPM) 48。NCPM可以用于沼氣生產(chǎn)或可以回到APD 14或WffT 22。本發(fā)明當然可以以本文描述的方法之外的其它特定的途徑來實現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的范圍和其本質(zhì)特征。因此本發(fā)明的實施方案應當從所有方面來解釋為示例性的而不是限制性的，并且來自所附的權(quán)利要求的含義和等同范圍之內(nèi)的任何改動都擬包括于其中。
權(quán)利要求
1.通過在混合的培養(yǎng)生物質(zhì)中篩選具有高PHA生產(chǎn)潛力的糖原積累生物體(GAOs)來處理廢水和生產(chǎn)聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)的方法，所述方法包括提供含有揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和混合的培養(yǎng)生物質(zhì)的廢水；通過下述操作篩選GAO占主導的生物質(zhì)并使GAOs增殖和相對生物質(zhì)中的其它微生物占主導地位使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或者缺氧處理，其中所述交替的無氧和有氧或者缺氧處理產(chǎn)生具有含有相對高水平的細胞內(nèi)儲存糖原的GAOs的GAO占主導的生物質(zhì)；在無氧處理期間向生物質(zhì)提供比在有氧或缺氧處理期間顯著更多的VFAs，使得在無氧處理期間，在GAO占主導的生物質(zhì)中的GAOs消耗VFAs和細胞內(nèi)儲存的糖原以生產(chǎn)PHA ；在無氧處理期間以至少每Ig所提供的總懸浮固體(TSS)O. 08g VFA的比例向生物質(zhì)提供VFAs ；以及在GAO占主導的生物質(zhì)中積累PHA。
2.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在篩選GAO占主導的生物質(zhì)之前在無氧條件下的廢水處理和通過產(chǎn)酸發(fā)酵將有機化合物轉(zhuǎn)化為VFAs。
3.權(quán)利要求1的方法，包括將篩選的生物質(zhì)導入支流PHA生產(chǎn)區(qū)域和向PHA生產(chǎn)區(qū)域的生物質(zhì)中進料VFAs。
4.權(quán)利要求3的方法，包括使生物質(zhì)在支流PHA生產(chǎn)區(qū)域經(jīng)歷有氧條件、無氧條件、或者無氧-有氧或缺氧循環(huán)。
5.權(quán)利要求4的方法，包括將來自支流PHA生產(chǎn)區(qū)域的生物質(zhì)導入分離器并從廢棄水中分離生物質(zhì)。
6.權(quán)利要求5的方法，包括將分離的生物質(zhì)導入下游加工區(qū)域并從殘留生物質(zhì)中分離PHA。
7.權(quán)利要求1的方法，包括在有氧或無氧處理階段采集GAO占主導的生物質(zhì)，并將GAO 占主導的生物質(zhì)導入第一分離器以及從廢水中分離GAO占主導的生物質(zhì)；以及之后將GAO 占主導的生物質(zhì)收集進入支流PHA生產(chǎn)單元，在這里向分離的GAO占主導的生物質(zhì)進料 VFAs。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在篩選GAOs之后，隨后向生物質(zhì)中進料VFAs，使得生物質(zhì)中的GAOs消耗VFAs并生產(chǎn)PHA。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述隨后向生物質(zhì)中進料的VFAs是在生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理之前，從支流中獲取。
10.權(quán)利要求8的方法，進一步包含隨后將生物質(zhì)提供于無氧、有氧或缺氧條件。
11.權(quán)利要求1的方法，其中在無氧條件下處理時向生物質(zhì)提供的VFAs為大約每Ig所提供的總懸浮固體(TTS)O. 08-0. 50g VFAs。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述生物質(zhì)與廢水混合以形成混合液，并且其中使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理產(chǎn)生了 GAO占主導的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)在有氧或缺氧條件下具有相對于混合液中總懸浮固體含有至少18%的細胞內(nèi)儲存糖原的GAOs。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述生物質(zhì)與廢水混合以形成混合液，并且其中使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理產(chǎn)生了 GAO占主導的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)在有氧或缺氧條件下具有相對于混合液中TSS含有至少30%的細胞內(nèi)儲存糖原的GAOs。
14.權(quán)利要求8的方法，其中隨后向分離的生物質(zhì)進料VFAs產(chǎn)生了相對于廢水中TSS 至少45%的PHA。
15.通過在混合的培養(yǎng)生物質(zhì)中篩選具有高PHA生產(chǎn)潛力的糖原積累生物體(GAOs)來處理廢水和生產(chǎn)聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)的方法，所述方法包括 將包含VFAs的廢水導入至少一個包含混合的培養(yǎng)生物質(zhì)的廢水處理區(qū)域； 通過下述操作篩選GAO占主導的生物質(zhì)并使GAOs增殖和相對廢水處理區(qū)域中的生物質(zhì)中的其它微生物占主導地位使生物質(zhì)在廢水處理區(qū)域經(jīng)歷交替的無氧和有氧或者缺氧處理，其中所述交替的無氧和有氧或者缺氧處理產(chǎn)生具有含有相對高水平的細胞內(nèi)儲存糖原的GAOs的GAO占主導的生物質(zhì)；在無氧處理期間向生物質(zhì)提供比在有氧或缺氧處理期間顯著更多的VFAs，使得在無氧處理期間，在GAO占主導的生物質(zhì)中的GAOs消耗VFAs和細胞內(nèi)儲存的糖原以生產(chǎn)PHA ；在無氧處理期間以至少每Ig提供給無氧處理的總懸浮固體(TSQ 0. OSgVFAs的比例向生物質(zhì)提供VFA;以及向PHA生產(chǎn)區(qū)域中GAO占主導的生物質(zhì)中添加VFAs使得GAOs消耗VFAs并生產(chǎn)PHA。
16.權(quán)利要求15的方法，進一步包括在篩選GAO占主導的生物質(zhì)之前在無氧條件下處理廢水和通過產(chǎn)酸發(fā)酵將有機化合物轉(zhuǎn)化為VFAs。
17.權(quán)利要求15的方法，其中向PHA生產(chǎn)區(qū)域中的GAO占主導的生物質(zhì)中加入的VFAs 在生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理之前從廢水中取出。
18.權(quán)利要求15的方法，進一步包括在PHA生產(chǎn)區(qū)域中使生物質(zhì)經(jīng)歷無氧、有氧或缺氧條件。
19.權(quán)利要求15的方法，其中篩選GAO占主導的生物質(zhì)在干流中發(fā)生，并且其中PHA生產(chǎn)區(qū)域放置于支流中。
20.權(quán)利要求15的方法，包括在干流中篩選GAO占主導的生物質(zhì)和從廢水中分離所述生物質(zhì)以及將分離的生物質(zhì)導入位于支流中的PHA生產(chǎn)區(qū)域。
21.通過篩選具有高聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)生產(chǎn)潛力的糖原積累生物體(GAOs)在混合的培養(yǎng)生物質(zhì)中生物處理廢水和在生物質(zhì)中生產(chǎn)聚羥基鏈烷酸酯(PHAs)的方法，所述方法包括將廢水流體導入至少一個反應器并用生物質(zhì)對廢水進行生物處理； 通過在生物質(zhì)中篩選GAO并使GAOs增殖和相對生物質(zhì)中的非GAOs占主導來實現(xiàn)GAO 篩選過程；所述GAO篩選過程包括通過使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理階段而使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧條件；在無氧處理階段以VFAs的形式向生物質(zhì)提供比在有氧或缺氧處理階段更多的進料； 使生物質(zhì)經(jīng)歷交替的無氧和有氧或缺氧處理階段，得到GAO占主導的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)具有含有相當高水平的細胞內(nèi)儲存糖原的GAOs，并且其中GAO占主導的生物質(zhì)中的 GAOs消耗VFAs和所述細胞內(nèi)儲存的糖原以產(chǎn)生PHAs ；在無氧處理期間以至少每Ig提供給無氧處理的總懸浮固體(TSQO. 08gVFA的比例向生物質(zhì)提供VFAs ；和在GAO占主導的生物質(zhì)中積累PHA。
22.權(quán)利要求21的方法，包括從廢水中分離GAO占主導的生物質(zhì)中的PHAjnWGAO占主導的生物質(zhì)中積累或采集PHA。
23.權(quán)利要求21的方法，其中在GAO占主導的生物質(zhì)中積累PHA包括向生物質(zhì)中進料 VFAs和將VFAs轉(zhuǎn)化為PHA。
24.權(quán)利要求21的方法，其中所述廢水流體包括豐富的VFAs或者所述方法包括將廢水流體中的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為VFAs，使得在無氧處理階段產(chǎn)生生物質(zhì)可用的VFAs，并且其中在無氧處理階段，所述方法需要提供相比于有氧和缺氧處理階段的VFA加載相對高的VFA加載。
25.權(quán)利要求21的方法，其中GAOs的篩選在序批式反應器中進行，并且VFAs與生物質(zhì)的比例為至少大約0. 08g-VFA/g-TSS，其中該比例定義為在無氧處理階段進料到生物質(zhì)中的VFAs的質(zhì)量除以在大約無氧階段開始時測量的生物質(zhì)的質(zhì)量。
26.權(quán)利要求21的方法，其中用生物質(zhì)對廢水進行生物處理包括從廢水中去除生化需氧量(BOD)。
27.權(quán)利要求21的方法，其中所述生物質(zhì)與廢水混合以形成混合液，并且所述方法包括通過控制以下條件來控制GAOs的篩選(1)進料到廢水的VFAs的量相比于混合液中生物質(zhì)的量的比例；( 生物質(zhì)在無氧和有氧或缺氧處理期間的保留時間；C3)在無氧和有氧或缺氧處理期間廢水的溫度；(4)提供的磷源與碳源的比例；或( 其任意結(jié)合。
28.權(quán)利要求21的方法，進一步包括在生物質(zhì)已經(jīng)經(jīng)歷無氧處理而未進行任何實質(zhì)性有氧或缺氧處理介入之后從GAO占主導的生物質(zhì)中采集PHA，所述采集通過將GAO占主導的生物質(zhì)導入第一分離器并從廢水中分離生物質(zhì)；和將GAO占主導的生物質(zhì)導入下游加工單元并從殘留生物質(zhì)中分離PHA而進行。
29.權(quán)利要求21的方法，包括在有氧或缺氧處理階段采集GAO占主導的生物質(zhì)和將 GAO占主導的生物質(zhì)導入第一分離器和從廢水中分離GAO占主導的生物質(zhì)；之后將采集的 GAO占主導的生物質(zhì)導入支流PHA生產(chǎn)單元，在這里將VFAs進料到分離的GAO占主導的生物質(zhì)中。
30.權(quán)利要求四的方法，其中在生物質(zhì)已經(jīng)經(jīng)歷支流PHA生產(chǎn)過程之后，將GAO占主導的生物質(zhì)導入第二分離器并從殘留生物質(zhì)中分離PHA。
全文摘要
提供在混合的培養(yǎng)生物質(zhì)中提高PHA產(chǎn)量的方法。在該方法的第一階段，將與底物結(jié)合的有機材料轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸，在廢水處理方法的情況下，如果所述廢水包含足夠的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)以支持該方法，則不需要把有機材料轉(zhuǎn)化為VFAs。在該方法的第二階段，利用無氧-有氧篩選過程來篩選糖原積累生物體，這導致這些生物體增殖和以開放性混合的培養(yǎng)生物質(zhì)為主。通過在所述篩選過程的無氧處理階段以VFAs的形式提供相對高的有機加載，產(chǎn)生了具有相對高水平的儲存糖原的糖原積累生物體。在第三個階段，實施PHA積累過程，其中在無氧或有氧條件或其聯(lián)合的情況下向糖原富集生物體中進料VFAs。通過消耗外部提供的VFAs和內(nèi)在儲存的糖原，在所述生物質(zhì)中產(chǎn)生相對高水平的PHA。此后從殘留生物質(zhì)中分離出PHA。
文檔編號C12P7/62GK102482694SQ201080007749
公開日2012年5月30日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者A·G·維克, M·里斯 M·A·C·F·de, C·列莫斯 P·A·da, S·O·H·本特松 申請人:威立雅水務(wù)技術(shù)支持公司