Développement d’un filtre enzymatique pour le traitement ou valorisation d’air pollué avec du méthane

开发用于甲烷空气污染的酶过滤技术

• 批准号: RGPIN-2014-05280
• 负责人: AvalosRamirez, Antonio
• 金额: $ 1.53万
• 依托单位: Université de Sherbrooke
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2014-01-01 至 2015-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=567066
• 关键词: veloppement; un; filtre; enzymatique; pour

Le contrôle d’émissions de gaz à effet de serre (GES) est un enjeu majeur à échelle mondiale. Plusieurs problèmes sont reliés aux émissions de GES, tel le changement climatique. Le méthane (CH4) est le deuxième GES le plus important, contribuant au 10% du réchauffement planétaire. Parmi les sources anthropogéniques de CH4 les plus importantes se trouvent l’agriculture, la gestion de déchets municipaux en phase solide et liquide, et la production et le transport de combustibles fossiles; par exemple les fumiers d’animaux, les sites d’enfouissement sanitaire (SES) et l’extraction de gaz de schiste et du charbon. Le CH4 est un composé qui peut être dégradé par des microorganismes appelés méthanotrophes. La première étape de la dégradation de CH4 est fait par un complexe enzymatique nommé méthane-monooxygénase (MMO), qui en présence d’oxygène le transforme en méthanol et eau. Les méthanotrophes sont utilisés pour oxyder le CH4 dans une grande variété de bioréacteurs. Son utilisation pour dégrader le CH4 est encore à échelle laboratoire et pilote. La biodégradation du CH4 dans un biofiltre présente plusieurs limitations, la plus importante est la faible solubilité de CH4 dans l’eau, ce qui diminue le transfert de masse entre l’air pollué et les microorganismes. Les méthanotrophes produisent des exopolysaccharides en grande quantité, devenant une autre barrière au transfert de CH4 et d’autres gaz, tels l’oxygène et le dioxyde de carbone. À ma connaissance, il n’y a aucune étude sur l’application de bioréacteurs enzymatiques pour contrôler des émissions de polluants atmosphériques, tel le CH4. Le système enzymatique de méthanotrophes a été très étudié, spécialement le complexe MMO. Il y a aussi un grand avancement dans les connaissances au niveau réactionnel et opérationnel de réacteurs enzymatiques. Ces réacteurs présentent plusieurs avantages, par exemple on peut nommer une vitesse de réaction très rapide (de millisecondes à quelques secondes), une conversion très spécifique ayant un taux de conversion très élevé, et tout cela est reflété dans un petit volume de réaction. Ces réacteurs présentent aussi l’avantage de pouvoir être opérés sous des conditions plus élevées de pression et température que les biofiltres ou autres bioréacteurs. Parmi les principaux défis des réacteurs enzymatiques se trouvent la récupération et la stabilité des enzymes. Plusieurs études montrent que l’immobilisation des enzymes aide à leur stabilisation. Le présent projet a pour but de développer un réacteur enzymatique pour transformer le CH4 en méthanol, qui peut être facilement récupéré par absorption ou transformé en bioproduits à valeur ajoutée, tels des biosurfactantes et des oligosaccharides fonctionnels, ou servir comme source de carbone pour la nitrification dans les étapes de polissage des eaux usées. Lors du présent projet, différentes configurations de réacteurs enzymatiques seront étudiées, soit un bioréacteur en phase liquide ayant des enzymes en suspension ou immobilisées sur des particules solides inertes, ainsi qu’un bioréacteur en phase gazeuse ayant un lit enzymatique (filtre enzymatique). Les montages expérimentaux seront réalisés à l’Université de Sherbrooke et au Centre National en Électrochimie et en Technologies Environnementales (CNETE, CCTT du Collège Shawinigan) qui compte avec une plateforme de bioprocédés industriels haut de gamme. On comptera également avec la collaboration des professeurs Michèle Heitz de l'Université de Sherbrooke (spécialiste dans le traitement de l'air pollué), Satinder Brar de l’INRS-ETE (spécialiste en microbiologie environnementale) et Tarek Rouissi professeur associé de l’Université de Québec à Chicoutimi (UQAC) (spécialiste en immobilisation de microorganismes et enzymes).

气体排放控制系统（GES）是一项世界性的重大工程。Plusieurs problèmes sont reliés aux émissions de GES，tel le changement climatique.甲烷（CH 4）是非常重要的第二种GES，对地球的再生贡献率为Au 10%。从农业、城市固体和液体排放管理以及可燃气体的生产和运输等方面分析了甲烷的主要来源;从动物的烟雾、卫生设施（SES）以及气体和碳的提取等方面分析了甲烷的主要来源。CH 4是一种可能被称为甲烷营养微生物降解的化合物。甲烷-单加氧酶（MMO）是甲烷降解的第一步，它能将氧气转化为甲醇和水。这些甲烷营养物用于在生物多样性中氧化CH 4。Son utilisation pour degrader le CH4 est encore à échelle laboratoire et pilote.在生物过滤器中对CH 4进行生物降解存在多种限制，更重要的是CH 4在水中的溶解度较低，从而减少了空气污染和微生物中的大量转移。甲烷营养菌产生大量胞外多糖，在甲烷和其他气体的Au传递过程中，产生氧气和二氧化碳。A.认识到，他没有对生物活性酶用于控制大气污染物排放的应用进行过任何研究，涉及甲烷。Le système enzymatique de méthanotrophes a été très étudié，spécialement le pacemMMO.它也是一个伟大的avNavisphere在Au niveAu réactionnel和opérationnel的réactionenzymatiques的知识。这些反应器具有多个优点，可以命名为快速反应（毫秒到秒），特殊转换为两次转换，整个过程都在一个小体积的反应中进行。这一建议也体现了在生物过滤器或其他生物过滤器的压力和温度条件下运行的能力的优势。Parmi les principaux défis des réacetylenzymatiques se trouvent la récupération et la stabilité des enzymes. Plusieurs études montrent que l'immobilisation des enzymes aide à acetylstabilisation.本项目旨在通过酶促反应器将甲烷Transformer转化为甲醇，从而促进生物产品的吸收或转化，使生物表面活性剂和低聚糖功能化，或作为碳源用于水处理过程中的硝化作用。在本项目中，研究了不同构型的酶反应器，从而得到了一种液相生物活性剂，该生物活性剂将酶悬浮或固定在惰性固体颗粒上，也就是说，一种液相生物活性剂使用一种酶反应器（酶过滤器）。这些实验片段在舍布鲁克大学和Au Centre National en Electrochimie et en Technologies Environnementales（CNETE，CCTT du Collège沙维尼甘）中具有现实意义，这些实验片段包括一个生物工艺工业高级平台。与舍布鲁克大学的Michèle Heitz教授（空气污染处理专家）、INRS-ETE的Satinder Brar教授（微生物生物学专家）和魁北克大学希库蒂米分校的Tarek Rouissi教授（微生物和酶固定化专家）的合作进行了比较。