本發明屬于水處理與環保，具體涉及一種聚乳酸塑料協同鼠李糖脂提升污水處理效率的方法及應用。

背景技術：

1、在污水處理過程中，好氧段通常采用填料作為微生物附著的載體，用于降解污水中的有機物、氨氮等污染物，由于填料的表面為微生物提供了附著的場所，能有效促進微生物的定植與生長，因此填料的性質直接影響著處理效果和處理效率。常見的塑料填料包括聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)等材料，它們具有較高的化學穩定性和較長的使用壽命，因此被廣泛應用于污水處理系統。然而，這些傳統塑料填料雖然能夠提供微生物附著的載體，但其生物降解性差，長期使用可能導致環境污染。

2、聚乳酸具有良好的環境兼容性，相比于傳統的不可生物降解塑料，聚乳酸在微生物的作用下能更快地分解，從而避免了傳統塑料在污水處理過程中產生的塑料污染問題。但是，單一的聚乳酸在污水處理中效果不明顯，目前，聚乳酸在改變微生物群落和提高微生物的定植量仍需進一步研究，并且關于塑料和鼠李糖脂在污水處理中的協同作用的研究尚未出現報道。因此本發明嘗試提供一種優化污水生化處理效率的工藝，減少塑料對環境潛在危害的新思路，達到有效優化污水生化處理的工藝。

技術實現思路

1、本研究旨在探討聚乳酸與鼠李糖脂的協同作用對微生物定植的促進作用，以及在優化處理工藝方面的應用潛力。

2、一種聚乳酸顆粒作為填料協同鼠李糖脂提升污水處理效率的方法，包括如下步驟：

3、(1)將聚乳酸塑料進行預處理后，烘干置于無菌袋中保存備用；

4、(2)從污水處理廠提取微生物，進行微生物的純化與培養；

5、(3)將鼠李糖脂與預處理的聚乳酸塑料和純化培養的微生物混合于無機培養基中，進行微生物的定植實驗，然后進行懸浮微生物的密度測定、聚乳酸表面微生物的濃度測定以及微生物群落結構分析，以微生物的定植量及微生物的密度和微生物的群落結構來評價優化效果，通過聚乳酸和鼠李糖脂共同作用調整降解復雜有機物和硝化細菌等微生物的占比，從而優化污水生化處理工藝的方法。

6、作為本實施方案，所述微生物純化與培養接種至擴大培養基中對微生物進行培養。

7、作為本實施方案，所述步驟(3)中的培養基為含乙酸鈉的無機鹽培養基，微生物的定植實驗整個過程共持續30天，全程處于好氧狀態。

8、作為本實施方案，所述懸浮微生物的密度用紫外分光光度計進行測定其生長情況。

9、作為本實施方案，所述塑料表面微生物的濃度的測定采用bca法先明確聚乳酸顆粒表面蛋白質濃度，從而衡量聚乳酸顆粒表面定植的微生物量。

10、作為本實施方案，所述分析微生物群落結構時，采用16s?rrna法從門水平和基因水平進行檢測，分類分析污水處理相關微生物的占比變化情況，用掃描電鏡觀察塑料表面形貌，研究生物膜在聚乳酸顆粒表面的群落分布形成情況。

11、作為本實施方案，用定植微生物的量及微生物的密度和群落結構來評價優化效果。

12、作為本實施方案，選用聚丙烯顆粒作為對照填料，脂肪醇聚乙烯醚為對照實驗組，與微生物定植情況及微生物群落結構與聚乳酸顆粒的進行對比，從而分析聚乳酸顆粒對生化處理工藝的優化效果。

13、作為本實施方案，各體系鼠李糖脂、塑料顆粒及鼠李糖脂相關條件需保持一致。

14、本發明所述的提升污水處理效率的方法，是聚乳酸顆粒作為填料，聚乳酸上的優勢細菌具有降解復雜有機物的能力，而鼠李糖脂rha的處理后增加了懸浮微生物中硝化細菌的占比，在污水生化處理工藝中降解復雜有機物和硝化細菌的應用中具有很好的優化工藝。

15、為了實現上述目的，所采取的技術方案具體包括如下步驟：

16、(1)塑料顆粒的處理：將聚丙烯和聚乳酸兩種塑料顆粒在75％乙醇中浸泡一小時，以去除其表面可能存在的微生物，隨后，烘干后將其分別放入無菌袋中保存備用。

17、(2)微生物的純化與培養：實驗所用微生物取自昆明第七、八水質凈化廠a2/o工藝的好氧段，在實驗室中將污泥混勻后轉移至500ml錐形瓶中，用封口膜密封瓶口，而后將錐形瓶放置于37℃、180rpm恒溫水浴搖床中純化72h，純化完成后將錐形瓶取出于通風櫥內靜置1h，使活性污泥靜置分層，然后取5ml活性污泥的上清液加入到預先滅菌的500ml擴大培養基中擴大培養24h后，在超凈工作臺中將微生物和甘油按以20％甘油：菌＝3：7比例混合共4ml，將菌種存至-80℃冰箱中備用。

18、在微生物的純化與培養實施過程中，所述擴大培養基的成分為蛋白胨10.00g/l、酵母粉5.00g/l、氯化鈉10.00g/l，培養基使用前均在121℃高壓蒸汽滅菌鍋中加熱30min，取出后放置至室溫后使用。

19、(3)微生物定植實驗：將質量為10g的塑料、濃度為1.46×107cfu/ml的微生物、鼠李糖脂和脂肪醇聚氧乙烯醚的濃度為0.1％，加入無機鹽培養基，加入1g/l的乙酸鈉作為碳源，控制總體積為200ml，恒溫搖床設置轉速為130rpm、溫度為28℃，實驗周期為30天，每5天取4ml反應溶液，并補充5ml含乙酸鈉的無機鹽培養基；每15天取1.5g塑料，對塑料表面定植微生物及塑料性質進行研究。

20、在微生物的定植實施方案中，所述鼠李糖脂(rha)為生物代謝產生、脂肪醇聚氧乙烯醚(aeo)為化學合成。

21、在微生物的定植實施方案中，所述無機鹽培養基的成分為：氯化鈉1.00g/l、氯化銨0.80g/l、磷酸二氫鉀0.50g/l、磷酸氫二鉀0.60g/l、六水合氯化鎂0.20g/l、二水合氯化鈣0.05g/l、乙酸鈉1g/l，培養基使用前均在121℃高壓蒸汽滅菌鍋中加熱30min，取出后放置至室溫后使用。

22、(4)懸浮微生物密度的測定：在恒溫振蕩器中以37℃、120r/min條件將1ml菌液于擴展培養基中培養24小時，然后將擴展一天的1ml菌液加入另一瓶擴展培養基中，經過三次擴展培養后，通過平板涂布法確認微生物濃度為2.91×109cfu/ml，擴展后的微生物溶液按0.005、0.01、0.02、0.1、0.2、0.5和1的比例進行稀釋，并使用紫外分光光度計檢測其在600nm波長處的吸光度，繪制標準曲線，將步驟(4)中0、5、10、15、20、25、30天時的溶液加入比色皿中，測量其在600nm波長下的吸光度(od600)，對比分析塑料和鼠李糖脂、脂肪醇聚乙烯醚對懸浮微生物濃度的影響，在實驗過程中，確保儀器和比色皿的清潔，以避免污染或誤差。

23、(5)塑料表面定植微生物濃度測定：采用bca法測定附著于塑料上的微生物蛋白質含量，分別取0.5g塑料至2ml離心管中，向其中各加入1.0ml生理鹽水，超聲處理30min，將塑料與培養基分離，使用均質儀高速振蕩2分鐘，從離心管中取出20μl溶液與bca溶液進行顯色反應。

24、(6)微生物群落結構分析：從實驗組中取出0.5g塑料，加入1ml生理鹽水用振蕩混勻儀將其表面的微生物洗脫至生理鹽水中，使用e.z.n.a?mag-bind?soil?dna?kit(omega，m5635-02，美國)按照制造商的說明提取dna，通過1％瓊脂凝膠電泳和qubit?4.0熒光計(thermo?fisher?scientific，美國)評估dna的質量和濃度，利用正向擴增引物341f(5'-cctacgggnggcwgcag-3'和反向擴增引物805r(5'-gactachvgggtatctaatcc-3')對細菌16srrna基因的v3-v4區進行擴增，不同實驗組中塑料表面定植微生物的dna樣本在)上海生工生物工程有限公司的illumina?miseq平臺上進行16s?rrna測序，懸浮微生物則取實驗組溶液，以同樣的方法檢測分析。

25、本發明所述的聚乳酸塑料協同鼠李糖脂提升污水處理效率的方法在污水生化處理工藝的應用表現出優異的效果。

26、與現有技術相比，本發明的優點：

27、(1)本發明使用附著鼠李糖脂的聚乳酸為好氧微生物的載體，在鼠李糖脂和聚乳酸的協同作用下提升聚乳酸顆粒表面微生物的活性，從而增加表面定植微生物的量，調整降解復雜有機物和硝化細菌等微生物的占比，優化了微生物群落結構，用定植微生物的量及微生物的密度和群落結構來評價優化效果，從而優化了污水生化處理工藝。

28、(2)本發明所述的方法中使用聚乳酸的可生物降解特性減少了環境風險，符合環保和可持續發展的理念，成本低、易于推廣，為污水處理廠生化處理段填料的選擇提供了新的方向，為優化污水生物處理效率和減少塑料對環境的潛在危害提供了新思路。