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聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)是微生物在不平衡生长条件下贮存于细胞内的一种高分子聚合物。由于PHA不仅具有与化学合成塑料(如聚丙烯)相似的性质,而且还具有化学合成塑料所没有的特殊性能(如生物降解性,生物相容性,光学活性等)。因此近十多年,随着环境“白色污染”的日趋严重,利用微生物合成PHA的研究受到人们的广泛重视,但由于生产成本较高限制了其使用,采用活性污泥合成PHA可有效降低PHA的生产成本。
本课题通过建立实验室水平的序批式反应器,对从普通市政污水处理厂中收集的活性污泥进行富集和驯化;以葡萄糖作为碳源对驯化后的活性污泥进行产PHA发酵,着重研究了溶氧浓度对活性污泥合成PHA的影响。
本实验发现:
(1)驯化后的活性污泥菌群中含有积累PHA的假单胞菌属(Pseudomonas)细菌。
(2)葡萄糖为碳源,溶氧浓度从0mg/L上升到8mg/L,活性污泥增加量从25.7%增加到64%,碳源利用率从55.3%上升到98.0%;
(3)PHA的含量和产率随着溶氧浓度的变化而产生差异。溶氧浓度为0mg/L时,PHA的含量和转化率最低,分别为活性污泥干重的3.1%和0.11g/g;而当溶氧在3mg/L的情况下,PHA的含量和转化率达到最大值,为细胞干重的10.8%和0.27g/g。
(4)溶氧浓度的变化,能有效地调控PHA组分中羟基戊酰(HV)的含量。溶氧浓度从8mg几下降到0mg/L,PHA中HV的摩尔百分比从10%增加到65%。
在发现溶氧浓度对活性污泥合成PHA中单体组分的调控作用后,本论文提出了活性污泥中PHA的合成生化代谢模式,通过生化阻断剂实验的结果推断在限制溶氧或厌氧情况下,存在TCA循环及其逆反应,乙醛酸循环等途径,而这些途径的存在改变了活性污泥的代谢模式,进而改变PHA的单体组分。