活性污泥法生产聚羟基烷酸（PHA）

微生物学杂志2001年9月第2l卷第3期JOURNALOFMICROBIOLOGYSept2001Vol21No．3·综述活性污泥法生产聚羟基炕酸(PHA)杨幼慧．伍朝晖1华南农大学食品科学系广东广州510642；2巾山出人境捡蛤捡疫局，广东巾山528400)摘要开鳝TJ兜氧一好活性污泥法生产生特降解塑料PHA的生化机制厦螬加活性污泥中PHA音量的新方法关键词活性污泥法生产；聚轻基烷酸(PHA)中图分类号TQ929文献标识码A文章编号1005—7021(2001)03—0054—02聚羟基烷酸(PHA)是许多原核生物在不平衡生长条件下合成的胞内能量和碳源贮藏性物质，是一类可完垒生物降解、具有良好加r性能和广阔应用前景的新型热靼材料。在化学合成擐料所造成的“白色污染”日益严重的今天，PHA作为合成塑料的理想臂代品已成为微生物r程学研究的热点。对PHA研究最多的是聚3一羟基丁酸(PHB)和3一羟簋丁酸与3一羟墓戊酸共聚体(PHBV)。其中PHB是一种最早发现和研究的生物可降解材料，但PHB结晶性过高而力学性能差，易热分解而难以加r等缺点，在一定程度上限制了它的应用范围。若任PHB中掺八3羟基戊酸(Hv)组分形成PHBV后，其物理性能则大为改善，如脆性降低，韧性增强等，因而应用范围更加广泛是最具潜力的合成9锃料替f℃品。目前，利用纯菌发酵生产是获得PHA的主要途径。英国ICI公司(现为美国Monsanto公司)以发酵方式生产PHBV，年产1O00t，但由于生产成本过高制约了大规模商业化应用。因此，降低PHA的生产成本是大规模商业化应用PHA所需解决的首要问题。活性污泥是废水处理系统中自然形成的微生物与有机物的聚集体，1974年有人从活性污泥中提取到PHA，为利用活性污泥生产PHA奠定l『基础。本文简述了厌氧一好氧活性污泥法生产PHA的生化机制及提高利用活性污泥生产PHA产量的新方法。1厌氧一好氧活性污泥法厌氧．好氧活性污泥法(图1)是将活性污泥与流进的废水先任厌氧条件下混合，然后混合物被转移到好氧池，进行曝气处理，处理后的废水在沉淀池中囤I厌氧-好氧活性污泥法流程与活性污泥分离，大多数沉淀后的活性污泥又回到厌氧池重复利用。该过程中微生物的生长导致过昼的活性污泥(剩余活性污泥)被排出。由于在厌氧条件下补充废水，使得微生物能在厌氧条件下吸收和积累有机物，在好氧条件下生长．具有生存优势。利用厌氧一好氧活性污泥法不仅可除去有机废物．而且可除磷．因此该流程常用作强化【2j=磷(EBPR)。除磷有助干优势菌一聚磷菌(PAOs)的生长，凌菌在好氧状态F积累多聚磷酸盐，而其在厌氧条件下与废水接触时，则消耗多聚磷酸盐作为能源米吸收废水中短链脂肪酸类的有机底物，并暂时贮存有机底物，当进入曝气池时则利用贮存的碳源重新生长井积景多聚磷酸盐PHA则是厌氧底物吸收形成的最萤要的碳源贮藏物质之一⋯2厌氧一好氧活性污泥法合成PHA的机理21乙酸盐的厌氧吸收关于厌氧底物吸收的生化机制，提出了类生化模型L2J，其中Mino模型(图2)作为厌氧乙酸盐吸收的主要机制，被普遍接受。Mino模型认为能量米源干厌氧条件下糖原的酵解以及多聚磷酸盐的分解。模型假设6分子乙酸盐被吸收时，有1分子糖原被消耗，产生4分子3HB．释放3～4分子磷酸盐。2，2丙酸盐的厌氧吸收和3H2MV的形成Inoue等证明了厌氧一好氧括性污泥法生产的PHA是由不同成分的3HB，3HV，3H2MB，3H2MV组成的共聚物。Satoh等利用修改后的Mino模型可很好的解释这些单体的形成(图3)。即当6分手丙酸盐被吸收时，由于有1分子糖原被消耗因而可分别形或6分子丙酰CoA和2分子乙酰CoA。其中2分子乙酰CoA与2分子丙酰CoA发生缩合、还原聚合成2分子3HV．而4分子丙酰CoA绛缩合、还原．最终聚合成2分子3H2MV．其缩合反应是由酮硫解酶(Ketothiolase)催化经过C1aisen缩合完成。2．33HV发酵3HV发酵是集糖酵解、丙酸发酵和PHA合成忱稿日期：20010513怍者简舟：扬煞女．副教授。现从事应用微唯物方面的研究r作*广东省自然科学基金资助项目(970040)维普资讯http://www.cqvip.com3期扬劫蘸等：活性污泥祛生产橐羟基烷酸《P}LA)一冲B(．：：：1ⅢP、J⋯L”Bc0r‘{lI)丧”ⅢrP”3&BP~囤3丙酸盐的厌氧吸收机制¨J干一体的过程(圈4)。Satoh等I3认为如果塘原仅通过乙酰CoA转化成PHA，该反应将因为不能维持氧化还原平衡而终止。但是如果部分中间产物通过丙酰CoA转化成PHA，则能维持氧化还原平衡。在这些反应中，会产生过剩能源。由于这是一种以富含3HV的PHA作为最终产物的厌氧产能代谢，因此被称为“3HV发酵”。由于3HV发酵菌能比PA0s积累更