徐靜陽，大浦 宏隆，劉德華，梶原將

1 清華大學(xué)化學(xué)工程系應(yīng)用化學(xué)研究所，北京 100084

2 日本東京工業(yè)大學(xué)生命理工學(xué)部，橫濱 226-8501

剩余污泥熱堿解及其用于微生物油脂生產(chǎn)的探索

徐靜陽1,2，大浦 宏隆2，劉德華1，梶原將2

1 清華大學(xué)化學(xué)工程系應(yīng)用化學(xué)研究所，北京 100084

2 日本東京工業(yè)大學(xué)生命理工學(xué)部，橫濱 226-8501

為了將剩余污泥中的蛋白質(zhì)成分進(jìn)行資源化利用，采用熱堿解法進(jìn)行處理，并嘗試將處理后得到的上清液作為氮源培養(yǎng)圓紅冬孢酵母用于微生物油脂的合成。結(jié)果表明，pH 13下處理5 h的條件對(duì)于污泥減量以及含氮物質(zhì)析出最為有效，而污泥在pH 10處理5 h時(shí)得到的上清液則相對(duì)更適于酵母培養(yǎng)。在剩余污泥中添加NaOH調(diào)節(jié)初始pH為10，在60 ℃下處理5 h后中和體系pH值至7，得到的上清液經(jīng)微孔膜過濾后用于配制限氮培養(yǎng)基可以使菌體生長良好，并且細(xì)胞內(nèi)油脂含量達(dá)35%。

剩余污泥，熱堿解，氮，產(chǎn)油酵母，微生物油脂

Abstract:To recover and use protein resources in excess sludge and decrease the cost of microbial lipid production,heat-alkaline was used to treat the sludge, and the hydrolysate was preliminarily used as nitrogen source to cultivate Rhodosporidium toruloides AS 2.1389 for lipid accumulation. Firstly, we treated the excess sludge under different alkaline conditions (pH 10, pH 12, pH 13) within the reaction time of 5–10 h to investigate the effect of nitrogen source release.Secondly, we used the sludge hydolysate to culture R. toruloides AS, and test the effect on cell growth. Results showed that treatment of excess sludge at pH 13 for 5 h was the most effective for nitrogen release. However, the hydrolysate obtained at pH 10 (5 h) was the most suitable for culturing R. toruloides AS, and under this condition, the inner-cellular lipid content could reach 35% of the total biomass weight.

Keywords:excess sludge, heat-alkaline treatment, nitrogen, oleaginous yeast, microbial lipid

隨著近年來能源緊缺與環(huán)境問題的日益突出，生物柴油作為一種新型能源得到廣泛重視。產(chǎn)油微生物可將多種可再生資源轉(zhuǎn)化為油脂，即微生物油脂，且以其生產(chǎn)過程不占用耕地資源，可以連續(xù)產(chǎn)出等諸多的特點(diǎn)與優(yōu)越性而受到關(guān)注，有望為生物柴油產(chǎn)業(yè)提供油脂原料。

微生物發(fā)酵產(chǎn)油脂大體分為菌體增殖期和油脂積累期兩個(gè)階段，前期細(xì)胞增殖需要消耗豐富的碳、氮源，保持菌體旺盛的代謝從而增加生物量，后期限制氮源從而使其積累油脂[1]。相應(yīng)的，在發(fā)酵工藝上常用一步法限氮發(fā)酵或兩步發(fā)酵法。近年來，已經(jīng)報(bào)道的文獻(xiàn)資料更多的是關(guān)注開發(fā)廉價(jià)碳源用于微生物油脂生產(chǎn)，例如對(duì)于糖蜜、秸稈水解液、菊芋抽提物等工業(yè)有機(jī)副產(chǎn)物、農(nóng)林廢棄物或非糧能源作物的利用[2-4]。然而，無論是一步法限氮發(fā)酵還是兩步發(fā)酵，都需要在發(fā)酵前期消耗一定氮源從而使菌體生物量達(dá)到較高水平，而對(duì)于廉價(jià)氮源開發(fā)利用的關(guān)注較少。有機(jī)氮源，例如酵母粉、蛋白胨、豆粉、玉米漿等是菌體生長所需的優(yōu)良氮源，但這些氮源往往價(jià)格較高，因此有必要開發(fā)廉價(jià)的氮源用以微生物油脂的合成與積累。

另一方面，剩余污泥作為活性污泥污水處理法產(chǎn)生的副產(chǎn)物，隨著城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展大量產(chǎn)生，其無害化處理處置成為一個(gè)亟待解決的問題。目前的處理方法主要為焚燒或填埋，處理費(fèi)用占污水處理總費(fèi)用的 65%[5]，而且消耗大量能量的同時(shí)仍然存在環(huán)境安全隱患。因而活性污泥法處理污水從某種程度上來看，將水污染控制問題轉(zhuǎn)化為了固廢處理難題[6]。事實(shí)上，剩余活性污泥的主要有機(jī)成分是脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物，其中蛋白質(zhì)含量占到約60%，但尚未得到充分利用。因此，開發(fā)利用剩余污泥不僅可以減少固體污染物排放，而且可以獲得更高附加值產(chǎn)品。

本文采用熱堿法水解剩余污泥，并將其上清液作為氮源用于產(chǎn)油脂酵母一步法限氮培養(yǎng)，考察微生物耐受剩余污泥堿解液的情況，以及堿解液對(duì)于菌體生長和油脂積累的影響，對(duì)將剩余污泥堿解液用于微生物油脂生產(chǎn)的可行性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步開發(fā)利用剩余污泥和開發(fā)微生物油脂廉價(jià)氮源提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 菌株

圓紅冬孢酵母Rhodosporidium toruloides AS 2.1389購自中國普通微生物菌種保藏管理中心。

1.2 剩余污泥

剩余污泥取自日本神奈川縣橫濱市町田污水處理廠。污泥樣品的總懸浮顆粒物 (MLSS) 為5 000~6 000 mg/L，含水量為99.48%。真空冷凍干燥后得到的干物質(zhì)占原污泥樣品的0.52%。

1.3 污泥處理

180 mL含1 g干物質(zhì)的污泥懸浮液用10 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH到設(shè)定條件 (分別為pH 10, pH 12以及pH 13)，在60 ℃進(jìn)行批式熱堿處理，之后取用98%的硫酸調(diào)節(jié)pH到中性，離心 (8 000 r/min，15 min) 分離上清液和沉淀物，上清液使用孔徑為0.45 μm的濾膜過濾后于?20℃保存。

1.4 培養(yǎng)基及培養(yǎng)方法

活化菌種及種子液培養(yǎng)使用YPD培養(yǎng)基 (1%酵母抽提物，1%蛋白胨，2%葡萄糖)。一步法油脂積累使用限氮培養(yǎng)基 (2%~7%葡萄糖，0.01% (NH4)2SO4，0.075%酵母抽提物，0.15% MgSO4·7H2O，0.04%KH2PO4)。

使用剩余污泥水解液配制培養(yǎng)基時(shí)，先將水解后分離得到的上清液通過孔徑為0.45 μm的濾膜過濾，再加入一定量100 g/L的葡萄糖液調(diào)節(jié)葡萄糖含量到設(shè)定濃度。

培養(yǎng)過程采用一步發(fā)酵模式。將新鮮斜面上的圓紅冬孢酵母菌種接種于含YPD液體培養(yǎng)基的搖瓶中，于30 ℃、200 r/min搖床培養(yǎng)24 h；之后離心集菌并洗滌，用去離子水重懸后接種于限氮培養(yǎng)基?？疾焓Ｓ辔勰鄩A解液對(duì)菌體生長的影響時(shí)，接種使初始菌體密度為0.05 mg/mL (由菌體在620 nm下的吸光度值根據(jù)菌密度對(duì)應(yīng)吸光度值的校正曲線計(jì)算得到)?？疾焓Ｓ辔勰鄩A解液對(duì)菌體油脂合成與積累的影響，接種使初始菌體密度為0.5 mg/mL。

1.5 分析方法

菌體生物量的計(jì)算通過測取 620 nm下菌液的吸光度，并根據(jù)菌液密度對(duì)應(yīng)吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線校正得到。油脂提取采用酸熱法[7]。元素組成由 CHN元素分析儀 (YANACO MT-5) 分析?？偟治鲇勺贤夥止夤舛确y定，具體方法為：剩余污泥堿熱解后的樣品稀釋至2 mg N/L以下，取10 mL，與2 mL SP液 (由2 g NaOH和3 g K2S2O8溶于100 mL去離子水配制) 充分混合，在120 ℃下加熱30 min，冷卻到室溫，取5 mL上清液，加入1 mL體積分?jǐn)?shù)為6%的鹽酸，然后于220 nm測定吸光度，并由氮濃度對(duì)應(yīng)吸光度值的標(biāo)準(zhǔn)曲線校正得到最終的氮濃度測定值。氨基酸組成使用液相色譜儀 (LC-20A，SHIMADZU) 進(jìn)行分析。所有數(shù)據(jù)均為2個(gè)平行樣的均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 剩余污泥元素組成

為考察剩余污泥的主要元素組成，對(duì)其進(jìn)行元素分析，結(jié)果如表 1所示。所用剩余污泥具有較高的N含量。如按蛋白質(zhì)中N元素含量為16%估算，可得出剩余污泥中蛋白質(zhì)含量為50%左右。當(dāng)然，依據(jù)活性污泥本身性質(zhì)的差別，其組成會(huì)有所不同。Chen等的研究中采用的剩余污泥樣品含有約 60%的蛋白質(zhì)，是污泥中含量最高的有機(jī)質(zhì)組分[8]；在Tanaka等的研究中剩余污泥中的蛋白質(zhì)含量也有41%[9]。因此，剩余污泥是獲得微生物培養(yǎng)所需氮源的潛在原料。

2.2 熱堿法處理剩余污泥

熱堿法是一種用于污泥減量化有效而簡便的方法。Rocher等研究表明氫氧化鈉相比于硫酸、鹽酸、氫氧化鉀等常用酸或堿在熱化學(xué)法處理剩余污泥中具有更顯著的優(yōu)勢[10]。通常認(rèn)為在 55 ℃以上細(xì)胞失活分解，高溫更有利于細(xì)胞失活。為減少能耗和避免由于溫度過高造成的產(chǎn)物復(fù)雜化，本文中熱解的溫度設(shè)定在60 ℃，選擇了初始pH值分別為10、12和13的條件進(jìn)行堿解實(shí)驗(yàn)。

表1 剩余污泥中干物質(zhì)主要元素的含量Table 1 Basic composition of excess sludge sample

2.2.1 處理時(shí)間對(duì)堿熱解處理效果的影響

熱堿法降解剩余污泥或提取蛋白多采用 3~5 h及以上的處理時(shí)間，已有研究表明[11]，5 h以內(nèi)總懸浮顆粒物的減少是一個(gè)較快的過程，5 h之后減量的趨勢減緩或無明顯變化。并且，從氮元素析出來看，5 h之后析出基本停止。但是考慮到氮元素的析出包含 2個(gè)步驟，首先是剩余污泥中生物質(zhì)細(xì)胞的破碎從而釋放出蛋白質(zhì)，接下來是蛋白質(zhì)進(jìn)一步分解成包含氨基酸在內(nèi)的小分子物質(zhì)。為了使大多數(shù)的氮元素析出，并水解成更容易被微生物利用的小分子物質(zhì)，在處理時(shí)間的選擇上，選擇了5 h、8 h和10 h的處理時(shí)間以考察氮析出和體系pH值的變化情況 (表 2)。

可以發(fā)現(xiàn)強(qiáng)堿性條件更有利于氮元素的析出，而 5 h以后含氮物質(zhì)析出變得不再明顯。值得注意的是，在不繼續(xù)投加堿的情況下，除了初始pH值為13的情況以外，其余條件均無法維持最初的pH值。這可能與生物質(zhì)胞內(nèi)有機(jī)物物質(zhì)溶出并水解得到有機(jī)酸有關(guān)[12]。

表2 不同pH條件下氮的析出隨時(shí)間的變化Table 2 Effect of pH and time on nitrogen source release

2.2.2 初始pH對(duì)剩余污泥水解及氮元素析出的影響

為了評(píng)價(jià)不同初始 pH條件對(duì)污泥減量以及氮元素析出的影響，經(jīng)過 5 h堿熱處理后高速離心分離上清液和沉淀物，并對(duì)兩者分別分析得到活性污泥堿熱解處理后的總懸浮顆粒物 (MLSS) 減少量以及氮元素析出百分比，如表3所示。

表3 不同初始pH值條件對(duì)總懸浮顆粒物的減量和氮的析出的影響Table 3 Hydrolysis effect under different alkaline conditions

初始pH值為13的處理?xiàng)l件相比于初始pH值為10和12的條件更有利于總懸浮顆粒物的減少以及氮元素析出，但是堿的投加量也明顯增加，分別為pH 10和pH 12條件下堿投加量的33倍和4倍。此外，不同的處理?xiàng)l件所得到的堿解上清液中的氨基酸組成也有所不同 (表4)。

在堿熱解后的上清液中，大約有14~16種天然氨基酸存在，包括賴氨酸 (Lys)、苯丙氨酸 (Phe)、亮氨酸 (Leu)、異亮氨酸 (Ile)、半胱氨酸 (Cys)、蛋氨酸 (Met)、纈氨酸 (Val)、絡(luò)氨酸 (Tyr)、脯氨酸 (Pro)、丙氨酸 (Ala)、蘇氨酸 (Thr)、精氨酸(Arg)、組氨酸 (His)、甘氨酸 (Gly)、絲氨酸 (Ser)、谷氨酸 (Glu) 和天冬氨酸 (Asp)。不同堿性處理?xiàng)l件得到的水解液中的氨基酸含量和組成亦有所不同，但這些氨基酸種類基本覆蓋了通常被用于微生物培養(yǎng)的蛋白胨中的氨基酸組分，因而具有被微生物利用的潛力。

初始pH值為10的處理?xiàng)l件得到了占初始活性污泥干重7.9%的氨基酸。Liu等[13]曾使用熱酸法處理剩余污泥得到含氨基酸的水解液并用來制備氨基酸氮肥，最優(yōu)條件為在約120 ℃的高溫下通過兩步法先后處理共約 15 h，提取出了占初始污泥干重10%~13%的氨基酸。相比之下，本文的處理?xiàng)l件所用時(shí)間大大縮短，但氨基酸產(chǎn)率也已經(jīng)接近于前面報(bào)道的最優(yōu)結(jié)果，這證明了熱堿解法的高效性。

表4 不同初始pH值條件處理剩余污泥對(duì)堿解液中氨基酸得率的影響Table 4 Effect of alkaline addition on the yields of amino acids

然而值得注意的是，在更高的堿性條件下 (初始pH值為12或13) 雖然可以得到更高的氮析出量，其氨基酸產(chǎn)量卻低于處理前污泥干重的 1%。這可能與體系當(dāng)中蛋白質(zhì)組分的轉(zhuǎn)化有關(guān)。在水熱以及堿的作用下，碳水化合物與蛋白質(zhì) (氨基酸) 可能發(fā)生某些復(fù)雜的反應(yīng)，從而將蛋白質(zhì) (氨基酸) 轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。例如碳水化合物與蛋白之間的美拉德反應(yīng) (Maillard reaction) 會(huì)生成類黑色素和腐殖酸等難溶物，從而影響到污泥減量的效果，而且這類物質(zhì)的存在可能對(duì)微生物的生長造成抑制性作用[14-16]。在本文的實(shí)驗(yàn)過程中也確實(shí)觀察到了不同 pH值條件下處理后得到上清液的顏色的不同，除了 pH 10條件下處理得到的上清液接近無色 (略顯淺黃色)以外，其余兩種處理?xiàng)l件得到的上清液相比處理前顏色加深，特別是pH 13條件下得到的上清液棕褐色更明顯，表明了色素物質(zhì)的產(chǎn)生。

2.3 污泥堿解液作為產(chǎn)油微生物生長氮源的初步探索

由于堿解液中的成分比較復(fù)雜，因而首先對(duì)菌體耐受性情況作了初步考察。堿解液調(diào)節(jié)pH值至中性后與100 g/L葡萄糖液按4∶1的體積比混合，再添加無機(jī)鹽營養(yǎng)物MgSO4·7H2O和 KH2PO4至濃度分別為1.5 g/L和0.4 g/L，然后接種圓紅冬孢酵母種子液并培養(yǎng)50 h觀察其生物量的變化。結(jié)果如圖1所示?？煽闯鰌H 10堿解液中，酵母生長情況良好，說明其中的含氮物質(zhì)可以為菌體所利用。在 pH 12與pH 13條件處理得到的堿解液中，菌體生長受到顯著抑制，這說明高堿性條件處理得到的堿解液中存在抑制菌體生長的物質(zhì)。并且在采用pH 13處理得到的堿解液作為氮源進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)菌體出現(xiàn)明顯結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，后期不能正常生長。另外，由于在較高pH值下水解污泥后采用硫酸中和過量的堿，產(chǎn)生的鹽離子可能造成較高的滲透壓抑制菌體生長。在本文研究的處理強(qiáng)度下，堿解液中和后鈉離子的濃度在0.03~1.22 g/L的范圍。因此，我們設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，在普通限氮培養(yǎng)基中添加與3種堿解液中存在的鈉離子等量的鹽并考察酵母的生長，發(fā)現(xiàn)酵母的生長無明顯的抑制現(xiàn)象，說明此濃度范圍內(nèi)的鹽離子并不足以抑制菌體的生長。由此推測在較高 pH值下處理污泥后堿解液不能被菌體利用的原因應(yīng)該是由于熱堿處理過程中生物質(zhì)溶胞，進(jìn)而有機(jī)物之間發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)，生成了對(duì)菌體生長具有抑制作用的有毒物質(zhì)。因此如將堿解液適當(dāng)稀釋以降低有毒物質(zhì)的抑制作用，菌體有可能會(huì)利用氮源生長并進(jìn)行油脂積累。于是，我們將 3種不同的堿解液稀釋至同一氮源濃度 (96 mg/L) 后添加 2%葡萄糖以及無機(jī)鹽 (0.15% MgSO4·7H2O，0.04% KH2PO4)，考察其對(duì)菌體生長的影響，并采用以硫酸銨和酵母抽提物為氮源的限氮培養(yǎng)基 (96 mg/L) 作為對(duì)照 (培養(yǎng)基中其他成分與試驗(yàn)組一致，具體見“材料與方法”部分)，結(jié)果如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此時(shí)3種堿解液中菌體都可以生長，但是僅有pH 10條件下處理所得堿解液中的菌體生長與對(duì)照保持一致。此結(jié)果進(jìn)一步證明在較高 pH值下水解污泥會(huì)生成對(duì)菌體生長具有抑制作用的有毒物質(zhì)，且 pH值越高，有毒物質(zhì)的濃度越大。通過稀釋可以降低有毒物質(zhì)的濃度，從而降低其對(duì)菌體生長的抑制作用，但簡單稀釋的同時(shí)也降低了氮源的濃度，不利于生物量的積累。因此，如要充分利用較高pH值水解液作為氮源，還需要進(jìn)行脫毒處理。

圖1 不同初始pH值處理污泥后堿解液用于圓紅冬孢酵母菌生長Fig. 1 Cell growth of R. toruloides with sludge hydrolyzate as nitrogen sources.

圖2 不同初始pH值處理污泥后堿解液經(jīng)稀釋用于圓紅冬孢酵母菌生長Fig. 2 Cell growth of R. toruloides with diluted sludge hydrolyzate as nitrogen sources.

2.4 堿解液用于微生物油脂合成

由于以pH 10條件下處理得到的堿解液作為氮源時(shí)菌體生長沒有出現(xiàn)明顯抑制的跡象，因而進(jìn)一步以此堿解液為氮源考察了其對(duì)微生物油脂合成與積累的影響。為了保證有足夠的碳源與無機(jī)營養(yǎng)物用于菌體生長以及油脂合成，并使培養(yǎng)基維持較高的碳氮比以利于油脂合成與積累，試驗(yàn)組與對(duì)照組均添加 7%葡萄糖和少量無機(jī)營養(yǎng)物 (0.15%MgSO4·7H2O, 0.04% KH2PO4)，使得培養(yǎng)基中的碳氮比達(dá)到300∶1。在此條件下以一步限氮培養(yǎng)的方式培養(yǎng)7 d后測定生物量濃度以及菌體中油脂含量，結(jié)果如表 5所示。在本實(shí)驗(yàn)條件下，試驗(yàn)組與對(duì)照組的碳源 (葡萄糖) 均過量，發(fā)酵結(jié)束后仍分別殘余4.0%和 3.8%的葡萄糖。與對(duì)照樣相比，堿解液中培養(yǎng)可得到更高的生物量、相當(dāng)?shù)挠椭a(chǎn)量，且胞內(nèi)油脂含量達(dá)到 34.6%，這就說明了菌體在堿解液中進(jìn)行油脂積累的可行性。但胞內(nèi)油脂含量相對(duì)對(duì)照較低，這可能是由于堿解液中存在某些利于菌體生長的微量元素或有機(jī)質(zhì)，因而碳源更多地流向生物量積累，流向油脂合成代謝的碳源自然減少，因此油脂含量相對(duì)較低，生物量則相對(duì)更高。

結(jié)合近年來關(guān)于產(chǎn)油微生物利用非精制原料發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的文獻(xiàn)報(bào)道來看，在搖瓶培養(yǎng)的條件下，依據(jù)營養(yǎng)條件、培養(yǎng)方式、原料成分復(fù)雜性的不同，油脂產(chǎn)量高低不等，通常在3~10 g/L[3,17-18]；而圓紅冬孢酵母在利用葡萄糖為碳源時(shí)最優(yōu)結(jié)果可以達(dá)到油脂產(chǎn)量 13.9 g/L[19]。因此，在本文所探討的剩余污泥堿解液可以用于產(chǎn)油微生物培養(yǎng)及油脂合成的結(jié)論之上，如若對(duì)剩余污泥處理工藝、產(chǎn)油酵母培養(yǎng)方式和培養(yǎng)基營養(yǎng)組成進(jìn)行優(yōu)化，還應(yīng)有進(jìn)一步提升油脂產(chǎn)量的空間。

表5 在剩余污泥堿解液中培養(yǎng)菌體用于油脂積累Table 5 Lipid accumulation in media made from excess sludge hydrolysate

此外，值得一提的是，提取得到的微生物油脂的顏色相比對(duì)照更顯深紅色。圓紅冬孢酵母本身可以合成以β-胡蘿卜素、圓酵母素、紅酵母紅素為主的紅色素[20]，而某些包括化學(xué)物質(zhì)和金屬離子在內(nèi)的環(huán)境壓力因素會(huì)導(dǎo)致紅色素合成量與紅色素組成的變化[21]，因此，在本文中積累得到的油脂的顏色可能暗示了在污泥堿解液中培養(yǎng)酵母，生長環(huán)境的變化對(duì)其代謝產(chǎn)生了一定的影響。

綜上所述，本文的研究結(jié)果為剩余污泥的資源化利用提供了一種新的可能性，但同時(shí)也仍舊存在一些值得探究的問題。一方面，針對(duì)污泥蛋白質(zhì)資源化應(yīng)用的處理?xiàng)l件非常關(guān)鍵，以本文所應(yīng)用的熱堿法為例，雖然可以高效地實(shí)現(xiàn)污泥減量和溶胞析出有機(jī)質(zhì)，但是處理體系中復(fù)雜的物質(zhì)組成使得一些復(fù)雜的物理化學(xué)變化不可避免，而這些變化所帶來的產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)進(jìn)一步利用熱堿解產(chǎn)物帶來困難。因此對(duì)于污泥處理?xiàng)l件以及其中有機(jī)質(zhì)變化的機(jī)理的研究非常重要，如果有必要甚至需要進(jìn)行后續(xù)的脫毒處理。另一方面，原本污泥資源化應(yīng)用的一個(gè)限制因素就是其中含有的有毒物質(zhì)、重金屬成分、以及可能存在的病原性物質(zhì)，因此在應(yīng)用污泥中的蛋白成分的同時(shí)，有必要深入考察這些有毒物質(zhì)的流向，以消除不利因素，從而真正實(shí)現(xiàn)污泥無害化處置和資源化利用。

3 結(jié)論

本文采用熱堿法處理剩余污泥，初步考察了不同初始 pH條件以及處理時(shí)間對(duì)于污泥減量和氮的析出的影響，并且嘗試了利用堿解液培養(yǎng)圓紅冬孢酵母，發(fā)現(xiàn)其中的氮源可以被酵母所利用。當(dāng)調(diào)節(jié)剩余污泥初始pH值至10，在60 ℃下處理5 h后，總懸浮顆粒物的減少量為47%，上清液中氮含量達(dá)到240 mg /L，其中和后能夠作為氮源培養(yǎng)圓紅冬孢酵母生產(chǎn)油脂。酵母在添加了 7%葡萄糖及少量無機(jī)鹽 (0.15% MgSO4·7H2O, 0.04% KH2PO4) 的剩余污泥堿解液中培養(yǎng)7 d，生物量達(dá)到10.4 g/L，而油脂含量占到菌體干重的約 35%。本研究結(jié)果表明，剩余污泥通過熱堿解后可作為氮源用于微生物培養(yǎng)合成油脂進(jìn)而用于生物柴油生產(chǎn)。這種新的污泥利用方式不僅可以實(shí)現(xiàn)剩余污泥的減量化，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)其高附加值化利用。

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Heat-alkaline treatment of excess sludge and the potential use of hydrolysate as nitrogen source for microbial lipid production

Jingyang Xu1,2, Takahiro Oura2, Dehua Liu1, and Susumu Kajiwara2
1 Institute of Applied Chemistry, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Department of Life Science, Graduate School of Bioscience and Biotechnology, Tokyo Institute of Technology, Yokohama 226-8501, Japan

Received: November 24, 2010; Accepted: January 6, 2011

Supported by: Tsinghua Research Funding (No. 2009THZ0223).

Corresponding author: Dehua Liu. Tel/Fax: +86-10-62772130; E-mail: dhliu@tsinghua.edu.cn

清華自主研發(fā)項(xiàng)目 (No. 2009THZ0223) 資助。