第七章能源与环境生物技术.pptx

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7.4 沉默的矿藏
铜（copper） ——“红色的金子”
微生物浸铜中最重要的两种硫杆菌：
氧化亚铁硫杆菌
铁氧化酶和硫氧化酶
极端嗜酸菌
氧化硫硫杆菌 只有硫氧化酶，不能氧化细菌
2CuFeS2+8.5O2+H2SO4
二硫化亚铁铜
2CuSO4+Fe2(SO4)3+H2O
印度籍生物技术学家查克拉巴提培育出 了石油分解细菌——能够降解辛烷、樟 脑、二甲苯和萘 。人们称之为查克拉巴 提的“吃油鬼”。
查克拉巴提 现为芝加哥伊利 诺伊州大学教授
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查克拉巴提的“吃油鬼”
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植物修复的机理：
通过特殊类型植物的吸收、富集或降解作 用来降低或去除污染环境中的污染物。
活性污泥法（activated sludge）
活性污泥：具有生命活力的多种微生物类 群组成的颗粒状絮绒物。 好氧微生物是活性污泥中的主体生物， 包括细菌、酵母菌、放线菌、霉菌以及 原生动物和后生动物等，它们共同构成 一个平衡的生态系统。
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去除污染物的基本原理： 活性污泥颗粒有较大的比表面积，与废水 充分接触混合后，其表面的黏液层能迅速 吸附大量的有机或无机污染物，在微生物 酶的作用下，进行分解或合成代谢活动， 实现了物质的转化，从而使废水或污水得 以净化。
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间歇式活性污泥法 SBR法——Sequencing Batch Reactor 一个SBR过程包括进水、曝气、沉淀、 排水、静置5个步骤。
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SBR内一个运行周期的操作过程
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SBR法的优点：
☞占地面积小，建设成本低； ☞反应动力大； ☞不出现污泥膨胀现象； ☞运行方式灵活，脱氮除磷效果好。
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7.5 污水处理
5日生化需氧量
5-day Biochemical OxygenDemand,5-day BOD
生物学意义：5天内微生物完全降解水样 中的有机污染物所需要的溶解氧量。 人口当量（population equivalent,PE） ： 5-day BOD值平均为60g
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污水处理的方法：物理法、化学法和生物法
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我国已成为世界第三大燃料乙醇的生 产和消费国，目前我国主要以玉米为 原料生产燃料乙醇 。 甜高粱将成为乙醇生产的主力军 ！
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我国大力推广使用车用乙醇汽油，汽 油中乙醇加入量的体积分数为10% 。
乙醇汽油 ——“绿色能源”！
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乙醇代替石油所面临的困难
① 需要政府部门投入可观资金及保持乙醇大 规模产业化生产 ② 以粮食为原料大规模生产乙醇将受到限制 ③ 利用纤维素作为原料生产乙醇的工艺还很 不成熟
细菌把S氧化成H2SO4，把Fe2+氧化成Fe3+， 后者是一种强氧化剂，在硫酸溶液中， Fe3+ 把铜矿中不溶的铜的硫化物氧化为易溶的硫 酸铜。
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环境生物技术：直接或间接利用生物体
或生物体的某些组成部分或某些机能， 对环境进行监控、治理或修复，并将有 机污染物资源化的工程技术。
特点：
效率高、成本低、反应条件温和、无二次 污染、可增强自然环境的自我净化能力
第七章 能源与环境生物技术
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7.1 重获新生的枯油井
利用微生物二次采油 基本方式：利用微生物在油层中发酵产生 的大量酸性物质及H2、CO2、CH4等气体 ，降低原油的黏度，使原油能从岩层缝隙 中流出而聚集，便于开采。
如，磺弧菌属和梭状芽孢杆菌属
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利用微生物三次采油
基本方式：利用基因工程技术构建工程菌 株。这些工程菌在油层中不仅能产生CO2 等气体增加井压，而且还能分泌高聚物、 糖脂等表面活性剂，降低油层表面张力， 使原油从岩石缝中、沙土中松开，从而提 高采油量。
加入N、P等生长必需的营养物质后， 会促使这些微生物加快生长，相应地 促进了污染物的降解。
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石油污染的生物修复 通常有2种方法： A. 通过增加营养物质以促使土著微生物的 生长。 B. 通过生物反应器培养有益微生物，然后 再将这些微生物混合类群接种到污染地进行 生长繁殖。
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构建基因工程菌以清除石油污染物
使各种有机酸转化成甲烷 食乙酸产甲烷菌
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沼气发酵过程 第一个阶段：液化 第二个阶段：产酸 第三个阶段：产甲烷
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沼气 甲烷
二氧化碳
乙酸
水 氢气
乙醇 氨基酸、糖、甘油、脂肪
细菌 水解
生物质
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沼气发酵池示意图
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发展沼气的意义 ①沼气具有较高的燃料效益 ②沼气肥具有较高的肥料效益 ③发展沼气具有较好的环境效益
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7.3 可再生能源——沼气
沼气（biogas）：由有机物质在适宜的
温度、湿度、酸碱度和厌氧的情况下，经 过微生物发酵分解作用产生的一种可燃烧 气体 。
主要成分 ： CH4—60-70%， CO2—28-40%， 此外还有少量的N2、H2S和CO等气体
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沼气发酵微生物的种类
发酵性细菌 产氢产乙酸菌 使复杂有机物形成各种有机酸 耗氢产乙酸菌 食氢产甲烷菌
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第二种“种植能源”——生物柴油
油楠 一棵油楠一年可产 50Kg “柴油”
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麻风树
1公斤麻风果可榨取约0.3公斤柴油
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利用油菜籽油为原料生产生物柴油 1吨菜籽油 ＋ 0.1吨乙醇
5℃ NaOH
1吨甲脂 ＋ 0.1吨甘油
与柴油相似，被称为生物柴油
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中国农科院培育的“中油—0361”高蓄能油菜新品系种 籽含油量高达54.72%
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7.6 环境污染的生物修复 生物修复：利用生物特别是微生物的代
谢活动来减少或清除污染环境中的化学 污染物的过程。
微生物修复 生物修复
植物修复
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微生物修复的基本原理：
调节污染地的环境条件以促使原有微生物 或后接种微生物的降解作用迅速进行。
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石油污染的生物修复 通常有2种方法： A. 通过增加营养物质以促使土著微生物的 生长。
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7.2 生长在田里的燃料作物
通过“种植能源”获得的最普遍的燃 料当属生物乙醇 。 C6H12O6 微生物 2CH3CH2OH+2CO2
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乙醇作为燃料的益处 ①产能效率高； ②在燃烧期间不生成有毒的污染物质； ③可通过微生物大量发酵生产，成本相对低。
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乙醇燃料的发展状况 巴西 主要利用甘蔗为原料生产乙醇，是世界上 最大的燃料乙醇生产和消费国 。 美国 主要以玉米为原料生产燃料乙醇 。