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1、(10)申请公布号 CN 102482694 A (43)申请公布日 2012.05.30 CN 102482694 A *CN102482694A* (21)申请号 201080007749.9 (22)申请日 2010.02.12 61/151940 2009.02.12 US C12P 7/62(2006.01) (71)申请人 威立雅水务技术支持公司 地址 法国圣莫里斯 (72)发明人 SOH本特松 AG维克 PAda C列莫斯 MACFde M里斯 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 孟慧岚 林毅斌 (54) 发明名称 在糖原积累生物体内使 PH。
2、A 生产最大化的方 法 (57) 摘要 提供在混合的培养生物质中提高 PHA 产量的 方法。在该方法的第一阶段， 将与底物结合的有 机材料转化为挥发性脂肪酸， 在废水处理方法的 情况下， 如果所述废水包含足够的挥发性脂肪酸 (VFAs) 以支持该方法， 则不需要把有机材料转化 为 VFAs。在该方法的第二阶段， 利用无氧 - 有氧 筛选过程来筛选糖原积累生物体， 这导致这些生 物体增殖和以开放性混合的培养生物质为主。通 过在所述筛选过程的无氧处理阶段以 VFAs 的形 式提供相对高的有机加载， 产生了具有相对高水 平的储存糖原的糖原积累生物体。 在第三个阶段， 实施 PHA 积累过程， 其中在。
3、无氧或有氧条件或其 联合的情况下向糖原富集生物体中进料 VFAs。通 过消耗外部提供的 VFAs 和内在储存的糖原， 在所 述生物质中产生相对高水平的 PHA。此后从残留 生物质中分离出 PHA。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.08.12 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/000281 2010.02.12 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/092472 EN 2010.08.19 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页。
4、 说明书 5 页 附图 5 页 1/3 页 2 1. 通过在混合的培养生物质中筛选具有高 PHA 生产潜力的糖原积累生物体 (GAOs) 来 处理废水和生产聚羟基链烷酸酯 (PHAs) 的方法， 所述方法包括 ： 提供含有挥发性脂肪酸 (VFAs) 和混合的培养生物质的废水 ； 通过下述操作筛选 GAO 占主导的生物质并使 GAOs 增殖和相对生物质中的其它微生物 占主导地位 ： 使生物质经历交替的无氧和有氧或者缺氧处理， 其中所述交替的无氧和有氧或者缺氧 处理产生具有含有相对高水平的细胞内储存糖原的 GAOs 的 GAO 占主导的生物质 ； 在无氧处理期间向生物质提供比在有氧或缺氧处理期间显。
5、著更多的 VFAs， 使得在无氧 处理期间， 在 GAO 占主导的生物质中的 GAOs 消耗 VFAs 和细胞内储存的糖原以生产 PHA ； 在无氧处理期间以至少每1g所提供的总悬浮固体(TSS)0.08g VFA的比例向生物质提 供 VFAs ； 以及 在 GAO 占主导的生物质中积累 PHA。 2. 权利要求 1 的方法， 进一步包括在筛选 GAO 占主导的生物质之前在无氧条件下的废 水处理和通过产酸发酵将有机化合物转化为 VFAs。 3. 权利要求 1 的方法， 包括将筛选的生物质导入支流 PHA 生产区域和向 PHA 生产区域 的生物质中进料 VFAs。 4. 权利要求 3 的方法， 。
6、包括使生物质在支流 PHA 生产区域经历有氧条件、 无氧条件、 或 者无氧 - 有氧或缺氧循环。 5. 权利要求 4 的方法， 包括将来自支流 PHA 生产区域的生物质导入分离器并从废弃水 中分离生物质。 6. 权利要求 5 的方法， 包括将分离的生物质导入下游加工区域并从残留生物质中分离 PHA。 7. 权利要求 1 的方法， 包括在有氧或无氧处理阶段采集 GAO 占主导的生物质， 并将 GAO 占主导的生物质导入第一分离器以及从废水中分离 GAO 占主导的生物质 ； 以及之后将 GAO 占主导的生物质收集进入支流 PHA 生产单元， 在这里向分离的 GAO 占主导的生物质进料 VFAs。 。
7、8. 权利要求 1 的方法， 其中在筛选 GAOs 之后， 随后向生物质中进料 VFAs， 使得生物质 中的 GAOs 消耗 VFAs 并生产 PHA。 9.权利要求8的方法， 其中所述随后向生物质中进料的VFAs是在生物质经历交替的无 氧和有氧或缺氧处理之前， 从支流中获取。 10. 权利要求 8 的方法， 进一步包含随后将生物质提供于无氧、 有氧或缺氧条件。 11.权利要求1的方法， 其中在无氧条件下处理时向生物质提供的VFAs为大约每1g所 提供的总悬浮固体 (TTS)0.08-0.50g VFAs。 12. 权利要求 1 的方法， 其中所述生物质与废水混合以形成混合液， 并且其中使生物。
8、质 经历交替的无氧和有氧或缺氧处理产生了 GAO 占主导的生物质， 所述生物质在有氧或缺氧 条件下具有相对于混合液中总悬浮固体含有至少 18的细胞内储存糖原的 GAOs。 13. 权利要求 1 的方法， 其中所述生物质与废水混合以形成混合液， 并且其中使生物质 经历交替的无氧和有氧或缺氧处理产生了 GAO 占主导的生物质， 所述生物质在有氧或缺氧 条件下具有相对于混合液中 TSS 含有至少 30的细胞内储存糖原的 GAOs。 权 利 要 求 书 CN 102482694 A 2 2/3 页 3 14. 权利要求 8 的方法， 其中随后向分离的生物质进料 VFAs 产生了相对于废水中 TSS 至。
9、少 45的 PHA。 15.通过在混合的培养生物质中筛选具有高PHA生产潜力的糖原积累生物体(GAOs)来 处理废水和生产聚羟基链烷酸酯 (PHAs) 的方法， 所述方法包括 ： 将包含 VFAs 的废水导入至少一个包含混合的培养生物质的废水处理区域 ； 通过下述操作筛选 GAO 占主导的生物质并使 GAOs 增殖和相对废水处理区域中的生物 质中的其它微生物占主导地位 ： 使生物质在废水处理区域经历交替的无氧和有氧或者缺氧处理， 其中所述交替的无氧 和有氧或者缺氧处理产生具有含有相对高水平的细胞内储存糖原的 GAOs 的 GAO 占主导的 生物质 ； 在无氧处理期间向生物质提供比在有氧或缺氧处。
10、理期间显著更多的 VFAs， 使得在无氧 处理期间， 在 GAO 占主导的生物质中的 GAOs 消耗 VFAs 和细胞内储存的糖原以生产 PHA ； 在无氧处理期间以至少每1g提供给无氧处理的总悬浮固体(TSS)0.08gVFAs的比例向 生物质提供 VFA ； 以及 向 PHA 生产区域中 GAO 占主导的生物质中添加 VFAs 使得 GAOs 消耗 VFAs 并生产 PHA。 16. 权利要求 15 的方法， 进一步包括在筛选 GAO 占主导的生物质之前在无氧条件下处 理废水和通过产酸发酵将有机化合物转化为 VFAs。 17. 权利要求 15 的方法， 其中向 PHA 生产区域中的 GAO。
11、 占主导的生物质中加入的 VFAs 在生物质经历交替的无氧和有氧或缺氧处理之前从废水中取出。 18.权利要求15的方法， 进一步包括在PHA生产区域中使生物质经历无氧、 有氧或缺氧 条件。 19.权利要求15的方法， 其中筛选GAO占主导的生物质在干流中发生， 并且其中PHA生 产区域放置于支流中。 20. 权利要求 15 的方法， 包括在干流中筛选 GAO 占主导的生物质和从废水中分离所述 生物质以及将分离的生物质导入位于支流中的 PHA 生产区域。 21. 通过筛选具有高聚羟基链烷酸酯 (PHAs) 生产潜力的糖原积累生物体 (GAOs) 在混 合的培养生物质中生物处理废水和在生物质中生产。
12、聚羟基链烷酸酯 (PHAs) 的方法， 所述 方法包括 ： 将废水流体导入至少一个反应器并用生物质对废水进行生物处理 ； 通过在生物质中筛选 GAO 并使 GAOs 增殖和相对生物质中的非 GAOs 占主导来实现 GAO 筛选过程 ； 所述 GAO 筛选过程包括 ： 通过使生物质经历交替的无氧和有氧或缺氧处理阶段而使生物质经历交替的无氧和 有氧或缺氧条件 ； 在无氧处理阶段以 VFAs 的形式向生物质提供比在有氧或缺氧处理阶段更多的进料 ； 使生物质经历交替的无氧和有氧或缺氧处理阶段， 得到 GAO 占主导的生物质， 所述生 物质具有含有相当高水平的细胞内储存糖原的 GAOs， 并且其中 GA。
13、O 占主导的生物质中的 GAOs 消耗 VFAs 和所述细胞内储存的糖原以产生 PHAs ； 在无氧处理期间以至少每 1g 提供给无氧处理的总悬浮固体 (TSS)0.08g 权 利 要 求 书 CN 102482694 A 3 3/3 页 4 VFA 的比例向生物质提供 VFAs ； 和 在 GAO 占主导的生物质中积累 PHA。 22. 权利要求 21 的方法， 包括从废水中分离 GAO 占主导的生物质中的 PHA， 和从 GAO 占 主导的生物质中积累或采集 PHA。 23. 权利要求 21 的方法， 其中在 GAO 占主导的生物质中积累 PHA 包括向生物质中进料 VFAs 和将 VFA。
14、s 转化为 PHA。 24.权利要求21的方法， 其中所述废水流体包括丰富的VFAs或者所述方法包括将废水 流体中的有机物质转化为 VFAs， 使得在无氧处理阶段产生生物质可用的 VFAs， 并且其中在 无氧处理阶段， 所述方法需要提供相比于有氧和缺氧处理阶段的 VFA 加载相对高的 VFA 加 载。 25.权利要求21的方法， 其中GAOs的筛选在序批式反应器中进行， 并且VFAs与生物质 的比例为至少大约 0.08g-VFA/g-TSS， 其中该比例定义为在无氧处理阶段进料到生物质中 的 VFAs 的质量除以在大约无氧阶段开始时测量的生物质的质量。 26. 权利要求 21 的方法， 其中用。
15、生物质对废水进行生物处理包括从废水中去除生化需 氧量 (BOD)。 27. 权利要求 21 的方法， 其中所述生物质与废水混合以形成混合液， 并且所述方法包 括通过控制以下条件来控制 GAOs 的筛选 ： (1) 进料到废水的 VFAs 的量相比于混合液中生 物质的量的比例 ； (2) 生物质在无氧和有氧或缺氧处理期间的保留时间 ； (3) 在无氧和有氧 或缺氧处理期间废水的温度 ； (4) 提供的磷源与碳源的比例 ； 或 (5) 其任意结合。 28. 权利要求 21 的方法， 进一步包括在生物质已经经历无氧处理而未进行任何实质性 有氧或缺氧处理介入之后从GAO占主导的生物质中采集PHA， 所。
16、述采集通过将GAO占主导的 生物质导入第一分离器并从废水中分离生物质 ； 和将 GAO 占主导的生物质导入下游加工单 元并从残留生物质中分离 PHA 而进行。 29. 权利要求 21 的方法， 包括在有氧或缺氧处理阶段采集 GAO 占主导的生物质和将 GAO 占主导的生物质导入第一分离器和从废水中分离 GAO 占主导的生物质 ； 之后将采集的 GAO 占主导的生物质导入支流 PHA 生产单元， 在这里将 VFAs 进料到分离的 GAO 占主导的生 物质中。 30.权利要求29的方法， 其中在生物质已经经历支流PHA生产过程之后， 将GAO占主导 的生物质导入第二分离器并从残留生物质中分离 PH。
17、A。 权 利 要 求 书 CN 102482694 A 4 1/5 页 5 在糖原积累生物体内使 PHA 生产最大化的方法 0001 临时申请的交叉引用 0002 本申请根据 35U.S.C.$119(e) 要求以下美国临时申请的优先权 ： 申请系列号 61/151,940， 提交于 2009 年 2 月 12 日。该申请在本文以其整体引入作为参考。 0003 发明背景 0004 聚羟基链烷酸酯 (PHAs) 已被认为是环境友好的聚合物材料的有希望的候选者。 这些聚合物显示了宽范围的材料特性， 并且可以从可再生资源生产。 但是， 与使用纯微生物 培养进行的传统 PHA 生产方法相关联的高生产成。
18、本限制了这些聚合物的广泛应用。已经提 议了基于使用混合培养的可选的 PHA 生产策略。因为不需要无菌条件， PHA 生产中使用混 合培养可能是更具成本效益的。另外， 它允许使用廉价底物例如废物或废弃副产物。 0005 发明概述 0006 本发明涉及在混合培养生物质中提高 PHA 产量的方法。在该方法的第一阶段， 与 底物相关的有机材料被转化为挥发性脂肪酸 (VFAs)。在第二阶段， 采用无氧 - 有氧筛选过 程来筛选糖原积累生物体(GAOs)， 并导致GAOs增殖和以开放性的混合培养生物质为主。 通 过在所述筛选过程的无氧阶段以 VFAs 的形式提供相对高的有机加载， 产生了具有相对高 水平的。
19、储存糖原的 GAOs。在第三个阶段， 在无氧或有氧条件或其联合的情况下向糖原富集 GAO 生物质提供 VFAs， 进行 PHA 积累过程。通过消耗外部提供的 VFA 富集的底物和内在储 存的糖原， 在所述生物质中产生相对高水平的 PHA。此后从残留生物质中分离出 PHA。 0007 在一些方法中， 所有三个步骤可能不是全部必须的。 例如， 底物可能已经有足够丰 富的 VFAs 以确保在进行 GAO 筛选之前不需要有机转化步骤。另外， 在一些情况下将 PHA 积 累方法整合进步骤二 GAO 筛选方法是可行的。 0008 更具体地， 本发明的方法涉及通过筛选的或富集的 GAO 的开放性混合培养来生。
20、产 PHA， 其中在筛选过程的无氧阶段， 维持相对高的 VFA 与生物质的加载比例。已经发现这使 得细胞内糖原升高至相对高水平， 相应地有利于提供积累相对高含量的 PHA 的机制。虽然 在筛选过程的无氧阶段期间 VFA 加载量可以变化， 但是已经发现 VFA 与生物质 ( 干重 ) 的 加载比例在0.075-0.126g-VFA/g-生物质范围内有效地生产包含大约17到大约60PHA 的生物质。这一比例范围不是限制性的。通过实验测试假定超过 0.126g-VFA/g- 生物质的 更高比例也有效地产生相当量的糖原， 这反过来导致产生相当量的 PHA。 0009 附图概述 0010 图 1 是图示。
21、了在 GAO 筛选过程中典型的无氧 - 有氧循环的图。 0011 图 2 是图示了无氧 PHA 积累过程的图。 0012 图 3 是图示了有氧 PHA 积累过程的图， 其中两个脉冲的 50C-mmol/L 乙酸酯被加入 到生物质中。 0013 图 4 是图示了有氧 PHA 积累过程的图， 其中三个脉冲的 50C-mmol/L 乙酸酯被加入 到生物质中。 0014 图 5 是图示了 GAO 筛选过程和引入到废水处理系统的 PHA 积累过程的一个实施方 案的示意图。 说 明 书 CN 102482694 A 5 2/5 页 6 0015 示例性实施方案的描述 0016 聚羟基链烷酸酯 (PHAs)。
22、 是一类在细菌中作为细胞内碳和能量储存物而合成的生 物聚合物。 在生物质中发现了一类生物体， 称为糖原积累生物体(GAOs)， 在一定条件下生产 PHA。GAOs 代谢外源碳源， 通常是挥发性脂肪酸 (VFAs)， 并以 PHAs 的形式储存碳。 0017 本发明涉及在富集GAOs的混合培养中提高PHA生产。 本文描述的方法可以包含至 少三个步骤。在第一阶段， 包含底物的有机物质被转化为挥发性脂肪酸 (VFAs)。第二阶段 是使用交替的无氧-有氧条件并且在无氧阶段消耗VFA的GAO筛选过程。 尽管VFAs通常被 视为优选的 GAOs 底物， 其它类型的有机化合物也可以用作底物。在该阶段 GAO。
23、s 生长并增 殖， 并且如果不以超过生长需要来提供磷源的话将主导生物质。在第三阶段， 在 GAOs 中生 产PHA并积累至尽可能高的程度。 本发明的目标是生产高含量的PHA， 因为这将改进整个方 法的生产性能， 并显著改进下游加工， 使从残留生物质中分离 PHA 更便宜和更具成本效益。 本文描述的方法正日益更经济地和在技术上更可行地在积累阶段达到更高的 PHA 水平。 0018 如前所述， 该方法的第一阶段包括将有机物质转化为 VFAs。这通过在通常称为产 酸阶段的无氧条件下向发酵生物质提供碳源来实现。碳源可能变化， 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。
24、而， 在一些情况下， 用于富集 GAOs 的底物 可能已经具有足够的 VFA 含量， 或者由于各种原因将有机物质转化为提高 VFA 含量是不可 能实现或不可行的。在这些情况下， 该方法的第一阶段可能不是必须的。在任何一种方案 中， 包含VFAs的底物在第二阶段的无氧阶段期间加入到GAO生物质之中， 以这种方式， 驱动 并维持稳定的 GAO 筛选压力。 0019 GAO 筛选过程可以在第二阶段进行， 在一个实施方案中可以是序批式反应器 (sequencing batch reactor， SBR)。然而， 在其它实施方案中， GAO 筛选可以类似地在推流 式反应器、 串联混合釜、 或其它连续流动。
25、反应器构造中实现。在 GAO 筛选过程的无氧阶段， VFAs 加入到 GAOs 中。GAOs 水解并消耗细胞内储存的糖原， 而在这些反应期间产生的能量 被用于消耗 VFAs 以生产和储存 PHA。在无氧条件下， 没有氧气供给生物质， 而在混合液中 的溶解氧水平是不存在的或至少相对较低。在接下来的 GAO 筛选过程的有氧阶段， 不再给 予 VFA 供应， 并且因此内在储存的 PHA 被用于活性生物质的生长和细胞内糖原的产生。该 方法选择性地富集含有 GAOs 的生物质， 因为 GAOs 能在这样的无氧 - 有氧条件下很好地生 长， 而很多其它非糖原积累生物体在这种条件下不能生存。 在有氧条件下，。
26、 氧或另一种电子 受体可供给生物质， 以促进 PHA 消耗作为碳源用于细胞生长和糖原储存。氧可以使用例如 通风装置或混合器来提供。在另一个实施方案中， GAO 筛选阶段可以包括与有氧阶段连接 的缺氧阶段。在另外一个实施方案中， GAO 筛选过程可以包含无氧 - 缺氧条件。当使用缺 氧阶段时， NO3-( 硝酸盐 ) 或 NO2( 硝酸酯 ) 可以用作适宜的缺氧电子受体。 0020 在第三阶段， 产生在 GAOs 中的 PHA 并积累至尽可能高的水平。如果在无氧阶段期 间从 GAO 选择器来采集生物质， 则 GAOs 具有来自代谢的 VFAs 的高水平的储存的 PHA。因 此， 如果在无氧阶段之。
27、后采集， 则生物质可能不需要进一步处理。然而， 如果在有氧阶段从 GAO 选择器来采集生物质， 则 GAOs 已经将显著量的储存的 PHA 氧化为糖原。因此， 如果在 GAO 筛选过程的有氧阶段期间采集生物质并具有很少或没有储存的 PHA， 则需要额外的处 理以产生和积累 PHA。在单独的无氧条件或有氧条件， 或者其联合之下， 可以在这种类型的 生物质中加入 VFAs 以刺激 PHA 生产。 说 明 书 CN 102482694 A 6 3/5 页 7 0021 通过控制如上所述的 GAO 筛选阶段的各种参数， 可以增加 GAOs 中 PHAs 的积累。 例如， 如果在采集的 GAOs 中的糖。
28、原含量足够高， 则在积累阶段加入的 VFAs 被消耗， 并伴随 着糖原的消耗和 PHA 的生产。GAOs 在无氧和有氧条件下依赖于糖原来合成 PHA。因此， 在 GAO 筛选阶段确保 GAOs 中高的糖原含量， 能通过无氧或有氧策略增加积累期间的 PHA 生产 潜力。 0022 若干个参数对 GAOs 在 GAO 筛选阶段期间的最大化糖原含量做出贡献。用于最大 化糖原含量的一个参数是VFA对生物质的重量比。 在连续流系统中， 这个参数经常称为 “絮 凝 - 负载 (floc-loading)” 。VFA 的量定义为在底物中存在的所有单独的挥发性脂肪酸的 加和总量。 表示被进料的生物质的量的一种。
29、方法是通过测量总悬浮固体(total suspended solid， TSS)。对 SBRs， VFA 对生物质的比例可以定义为在无氧期间进料到生物质的 VFA 的 质量除以在无氧阶段开始时以 TSS 测量的生物质 (g VFA/g TSS)。对于具有简单或分布进 料反应器构造的连续流， VFA对生物质的比例可定义为供给无氧区域的VFA的速率(g VFA/ h) 除以供给无氧区域的生物质的速率 (g TSS/h)。控制该参数增加了 GAO 生物质中的糖 原水平， 以便随后最大化生物质中的 PHA 积累潜力。如下面所讨论的， VFA 对 TSS 的比例在 0.075-0.126g-VFA/g-。
30、TSS 的范围内证明产生了细胞内高水平的糖原， 这能够积累高水平的 PHA。一般地， VFA 对生物质的比例应该是 0.08gVFA/g TSS 或以上。 0023 GAO 筛选过程的无氧阶段期间的高有机加载在生产具有高水平的细胞内糖原的 GAOs 中是重要的， 其反过来导致在随后的在无氧和 / 或有氧条件下的 PHA 积累阶段的高 PHA 产量。进行了 VFA 对 TSS 的比例在 0.075-0.126 范围的大量实验并证实了 VFAs 对 TSS 的高比例导致了 PHA 的高积累。 0024 在一个实例中， GAO 筛选过程采用 SBR 及 VFA 对生物质的比例为 0.075gVFA/。
31、g TSS 来进行。在有氧阶段的末尾， GAOs 包含总悬浮固体的 18的糖原。当在 PHA 积累阶段向该 生物质进料过量 VFAs 时， 在无氧条件下获得了所得 TSS 的 17的 PHA。 0025 在另一个实例中， GAO 筛选过程采用 SBR 及 VFA 对生物质的比例为 0.084g VFA/g TSS 来进行。在有氧阶段的末尾， GAOs 包含总悬浮固体的 24的糖原。当在 PHA 积累阶段 向该生物质进料过量 VFAs 时， 在无氧条件下获得了所得 TSS 的 30的 PHA， 而在有氧条件 下获得了所得 TSS 的 25的 PHA。 0026 在另一个实例中， GAO 筛选过程。
32、采用 SBR 及 VFA 对生物质的比例为 0.126g VFA/g TSS 来进行。在有氧阶段的末尾， GAOs 包含总悬浮固体的 36的糖原。当在 PHA 积累阶段 向该生物质进料过量 VFAs 时， 在无氧条件下所得 TSS 的 49是 PHA 的形式， 而在有氧条件 下所得 TSS 的 60是 PHA 的形式。 0027 对于 GAO 筛选过程和 PHA 积累的更详细的解释见展示 1(Exhibit 1)。 0028 在 GAO 筛选阶段对最大化糖原含量做出贡献的其它参数包括温度和固体保留时 间 (solid retention time， SRT)。然而， GAO 筛选过程的策略可以。
33、在很大范围的温度和 SRTs 之下进行。 0029 关键重要的是设计在 GAO 筛选过程中生物质暴露于交替的无氧和有氧阶段的时 间长度。GAO 筛选过程的无氧阶段应当足够长以允许 VFA 消耗， 但是足够短以避免储存的 PHA的不当无氧消耗。 无氧阶段时间的典型范围是在1到4小时之间。 GAO筛选阶段的有氧 阶段的时间应当足以降低细胞内 PHA 浓度， 但是足够短以避免储存的糖原的不当消耗。一 说 明 书 CN 102482694 A 7 4/5 页 8 般地， 有氧时间足够长以使得储存的 PHA 含量变得少于以 TSS 测量的生物质的 10。有氧 阶段时间的典型范围是在 2 到 20 小时之。
34、间。 0030 在一个实例里， GAO 筛选过程采用 SBR 进行， 进料乙酸酯作为 VFA 来源， 并在大 约 30下在交替无氧 - 有氧条件下运行 450 天。在此期间， Candidatus Competibacter phosphatis 以生物质的 54 -70在培养中占主导。典型的无氧 - 有氧循环描绘于图 1。 如图1所示， 在GAO筛选过程的无氧阶段， 乙酸酯和糖原被消耗， 同时产生PHA。 在随后的有 氧阶段， PHA 被消耗而产生了活性生物质和糖原。 0031 GAO 筛选过程以 VFA 对生物质的比例为 0.126g VFA/g TSS 来实现。在无氧阶段 的末尾， PH。
35、A 含量为 TSS 的 173而糖原含量为 TSS 的 172。在有氧阶段的末尾， 糖 原含量为 TSS 的 364。GAO 筛选过程中高的 VFA 对生物质的比例促进了有氧阶段末尾 GAOs 中糖原含量的提高。 0032 在分离的批实验中研究了在无氧和有氧条件下 PHA 的积累。因此， 来自 SBR 的生 物质在有氧阶段的末尾移除出来并转入批式反应器。以 1 或 2g 乙酸酯或丙酸酯每升的单 一或多次脉冲向生物质中加入VFA源， 例如乙酸酯或丙酸酯。 PHA的积累在有氧或无氧条件 下进行， 只要糖原存在于 GAO 生物质中。在消耗外部提供的 VFA 和内在储存的糖原的同时 生产出 PHA。 。
36、0033 当在PHA积累阶段向生物质进料过量的VFAs时， 以TSS测量的所得生物质的49 是 PHA 的形式， 并在无氧条件下在 4 小时之内获得。积累的 PHA 包括 3- 羟基丁酸酯 (3HB) 和 3- 羟基戊酸酯 (3HV)。如图 2 所示， 当细胞内糖原含量降至低于 TSS 的 3时 PHA 积累 停止， 表明 PHA 积累被储存的糖原的量所限制。 0034 在有氧条件下的 PHA 积累阶段， 两个脉冲的 50C-mmol/L 乙酸酯被加入到生物质 中。在这些条件下， 以 TSS 测量的所得生物质的 60是 PHA 的形式。在有氧条件下的分离 实验中， 三个脉冲的 50C-mmol。
37、/L 乙酸酯被加入到生物质中。在这些条件下， 以 TSS 测量的 所得生物质的 59是 PHA 的形式。在两个有氧积累实验中， 积累的 PHA 仅包含 3HB。另外， 图 3 和图 4 显示在两个有氧积累实验中， PHA 生产速率和糖原消耗速率随着时间而降低， 如 同在无氧条件下观察到的一样。因此， 细胞内糖原水平在有氧条件下和在无氧条件下都控 制 PHA 生产。 0035 在 4 小时无氧随后 4 小时有氧条件下进行一次实验， 其中脉冲式供应乙酸酯。当 由于无氧PHA积累而糖原池被用尽(TSS的3)时， 在有氧条件下没有更多PHA积累发生， 即使生物质未被 PHA 饱和， 如由 PHA 含量。
38、 (TSS 的 47 ) 低于从培养中观察到的最高 PHA 含 量 (TSS 的 60 ) 所证实。这显示在有氧条件下在 GAOs 中 PHA 合成也是糖原消耗依赖性 的。 0036 上文描述的 GAO 筛选和 PHA 积累过程可以引入到废水处理系统， 通常以图 5 中的 数字 10 来表示。在本文所描述的实施方案里， 废水处理系统可以用于处理各种类型的水和 废水。如本文所用的术语 “废水” 表示任何水流， 其可以由工厂和 / 或家用方法、 过程或活动 的出口所产生。 在普通情况下， 出口水流包含有机和无机化合物， 这些化合物是作为所述方 法、 过程或活动的副产物得到的。然而在其它情况中， 例。
39、如淤泥发酵， 含水出口拟指富含挥 发性脂肪酸的流体， 并且是所述方法、 过程或活动的主要产物。 因此， 如本文所用的术语 “废 水” 是指对本方法合适的流体并典型地不会未经一些形式的处理而直接排泄进入环境者。 说 明 书 CN 102482694 A 8 5/5 页 9 0037 更详细地观察废水处理系统 10， 废水流体 12 指向酸阶段消化器 (Acid Phase Digester， APD)14。在所述方法的该阶段中， 废水中的有机材料在无氧条件下转化为 VFAs。 允许进行有机材料转化为 VFAs 而不允许 VFAs 进一步转化为甲烷和二氧化碳。为了控制 APD 14 中的固体保留时。
40、间和 pH， APD 14 中可以分别包括生物质出口 16 和 pH 调节入口 20。 另外， APD 14 可以包括气体出口 18。APD 14 可以是批式反应器、 序批式反应器、 或连续流 动反应器。另外， APD 14 可以是悬浮生长反应器或生物膜生长反应器。取决于进入的废水 流体的特征， APD 14 可能不需要。也就是， 如果废水流体有足够丰富的 VFAs， 则 APD 14 可 以不用。 0038 在废水中产生足够量的 VFAs 之后， 废水被从 APD 14 导入废水处理反应器 (WWT)22。在 WWT 22 中， 有机材料 (VFAs 占主导 ) 转化为生物质和二氧化碳。生物。
41、质与废 水混合以形成混合液。生物质经历实施 GAO 筛选过程的交替的无氧 - 有氧条件。在另一个 实施方案中， 可以使用缺氧条件替换或联合有氧条件。相对高的 VFAs 对生物质的加载比例 促进了GAOs中糖原水平的提高。 WWT 22可以是序批式反应器、 连续流动反应器、 串联釜、 推 流式反应器、 常规进料反应器、 或阶段进料反应器。WWT 22 也可以包括化学添加入口 24、 通 风入口 26 和气体出口 28。 0039 包含 GAOs 富集的生物质的废水然后被导入分离器 30， 在这里生物质从处理过的 废水流体 32 中分离出来。在一个实施方案中， GAOs 富集的生物质被导入下游加工。
42、系统 (DSP)34， 如果生物质具有足够水平的PHA。 也即是， 如果在GAO筛选过程的无氧阶段采集生 物质， 则生物质的 PHA 含量可能已经足够， 而不需要进一步的 PHA 积累。然而， 如果在 GAO 筛选过程的有氧阶段采集生物质， 则生物质将只具有很少或没有 PHA 含量。因此， 这种类型 的生物质可以被导入 PHA 生产过程 (PPP)36 以用于进一步处理。 0040 在 PPP 36 中， VFAs 被加入到生物质中。在一个实施方案中， 离开 APD 14 的 VFAs 富集的废水可以被导入 PPP 36。在另一个实施方案中， 富含 VFAs 的输入废水流 38 被导入 PPP。
43、 36。在又另一个实施方案中， 来自 APD 14 的富含 VFAs 的废水和富含 VFAs 的输入的废 水流38都被导入PPP 36。 PPP 36中的生物质经历有氧条件、 无氧条件、 或无氧-有氧循环。 PPP 36 可以是批式反应器， 序批式反应器， 或连续流动反应器。另外， PPP 36 可以包括提供 化学添加、 通风入口 40 和气体出口 42。 0041 在无氧和有氧 PHA 积累中， PPP 36 中的 PHA 积累均依赖于 GAOs 中的糖原含量。这 些糖原水平可以通过 WWT 22 中 GAO 筛选中的 VFA 加载来控制。 0042 在GAO生物质中产生了足够水平的PHA之。
44、后， 生物质被导入分离器44， 在这里生物 质与废弃水相分离。 在一个实施方案中， 废弃水可以再循环进入APD14。 分离的生物质然后 导入下游加工 (DSP)34 过程。DSP 34 包括从残留生物质中分离 PHA 的任何方法。这可以包 括通过入口46添加化学品和机械能量以从PHA中移除非PHA生物质， 然后分离和干燥PHA。 然后 DSP 34 从 PHA 50 中分离残留的生物质， 或者 “非 PHA 细胞材料” (NCPM)48。NCPM 可以 用于沼气生产或可以回到 APD 14 或 WWT 22。 0043 本发明当然可以以本文描述的方法之外的其它特定的途径来实现而不脱离本发 明的。
45、范围和其本质特征。 因此本发明的实施方案应当从所有方面来解释为示例性的而不是 限制性的， 并且来自所附的权利要求的含义和等同范围之内的任何改动都拟包括于其中。 说 明 书 CN 102482694 A 9 1/5 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102482694 A 10 2/5 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 102482694 A 11 3/5 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 102482694 A 12 4/5 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 102482694 A 13 5/5 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 102482694 A 14 。