环境微生物制剂研制与生产关键技术研究

二.环境微生物制剂
• 生物强化制剂：EM菌、高效降解菌剂……
EM菌是 “有用”（Effective）和“微生物”（ Micro-organisms）组成的“有用微生物群”的简称。 EM是5科18属80余种有用微生物，由光合菌、乳 酸菌、酵母菌、曲霉菌、放线菌等微生物构成。苏生 型微生物的首领的集合体。
L/O/G/O
微生物制剂研制 与生产技术
Contents
一
微生物制剂的简介
环境微生物制剂 高效降解菌剂的开发
二
三
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一.微生物制剂的简介
• 微生物是存在于自然界中的微小生物，它无 法由人工制造。
特殊功能菌 在水产、工 放 农业、环境 线 上开发更多 杆 的应用。
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350 275 230 200 2007年 2008年 2009年 2010年
二.环境微生物制剂
国内市场环保用菌剂主要有3个来源：
一类是国外进口，份额占到总量的60%以上，代表厂家为丹
麦诺维信、美国Bioform、日本琉球大学（EM 菌）等；
第二类为国内企业生产，占市场份额的30%左右，所生产的
的手段实现产业化生产。
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二.环境微生物制剂
放线菌、霉菌及酵母菌，乃至原生动物的一些 种类细胞表面的胞外多聚物有絮凝作用。 可以将有絮凝作用的微生物经扩大培养制成的 微生物制剂直接用作絮凝剂，或者从具有絮凝作 用的菌株提取其表面的有效絮凝成分做成制剂用 作絮凝剂。
菌剂以仿制日本的EM 菌为主，对废水的处理效果没有进口菌 剂有针对性；
第三类是国内高校科研院所开发生产，占到5%~10%份额，
主要代表为中科院微生物研究所、清华大学等高校。
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三.高效降解菌剂的开发
1
高效降解菌剂的研制
高效降解菌剂的生产 高效降解菌剂的应用
2
3
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培养液 静置后测定上清 液的吸光值，与 空白相对比，可 得出絮凝率
搅拌后静置
30℃摇床培养72h
高岭土悬浮液絮凝
液体培养基
絮凝微生物的筛选过程
二.环境微生物制剂
• 微生物破乳剂：由微生物所产生的生物表
面活性剂所引起，使乳浊液破乳分层。
生物破乳剂是使乳浊液破乳分层，细胞表面的 破乳活性和细胞表面的结构及其生物化学组成上的 变化有关，破乳活性是细胞表面的一种性质，由微 生物所产生的生物表面活性剂所引起，由于细菌的 细胞在破乳过程中起了重要作用，细菌所产生的破 乳活性物质集中在细菌细胞表面。
• 微生物破乳剂：由微生物所产生的生物表面活性剂所引
起，使乳浊液破乳分层。
• 微生物吸附剂：经过一系列生物化学作用（络合、鳌合、
离子交换、吸附）使重金属离子被微生物细胞吸附。
• 生物强化制剂：EM菌（乳酸菌、光合细菌、酵母菌、
放线菌、丝状菌等组成）、高效降解菌剂……
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二.环境微生物制剂
• 细胞表面吸附或络合——对微生物的活性无要求，
死活微生物皆可
• 胞外富集或胞内富集——要求微生物具有活性
• 研究表明：活的微生物和死的微生物都能很好的
吸附重金属，而且作为生物吸附剂的微生物容易
获得（发酵过程的酵母菌、海洋中的藻类……）
• 生物吸附具有很好的工业应用前景
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根据菌株的 变异形式， 挑选高效菌
敏感性大
3.变异幅度广
2.提高诱变
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一.微生物制剂的简介
• 水族箱中添加微生物制剂，能够： 将水体中的有害物质降解；分解粪便、 饲料残渣、净化水质……等功能 微生物制剂中的菌株，都是筛选自 环境中的优势种群，它们的分解能力超 强，相较于在水族箱中的自生种类，可 能强上数十倍，甚至上百倍之多。 尤其近年来拜生物技术进步之赐， 对来自自然界的微生物利用各项基因改 良技术，如：人工变异、细胞融合与重 组DNA等，来增强这些有用微生物的分解 能力，使微生物制剂的净水能力，更是 达到前所未有的颠峰。
例如：在水产养殖上，微生物制剂可简单定义为：是 由一些对人类和养殖作业无致病危害并能改良水质状 况，能抑制水产病害的有益微生物制成的产品。
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一.微生物制剂的简介
微生物制剂的作用
• 抑制有害微生物 微生物制剂中的有益菌如假单胞菌、枯
草芽抱杆菌、硝化细菌等，它们能发挥氧化、 • 氨化、硝化、反硝化、解硫、硫化、固氮等 改善机体代谢，补充机体营养成分，促 作用，将动物的排泄物、残存饵料、浮游生 进生长 物残体、化学药物、难降解物质等迅速分解 为CO2、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等，为其他 • 刺激机体免疫系统，提高机体免疫力 生命体生长繁殖提供营养。
产出的高效菌种，采用先进的生物技术和特殊的生产工
艺制成的具有特殊功能的高效生物活性制品。
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二.环境微生物制剂
• 微生物絮凝剂：包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，
利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的 絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。糖蛋白、粘多糖、蛋白质、 纤维素及DNA等高分子化合物。
• 参与生物降解，消除有机污染物，净化
环境
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二.环境微生物制剂
• 环境微生物制剂（Environment Microbial Agent）是
指以环境学、微生物学、微生物生态学等多学科理论为 基础，以监测、改善环境条件、强化生物处理系统的稳 定性和高效性为目的，通过从自然界中筛选的优势菌种 或经过诱变处理的变异菌株或者是通过基因组合技术生
1.高效降解菌剂的研制
• （1）高效降解菌剂的特点
– 针对性较强 – 响应时间短 – 操作简单 – 使用方便
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高效降解菌剂的用途
①生物膜挂膜；
②废水活性污泥法处理过程的添加剂，初沉池、曝气池的投加，
提高废水处理效率；
③有机固体废弃物堆肥的菌种和添加剂，加速堆肥腐熟；
二.环境微生物制剂
微生物絮凝剂是一类由微生物在生长过程中产生的可使水体中
不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊 高分子聚合物。微生物的絮凝作用最先由法国的Louis Pasteur在 1876年研究酵母菌时发现的。 微生物絮凝剂的优点： (1)适应范围广，具有很好的除浊脱色作用，沉降效率高。 (2)可降解，其降解产物对环境无毒无害，不会产生二次污染，是 一种高效安全的絮凝剂。 (3)能够产生絮凝剂的微生物种类多，生长快，易于采取生物工程
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1.高效降解菌剂的研制
（3） 菌种来源
直接筛选
• 直接从被污染的环境或污 泥中筛选、富集。
•诱导能对特定化合物进行降 解的代谢途径和代谢酶类 •其降解性能得到显著提高或 者获得新的降解性能。
方法
通过驯化
基因改良 技术
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1.高效降解菌剂的研制
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二.环境微生物制剂
• 微生物吸附剂：
生物吸附是对于经过一系列生物化学作用使重 金属离子被微生物细胞吸附的概括理解，这些作用
包括络合、鳌合、离子交换、吸附等。这些微生物
从溶液中分离金属离子的机理有胞外富集、沉淀； 细胞表面吸附或络合；胞内富集。
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1.高效降解菌剂的研制
（3） 菌种来源
•①降解有毒、有害有机污染物的微生 物：食酚菌，分解氰化物、苯系化合 物、萘、菲、蒽、沥青等的微生物；
从环境中可以 筛选的菌种有
•②适应极端环境的微生物，如嗜热菌、 嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、 耐压菌； •③降解农药的微生物；
•④分解难降解污染物（如废塑料、 尼龙）的微生物； •⑤除臭菌。
芽 孢 杆 菌
乳 酸 杆 菌 菌
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一.微生物制剂的简介
• 微生物制剂（ Microbial agent ）是一类 从环境中分离出来的有益微生物（主要
是细菌及真菌），经过人工纯化及富集
培养之后，再利用专门的技术把它制成
具有特殊用途的添加剂。
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PF101
Paecilomycewenku.baidu.com sp. -1
MF-3
果汁、血细胞悬液、菌悬液、泥浆水、 Sporolactobacillus GC3 屠宰废水、碳素墨水、染料废水的脱 色等
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土壤 活性污泥 湖水 菌制剂
稀释平板法
30℃培养24h
接种
琼脂培养基平板
菌落
斜面培养基 接 种
可通过口服某些活的微生物制剂 来治疗由于正常菌群失调而导致的腹泻。 •含蜡状芽孢杆菌（B.cereus）的“促菌生”， •含地衣芽孢杆菌的“整肠生”、 •枯草芽孢杆菌和肠球菌的“妈咪爱”、 它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重新创造良好的 厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌的生长繁殖。 含双歧杆菌和乳酸菌的“金三歧”、“培菲康”、“丽珠肠乐” 是通过乳酸菌产生乳酸来降低肠道pH而抑制腐败菌的生长。 这类活的微生物制剂又称为微生态制剂 微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境， 若肠道功能正常，一般不需要服用！
比如：
• 20世纪初人们开始利用细菌来 治疗人类和动物肠道疾病，早 在1907年，使用酸牛奶（乳酸 杆菌）来治疗幼畜腹泻。 • 在现代，由于抗生素滥用，使 肠道菌群发生很大改变，甚至 有益肠道菌被抑制或杀死，造 成菌群失调。 • 酸奶可以维持肠道正常菌群平 衡，调节肠道有益菌群到正常 水平。
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适用范围
水体 印染、焦化、石化、 食品、制药、农药、 皮革、造纸等等行业 的特殊废水 固体
秸秆、有机垃圾、垃 圾渗滤液等等
1.高效降解菌剂的研制
高效菌种 遗传稳 定性 生长旺盛 结构稳定
关键
（2）高效降解菌剂研 制的关键
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二.环境微生物制剂
部分微生物絮凝剂的主要应用领域
微生物絮凝剂 NOC-1 絮凝剂产生菌 R. Erythropolis S-1 Asp. Sojae AJ 7002 Alcaligenes latus B-16 应用范围 微生物细胞、活性污泥、泥浆水、河 底沉积物、煤灰水、畜产废水、有色 废水等 啤酒酵母、活性污泥 钢厂废水除浊、造纸厂废水脱色、油 浊液除油等 微生物细胞、红血细胞、活性污泥、 纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝 等
④家庭便池、公厕的除臭剂；
⑤家禽粪便处理的菌种；
⑥污染严重的河道生物修复，疏浚河道底泥； ⑦降解和清除海面浮油和炼油厂的废弃物；
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⑧土地生物修复和河床底泥的生物修复。
1.高效降解菌剂的研制
功能
促进油分解 难降解染料、浆料降 解与脱色
促进纤维等生物质降 解和转化 •分解行业特征有机污 染物 • POPs（持久性有机 污染物）
对环境污染发挥着巨大的作用：如生活垃圾的处理
、生活废水的处理以及恶臭的处理……
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二.环境微生物制剂
高效降解菌剂：向废水处理系统中投加从自然界中 筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌 种， 强化去除某一种或某一类有害物质的方法。
400 350 300 250 200 150 100 50 0 菌剂用量
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一.微生物制剂的简介
• 微生物制剂只是一种综合性的术语而已，依其用途 不同，可以分成很多种。 • 例如：在农业上，它可以指微生物农药、微生物杀 虫剂，或微生物肥料等等。 • 又如：在水产养殖上，它可以指应用在水质管理上 所有的任何相关的添加剂。 • 因此，要明确定义微生物制剂是什么，还必须要根 据其应用而定。
1.确定目标 2.选择分离源 3.筛选条件的 设定
1.进行稀释后进 行分离 2.也可以用划线 的方式分离
分离筛选的 原则与方法
菌种分离
（4）菌种的筛选
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1.高效降解菌剂的研制
1.性能优良 2.对诱变剂的 1.利用协同 效应 1.致死率与 变异率的关 系 2.以致死率 作为选择剂 量的依据