【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污泥资源化利用领域，更具体地，涉及一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统及其方法。
技术介绍
1、聚羟基脂肪酸酯(pha)是一种性能良好、用途广泛的生物降解塑料。目前，pha的工业化生产主要基于纯细菌培养或基因工程菌，需要严格的无菌条件和使用特定的碳源，因此运营成本较高。为了降低pha生产原料与灭菌过程增加的成本，研究者利用各种废弃有机物例如污泥及其水解产物代替精制原料作为碳源降低生产原料费用、开发混合菌群代替纯菌种降低灭菌费用，从而消减pha生产成本。
2、混合菌群合成pha在污泥资源化领域极具发展前景，但未在工业化应用的原因是其pha合成产量仍达不到工业生产要求。一方面，以污泥为基质利用混合菌群合成pha的合成率仅为细胞干重的20％～60％，而纯菌利用精制原料pha合成率>75％；另一方面，与纯菌生产工艺的生物量(60～200g/l)相比，混合菌群的生物量大部分仅为1.2～8g/l。pha合成的产量取决于pha合成率和合成菌的生物量，因此在提升pha合成率的同时需保障体系输出较高的生物量。但是通常是在碳氮比或碳磷比较高的条件(c:n>20；c:p>200)才能实现较高的pha合成率，而微生物生长需要c:n:p维持在100:5:1附近才能保持较高的生物量增长。同时污泥等有机废弃物成分较复杂且不稳定，以其为底物会导致pha合成菌群不稳定从而影响体系的稳定性。
3、目前存在一种反应系统，可以将污泥进行热水解之后作为底物进行pha的合成，但该系统pha合成菌群培养及pha合成
4、另外存在一种提升pha合成菌产出的方法，该方法通过在菌种驯化反应器和合成反应器之间增加扩培反应器提升体系生物量，但增加的扩培反应器的同时还需补充特定碳源且持续曝气，若利用污泥等有机废弃物为底物，会增加部分运行费用，且工艺中增加的流程越多操作及维护难度越大。
5、还存在一种富集扩培pha混合菌群的方法，通过在扩大培养反应器中添加负载材料提升系统中pha混合菌群生物量，但微生物附膜生长会给后续pha提取增加难度和费用。
6、在污泥资源化合成pha系统中，为平衡好pha合成菌生物量扩增与合成率提升之间的关系同时提高pha合成系统的稳定性，有必要开发一种污泥资源化合成pha的系统和操作方法，在获得高pha合成率、系统稳定性的基础上扩大pha合成菌生物量，从而在低成本下提升pha产量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统及其方法，该系统及方法能够同时提高pha合成率和pha合成菌生物量，解决pha合成菌生物量扩增与合成率提升之间的矛盾。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，包括：
3、污泥厌氧产酸单元，前端用于与污水处理厂连接，所述污泥厌氧产酸单元的后端与过滤单元连接；
4、进料单元，前端与所述过滤单元连接，所述进料单元的后端与菌种驯化与扩培罐的前端连接，所述过滤单元和所述菌种驯化与扩培罐之间设置有磷回收单元和营养元素补加单元；
5、pha累积合成罐，前端与所述菌种驯化与扩培罐的后端连接；
6、曝气单元，与所述菌种驯化与扩培罐和所述pha累积合成罐连接；
7、在线监测及自动控制单元，与所述进料单元、所述磷回收单元、所述营养元素补加单元和所述曝气单元控制连接。
8、可选地，所述菌种驯化与扩培罐包括多个并联设置的罐体，所述罐体内设置有第一搅拌器，所述罐体与所述曝气单元连接，所述在线监测及自动控制单元与所述罐体连接。
9、可选地，所述pha累积合成罐内设置有第二搅拌器，所述pha累积合成罐的前端还与所述磷回收单元的除磷滤液管连接。
10、可选地，所述磷回收单元的前端与所述过滤单元连接，所述磷回收单元的后端与所述营养元素补加单元和所述pha累积合成罐连接。
11、可选地，所述在线监测及自动控制单元包括在线监测部分和自动控制部分，所述在线监测部分包括溶解氧仪表、ph计、温度计、污泥浓度计，所述自动控制部分用于调控曝气量、进料量和排泥量。
12、本专利技术还提供了一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法，利用上述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，该方法包括：
13、将所述污水处理厂的剩余污泥和消化污泥加入所述污泥厌氧产酸单元中，待ph值<6.3后排出产酸污泥送至所述过滤单元中，过滤得到产酸滤液排入所述进料单元；
14、将所述污水处理厂的活性污泥加入至所述菌种驯化与扩培罐中，通过所述在线监测及自动控制单元控制所述进料单元中产酸滤液投加时间和投加量；
15、待所述菌种驯化与扩培罐中菌群稳定后，将所述菌种驯化与扩培罐中的污泥排入至所述pha累积合成罐中，待pha合成率达到最高时，排出菌液收集pha粗品。
16、可选地，进入所述污泥厌氧产酸单元中的剩余污泥和消化污泥之比为1:1，污泥停留时间为2～5天，温度控制在30～50℃。
17、可选地，进入所述菌种驯化与扩培罐中的活性污泥浓度为3000～4000mg/l，每周期的进料负荷为3000～5000mg cod/l，每个周期的时间为4～6t，丰盛期时间控制为t，饥饿期时间控制为3～5t。
18、可选地，每个周期的运行模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式无需补磷，所述第二模式基于产酸滤液中碳磷比例补加磷盐。
19、可选地，所述菌群稳定的条件为丰盛期末污泥增长率稳定且pha占菌体干重>25％。
20、本专利技术提供了一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统及其方法，其有益效果在于：
21、1、该污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，可在菌种驯化与扩培罐中实现pha合成菌生物量的增长，在pha累积合成罐进行pha极限累积合成，可解决pha合成菌生物量增长和合成率提升的矛盾；
22、2、该系统针对污泥来源不稳定，从而出现产酸液不稳定和影响菌群不稳定问题，本专利技术通过ph和溶解氧在线监测数据联动控制产酸液投加时间和投加量，可提高菌种驯化与扩培和pha累积合成的稳定性；
23、3、该系统通过对部分产酸滤液进行磷回收，一方面在菌群扩培时补充回收的磷资源，从而提高体系生物量，另一方面在pha累积合成时使用除磷滤液提升pha合成率；
24、4、该系统基于pha含量检测及污泥浓度在线监测动态调控运行模式，在保障菌种驯化与扩培时高pha合成率的基础有效提升菌群生物量；
25、5、该污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法中，将菌种驯化与扩培罐通过动态调控，将饥饿期的溶解氧<1mg/l，减少曝气所需能耗，通过监控及添加稳定剂调控svi控制体系稳定性。
26、本专利技术的其它特征和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述菌种驯化与扩培罐包括多个并联设置的罐体，所述罐体内设置有第一搅拌器，所述罐体与所述曝气单元连接，所述在线监测及自动控制单元与所述罐体连接。
3.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述PHA累积合成罐内设置有第二搅拌器，所述PHA累积合成罐的前端还与所述磷回收单元的除磷滤液管连接。
4.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述磷回收单元的前端与所述过滤单元连接，所述磷回收单元的后端与所述营养元素补加单元和所述PHA累积合成罐连接。
5.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述在线监测及自动控制单元包括在线监测部分和自动控制部分，所述在线监测部分包括溶解氧仪表、pH计、温度计、污泥浓度计，所述自动控制部分用于调控曝气量、进料量和排泥量。
6.一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法
7.根据权利要求6所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法，其特征在于，进入所述污泥厌氧产酸单元中的剩余污泥和消化污泥之比为1:1，污泥停留时间为2～5天，温度控制在30～50℃。
8.根据权利要求6所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法，其特征在于，进入所述菌种驯化与扩培罐中的活性污泥浓度为3000～4000mg/L，每周期的进料负荷为3000～5000mg COD/L，每个周期的时间为4～6T，丰盛期时间控制为T，饥饿期时间控制为3～5T。
9.根据权利要求8所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法，其特征在于，每个周期的运行模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式无需补磷，所述第二模式基于产酸滤液中碳磷比例补加磷盐；
10.根据权利要求6所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的方法，其特征在于，所述菌群稳定的条件为丰盛期末污泥增长率稳定且PHA占菌体干重>25％；
...【技术特征摘要】
1.一种污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述菌种驯化与扩培罐包括多个并联设置的罐体，所述罐体内设置有第一搅拌器，所述罐体与所述曝气单元连接，所述在线监测及自动控制单元与所述罐体连接。
3.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述pha累积合成罐内设置有第二搅拌器，所述pha累积合成罐的前端还与所述磷回收单元的除磷滤液管连接。
4.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述磷回收单元的前端与所述过滤单元连接，所述磷回收单元的后端与所述营养元素补加单元和所述pha累积合成罐连接。
5.根据权利要求1所述的污泥资源化合成生物降解塑料原料的系统，其特征在于，所述在线监测及自动控制单元包括在线监测部分和自动控制部分，所述在线监测部分包括溶解氧仪表、ph计、温度计、污泥浓度计，所述自动控制部分用于调控曝气量、进料量和排泥量。
6.一种污泥资源化...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺赟，李魁晓，白宇，王刚，张荣兵，常菁，姜大伟，
申请(专利权)人：北京城市排水集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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