一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，该方法为：在无氧环境下，往接种有活性污泥的反应器中通入氧化亚氮直至其浓度达到饱和，密封反应器进行聚羟基烷酸酯的合成；反应器中，合成聚羟基烷酸酯的底物为挥发性脂肪酸溶液。本发明专利技术方法利用各种挥发性脂肪酸作为碳源，在N

A method to produce polyhydroxyalkanoates by combining nitrous oxide

The invention discloses a method for producing polyhydroxyalkanoate in combination with nitrous oxide. The method is: in an oxygen free environment, nitrous oxide is introduced into a reactor inoculated with activated sludge until its concentration reaches saturation, and the reactor is sealed for the synthesis of polyhydroxyalkanoate; in the reactor, the substrate for the synthesis of polyhydroxyalkanoate is a volatile fatty acid solution. The method of the invention uses various volatile fatty acids as carbon sources, and

【技术实现步骤摘要】
一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法
本专利技术涉及一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，属于环境保护和资源化利用

技术介绍
氧化亚氮(N2O)作为全球三大温室气体之一，对温室效应有着重要影响。目前数据显示全球大气中N2O的浓度不断攀升，且呈现出上升加剧的趋势，因此如何有效控制N2O的产生、减少N2O的排放已经成为全球的研究热点。虽然N2O作为温室气体对人类生存环境存在诸多不利的影响，但是目前有研究显示N2O可以作为一种潜在的资源被人们使用。聚羟基烷酸酯(PHA)是一种胞内生物聚酯，可以作为细胞的碳源和能源物质储存于细胞内。与传统石化工业合成的塑料相比，PHA不仅具有与其相似的物理化学性质，还具有完全可生物降解性、生物相容性和热塑料塑性等性能，是替代合成塑料的理想材料，引起了生物科学领域和材料学领域越来越多的关注。目前采用细菌发酵法和基因工程法是工业合成PHA的主要方法，但这些方法操作成本高、工艺复杂，严重制约着PHA生产的市场化。近年来利用富含多种混合菌群微生物和丰富碳源的活性污泥生产PHA成为了研究热点，并且取得了很大的成果。此外，研究者们还发现，在反硝化脱氮过程中，多种微生物都可以将外界有机碳源转化成PHA存储于细胞内。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，该方法利用各种挥发性脂肪酸作为碳源，在N2O气体条件下高效合成PHA。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，该方法为：在无氧环境下，往接种有活性污泥的反应器中通入氧化亚氮直至反应器中氧化亚氮的浓度达到饱和，密封反应器进行聚羟基烷酸酯的合成；反应器中，合成聚羟基烷酸酯的底物为挥发性脂肪酸溶液。其中，PHA的合成温度为15～35℃，优选15℃，适宜的温度有利于PHA合成菌进行PHA的合成储存。其中，挥发性脂肪酸溶液作为合成聚羟基烷酸酯的碳源，包括乙酸、丙酸、丁酸或戊酸中的一种或多种的组合；乙酸、丙酸、丁酸、戊酸作为碳源均可以以N2O作为电子受体合成PHA，在N2O气体条件下，四种VFAs分别作为单独碳源时，活性污泥中PHA的产量由大到小依次为：乙酸＞丙酸＞丁酸＞戊酸，因此优选乙酸含量多的污水进水进行PHA的合成。其中，合成聚羟基烷酸酯时，进水的pH值为6～10，优选pH值为8，pH值能够影响微生物的膜通透性和酶活性，从而影响PHA的合成过程。其中，反应前，利用机械搅拌将反应体系中各物质混合均匀，搅拌速度为150～180rpm/min。本专利技术方法的原理为：在反硝化过程中，微生物在还原氮素的同时将外界有机碳源转化成PHA存储于细胞内。活性污泥中的微生物通过直接利用N2O为电子受体，通过反硝化过程来合成PHA，在消纳温室气体的同时实现污水中碳源的回收利用。活性污泥中的微生物菌群摄取四种酸并将其转化成PHA的过程中，所需的还原力(NADH)以及能量(ATP)水平不同，碳源分子的碳原子数越多，所消耗的NADH和ATP越多，利用四种酸的效率以及合成PHA的产率也因此不同。N2O作为电子受体在合成PHA中起到了至关重要的作用，而在没有N2O，即没有电子受体的情况下时仅存在活性污泥对基质的吸附作用或细胞自身的内源呼吸作用。本专利技术方法可以在降低温室气体N2O的排放的同时提高活性污泥合成PHA的产率以及污水中资源的回收利用。相比于现有技术，本专利技术的技术方案所具有的有益效果为：本专利技术方法利用各种挥发性脂肪酸作为碳源，在N2O气体条件下高效合成PHA，当反应条件为pH值为8、合成温度为15℃时，PHA的合成产率和合成速率可得到很大程度地提高，本专利技术方法不仅能够实现温室气体N2O的消纳，而且还能处理污水并合成得到生物塑料PHA，为减弱温室效应及城市污水的综合开发利用提供了一种新思路。附图说明图1为本专利技术方法反应后，得到的内含有PHA颗粒的细胞透射电镜照片(放大15000倍)；图2为本专利技术方法反应后，得到的内含有PHA颗粒的细胞透射电镜照片(放大80000倍)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术实施例1～12中采用的活性污泥均来源于南京某污水厂二沉池污泥，氧化亚氮来源于南京特种气体厂。实施例1本专利技术结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，具体为：在工作容积为500mL的有机玻璃反应器中，加入300mL活性污泥和100mL乙酸溶液，使液体总容积为400mL，其中污泥浓度为2000mg/L，乙酸浓度为350mgCOD/L(以总化学需氧量计(CODcr)计)；将反应器充氮驱氧5min，直至反应器中处于无氧环境，通入氧化亚氮5min，使反应器中的氧化亚氮浓度饱和，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系中的物质混合均匀；活性污泥以N2O作为电子受体，将碳源转化为PHA；其中，机械搅拌转速为150-180rpm/min；控制合成pH值为8，控制发酵反应温度为25±1℃，PHA合成速率为221.73mgPHA/L/h，PHA产率为0.34CmmolHA/CmmolS。实施例2本专利技术结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，具体为：在工作容积为500mL的有机玻璃反应器中，加入300mL活性污泥和100mL丙酸溶液，使液体总容积为400mL，其中污泥浓度为2000mg/L，丙酸浓度为350mgCOD/L(以总化学需氧量计(CODcr)计)；将反应器充氮驱氧5min，直至反应器中处于无氧环境，通入氧化亚氮5min，使反应器中的氧化亚氮浓度饱和，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系中的物质混合均匀；活性污泥以N2O作为电子受体，将碳源转化为PHA；其中，机械搅拌转速为150-180rpm/min；控制合成pH值为8，控制发酵反应温度为25±1℃，PHA合成速率为111.92mgPHA/L/h，PHA产率为0.32CmmolHA/CmmolS。实施例3本专利技术结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，具体为：在工作容积为500mL的有机玻璃反应器中，加入300mL活性污泥和100mL丁酸溶液，使液体总容积为400mL，其中污泥浓度为2000mg/L，丁酸浓度为350mgCOD/L(以总化学需氧量计(CODcr)计)；将反应器充氮驱氧5min，直至反应器中处于无氧环境，通入氧化亚氮5min，使反应器中的氧化亚氮浓度饱和，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系中的物质混合均匀；活性污泥以N2O作为电子受体，将碳源转化为PHA；其中，机械搅拌转速为150-180rpm/min；控制合成pH值为8，控制发酵反应温度为25±1℃，PHA合成速率为99.92mgPHA/L/h，PHA产率为0.31CmmolHA/CmmolS。实施例4本专利技术结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，具体为：在工作容积为500mL的有机玻璃反应器中，加入3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于：该方法为：在无氧环境下，往接种有活性污泥的反应器中通入氧化亚氮直至其浓度达到饱和，密封反应器进行聚羟基烷酸酯的合成；反应器中，合成聚羟基烷酸酯的底物为挥发性脂肪酸溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于：该方法为：在无氧环境下，往接种有活性污泥的反应器中通入氧化亚氮直至其浓度达到饱和，密封反应器进行聚羟基烷酸酯的合成；反应器中，合成聚羟基烷酸酯的底物为挥发性脂肪酸溶液。


2.根据权利要求1所述的结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于：合成温度为15～35℃。


3.根据权利要求1所述的结合氧化亚氮生产聚羟基烷酸酯的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：方芳，徐润泽，黄言秋，王苏娜，岳颖蓉，罗景阳，冯骞，操家顺，郑笛，
申请(专利权)人：河海大学，国河环境研究院南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32