微生物学新技术在环境工程中的应用

活性污泥中的微生物可能全由R型细菌组成，也可能有R型细 菌和S型细菌共同组成，或者全部由S型细菌组成，这种活性污泥 是亲水性还是疏水性，取决于两者的比例和它们的表面电荷。从 而导致活性污泥的吸附能力、活性污泥与水之间的表面张力的不 同，进而影响活性污泥对废水中成分的吸附力和废水的处理效果。
三 微生物絮凝剂和沉淀剂的开发与应用
（二）酶的提取 由于不同的酶的等电点、pH、温度稳定性等性质不同，提取方法也不同。
1 水溶液 提取法 2 表面活性剂提取法 3 丁醇提取法
三 酶的纯化
（一）浓缩 葡聚糖凝胶—分子筛浓缩法、聚乙二糖浓缩法、超滤膜浓缩法、盐析
或乙醇沉淀后分离。 （二）去杂质
pH沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差异、蛋白沉淀剂法。 （三）纯化
析出结晶。 （五）固定化酶
将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可以较长时间使用。
二 酶的提取
（一）预处理 ①胞外酶：将液体培养液过滤或离心除去菌体，所得的清夜即粗酶液。如果是 固态发酵，用水或缓冲液浸泡，在离心或过滤除去菌体和杂质后得到粗酶液。 ②胞内酶：破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液。
第六章 微生物学新技术在环境工程 中的应用
微生物学新技术
遗传诱变育种 基因工程 微生物制剂 酶工程 生物表面活性剂
第一节 固定化酶和固定化微生物在 环境工程中的应用
酶是由细胞产生的能够催化生物化学反应的活性物质。 酶在微生物细胞内能够发挥作用，将它提取出在体外也能发 挥作用。酶制剂广泛应用于食品加工、发酵工业、印染退浆、 生丝脱胶、制革、化妆品、污废水生物处理、废气生物净化 等。
盐析法、有机溶剂沉淀法、层析法。 （四）结晶
当酶达到一定纯度后，在适当的温度下、pH下，逐渐加入(NH4)2SO4 溶液，酶可以慢慢析出结晶，也可以加入某些有机溶剂析出结晶。
四 固定化酶和固定化微生物
１.固定化酶：从筛选、培育获得的优良菌体中提取活性极高的酶，再用 包埋法（或交联法、载体结合法、逆胶束酶反应系统）等方法将酶固 定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即固定化酶。
固定化技术 Ⅳ
逆胶束酶反应系统： 表面活性剂的两性分子在
有机溶剂中自发形成聚集体， 其亲水性一端连接成逆胶束的 极性核，水分子插入核中，其 疏水性的一端进入主体有机溶 剂中，酶分子溶于逆胶束中， 组成逆胶束酶系统。
表面活性剂 缓冲液 酶
逆胶束酶反应系统
第二节 微生物细胞外多聚物的开发与应用
微生物的胞外多聚物（Extracellular polymers, ECP）是微生 物在一定的环境条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细 胞壁外的多聚化合物。包括荚膜、粘液层及其他表面物质。这些多 聚物其成分为脂、脂肽、多糖脂、中性类脂衍生物等。
微生物细胞外多聚物可用作表面活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉 淀剂。
一 生物表面活性剂和生物乳化剂的开发与应用
生物表面活性剂和生物乳化剂是具有亲水基和疏水基结构于一体 的两亲化合物。生物表面活性剂分子中具有脂肪烃链构成的非极性疏 水基和有极性的亲水基，如磷酸根或多羟基基团。可以改变两相界面 的物理性质，降低表面张力。生物乳化剂不能显著降低两相表面张力， 但对油——水界面有很强的亲和力，能够吸附在分散的油滴表面，防 止油滴聚集，从而使乳状液稳定。
水不溶性载体 载体结合
固定化技术
交联法
水不溶性 （固定化酶）
包埋法 逆胶束酶
固定化技术 Ⅰ
载体结合法： 以共价结合、离子结合
和物理吸附等将酶固定在非 水溶性载体上。载体有葡聚 糖、活性炭、胶原、琼脂糖 、多孔玻璃珠、高岭土、硅 胶、氧化铝、羧甲基纤维素 等。
不
酶
溶
性
载
体
载体结合法
固定化技术 Ⅱ
交联法： 将酶与两个以上的官能
磷脂酰乙醇胺
红球菌属、硫杆菌属
脂杂多糖、脂多糖 复合物、蛋白质— 多糖复合物
不动杆菌属、地霉属
生物破乳剂
诺卡氏菌属、红球菌属
肽脂
不动杆菌属
二 微生物自身絮凝和沉淀作用
根据单一菌种微生物(纯种)细胞表面的解离层(胞外多聚物) 性质不同可以划分为两类，即疏水性的R型(菌落为粗糙型)和亲 水性的S型(菌落为光滑型)。凡具有R型解离层的微生物表现疏水 性而自身发生絮凝、聚集而沉降，可将R型细菌应用于废水处理 中。具有S型解离层的微生物表现出亲水性，均匀分散于水中， 不易絮凝和沉降。
无机低分子絮凝剂
无机阳离子絮凝剂：AlCl3.6H2O；
无机絮凝剂 Al2(SO4)3； FeCl3等。
无机阴离子絮凝剂：CaO
无机高分子絮凝剂：PAS、PAC、PFC、PFS
２.固定化微生物：用固定酶的方法将酶活力强的微生物固定在载体上， 即成固定化微生物。微生物本身是多酶体系的固定化载体，将整个细 胞固定化更有利于保持原有活性。有死细胞固定化和生长细胞固定化 两种。
３.固定化酶和固定化微生物特性：性能稳定、降解有机物性能强、耐 毒、抗杂菌、耐冲击负荷。
固定化酶
水溶性酶
团的试剂反应形成共价键的 固定方法。交联剂有：戊二 醛、双重氮联苯胺和六甲撑 二异氰酸酯。
交联法
固定化技术 Ⅲ
包埋法（微胶囊型）
包埋法（格子型）
包埋法： 将酶包埋在凝胶微小格子（格子型）中，或将酶包裹在半透性的
聚合物膜内（微胶囊型）的固定方法。格子型的包埋材料有聚丙烯酰 胺、聚乙烯醇、琼脂、硅胶等。微胶囊型的包埋材料有尼龙、乙基纤 维素和硝酸纤维素。
生物表面活性剂和生物乳化剂的分类
分类 1糖脂
2中性脂/脂肪酸 3含氨基酸类脂
4磷脂 5聚合物 6细胞表面本身
产物类型
生产菌
海藻糖脂
节杆菌属、分枝菌属、诺卡氏菌属、 棒杆菌属、红球菌属
鼠李糖
假单胞菌属
槐糖脂
Torulopsis
甘油酸、脂肪酸、 脂肪醇、蜡
不动杆菌属、梭菌属
脂蛋白、脂肽、脂 氨基酸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
芽孢杆菌属、诺卡氏菌属、棒杆菌属、 链霉菌属、分枝菌属、假单胞菌属、 葡糖杆菌属
一 酶制剂剂型
（一）干燥粗酶制剂 将培养液除菌（或不除菌）后与淀粉等惰性填料混合、烦躁制成粗酶。
（二）稀液体酶制剂 将培养液过滤除去菌体杂质后直接加入稳定剂和防腐剂。
（三）浓液体酶制剂 将培养液过滤除去菌体杂质后浓缩，加入稳定剂和防腐剂。
（四）结晶酶 将酶浓缩、去杂质、纯化后在适当的温度、pH下加入铵盐或有机溶剂使其