一种利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法

本发明属于环境保护及资源化，具体涉及一种利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法。

背景技术：

1、微塑料指的是小于5mm的塑料颗粒，被认为是一种新兴污染物。由于其拥有较大表面积和疏水性，能够富集环境中的有机污染物和重金属，将对生态系统造成不利影响。更严重的是微塑料容易通过吸入、摄入、根系呼吸和皮肤接触等方式进入生物体。在人类、植物和动物体内会引起炎症、氧化应激，使人类易患癌症、神经中毒和代谢异常。此外，微塑料对人体的损害尚未完全了解，可能对人体造成更大的损伤。

2、微塑料在自然界普遍存在，已在空气、土壤、海洋、市政污水以及人类胎盘和粪便中检测到，其中空气、海洋沉积物、市政污水和土壤中微塑料含量分别高达1.42-5650颗粒/m3、0-3146颗粒/kg、1.01-31400颗粒/l和700-4000颗粒/kg土壤。近年来，有机固体废物(尤其是污水污泥)中微塑料的去除已成为研究热点，若不当处置将加剧生态系统中微塑料的污染问题。研究表明，厌氧消化作为有机固体废物的主要生物处置方式，也可以将部分微塑料降解产生ch4和co2，然而传统厌氧消化条件并不利于微塑料的降解。因此人们提出一些方法，如预处理(机械、高温、加碱)、添加剂(酶、碳酸钙)、接种微生物菌剂来促进微塑料的降解。

技术实现思路

1、本发明的目的是提高微塑料降解效率并进行资源化回收，因此提供了一种利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法。在接种污泥中微塑料降解菌和产酸菌的作用下，微塑料定向转化为挥发性脂肪酸。本发明能够缓解目前微塑料对环境和生物健康造成的巨大威胁，为微塑料降解和资源化利用提供了新思路。

2、所述的利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法为：取污水厂厌氧污泥加入发酵罐中，加水稀释后作为接种污泥；投加聚羟基脂肪酸酯(pha)微塑料和硫代硫酸盐，然后鼓氮驱氧，密封发酵罐恒温厌氧发酵降解微塑料，最后离心分离，得到的上清液即为富含挥发性脂肪酸的发酵液。

3、所述接种污泥的总固体悬浮物浓度为5-8g/l。

4、所述硫代硫酸盐为na2s2o3，以s计与微塑料的质量比为0.025-0.15:1。

5、所述接种污泥与微塑料的干重比为0.252-0.447:1。

6、投加接种污泥后发酵罐中ph值为6.0-7.5。

7、所述鼓氮驱氧的时间为10-20min。

8、所述恒温厌氧发酵的温度为35-37℃。

9、所述降解微塑料期间体系的氧化还原电位为-80～-410mv。

10、所述降解微塑料的时间为60-80d。

11、所述离心的速度为8000-10000r/min，离心时间为5-8min。

12、所述挥发性脂肪酸占溶解性化学需氧量的80-95％。

13、本发明中，利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的基本原理是：投加具有较强还原性的硫代硫酸盐，与微塑料作用，加速微塑料表面化学键断裂形成分子量较小的有机质并释放到液相中。其中分子量低于600kda的有机质进入细菌细胞中通过同化作用产生挥发性脂肪酸，期间硫代硫酸盐作为电子供体，促进了体系电子转移速率，加速挥发性脂肪酸产生。此外，硫代硫酸盐降低了体系氧化还原电位，同时为微塑料降解菌和产酸菌提供了硫源等生长因子，改变了微生物群落结构。例如，加入硫代硫酸钠增加了发酵罐污泥中微塑料降解菌(如caldisericum和pseudomonas)产酸菌(如fonticella和clostridium_sensu_stricto_7)的丰度，同时降低了产甲烷菌(如methanosarcina)丰度，从而有利于微塑料定向转化为挥发性脂肪酸。上述因素的协同作用使硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸。

14、本发明的有益效果包括：

15、1、将微塑料降解产生挥发性脂肪酸，降低了其对环境及生物体的潜在风险，实现了微塑料资源化利用。

16、2、投加反应活性高、价格低廉、应用广泛的硫代硫酸盐，促进了微塑料定向转化为挥发性脂肪酸，不需要额外投加产甲烷菌抑制剂等有毒有害试剂。

17、3、本发明得到的挥发性脂肪酸纯度高，挥发性脂肪酸在溶解性化学需氧量中占比高达80％～95％，可将该发酵液进一步转化为高附加值的化工产品。

技术特征：

1.一种利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述方法的具体操作为：取污水厂厌氧污泥加入发酵罐中，加水稀释后作为接种污泥；投加聚羟基脂肪酸酯微塑料和硫代硫酸盐，然后鼓氮驱氧，密封发酵罐恒温厌氧发酵降解微塑料，最后离心分离，得到的上清液即为富含挥发性脂肪酸的发酵液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种污泥的总固体悬浮物浓度为5-8g/l。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫代硫酸盐为na2s2o3，以s计与微塑料的质量比为0.025-0.15:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种污泥与微塑料的干重比为0.252-0.447:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒温厌氧发酵的温度为35-37℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降解微塑料的时间为60-80d。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心的速度为8000-10000r/min，离心时间为5-8min。

技术总结
本发明公开了一种利用硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸的方法。该方法为：取污水厂厌氧污泥加水稀释，投加聚羟基脂肪酸酯微塑料和硫代硫酸盐，鼓氮驱氧，密封恒温厌氧发酵降解微塑料，最后离心分离，得到的上清液即为富含挥发性脂肪酸的发酵液。本发明投加硫代硫酸盐，加速微塑料表面化学键断裂形成分子量较小的有机质进入细菌细胞，通过同化作用产生挥发性脂肪酸。硫代硫酸盐降低了体系氧化还原电位，同时为微塑料降解菌和产酸菌提供了硫源等生长因子。上述因素的协同作用使硫代硫酸盐促进微塑料定向转化为挥发性脂肪酸。本发明能够缓解目前微塑料对环境和生物健康造成的巨大威胁，为微塑料降解和资源化利用提供了新思路。

技术研发人员：郭刚,张达,程伯夷,林青山,江锦琦,毕鑫琦
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11