微生物與廢物資源化課件

第九章微生物與廢物資源化第九章微生物與廢物資源化廢棄物與污染物的開發(fā)利用直接利用微生物菌體，作為人類及動物的食物和營養(yǎng)品，以補充蛋白質等營養(yǎng)。利用微生物體內的酶或制成酶制劑，用以加工某些產(chǎn)品。應用微生物的代謝產(chǎn)物，制備生化試劑、醫(yī)藥化工產(chǎn)品；也有應用代謝產(chǎn)生的無機物進行細菌冶金等。應用微生物開發(fā)生物能源。廢棄物與污染物的開發(fā)利用直接利用微生物菌體，作為人類及動物的2本章內容第一節(jié)單細胞蛋白第二節(jié)細菌冶金第三節(jié)微生物與能源本章內容第一節(jié)單細胞蛋白第一節(jié)單細胞蛋白（SCP）一、SCP的經(jīng)濟生物學特性二、生產(chǎn)SCP的微生物三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程四、廢物生產(chǎn)SCP實例五、SCP的可接受性與安全性返回第一節(jié)單細胞蛋白（SCP）一、SCP的經(jīng)濟生物學特性返一、SCP的經(jīng)濟生物學特性營養(yǎng)極為豐富：①Pr含量高，利用率高；②AA組成齊全；③含多種維生素、酶系及生理活性物質微生物世代周期短，生產(chǎn)效率高生產(chǎn)原料極廣，利于消除環(huán)境污染可以工業(yè)化生產(chǎn)，不與傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)爭地生產(chǎn)投資少返回一、SCP的經(jīng)濟生物學特性營養(yǎng)極為豐富：①Pr含量高，利用率二、生產(chǎn)SCP的微生物作為生產(chǎn)SCP的微生物應具備的主要條件為：菌體內蛋白質等營養(yǎng)含量高，質量亦佳；菌體無毒、不致病、不致癌以及無其他不良作用；對發(fā)酵基質轉化率高；轉化污染物后所得菌體濃度高；易為人及動物消化吸收，且味道較好易被接受；培養(yǎng)條件簡單，不苛刻；生長繁殖迅速，發(fā)酵過程穩(wěn)定，不易被雜菌感染；適于懸液狀態(tài)培養(yǎng)；菌體較大，易于菌液分離并收獲菌體；可能進行基因重組，對菌體加以改造。二、生產(chǎn)SCP的微生物作為生產(chǎn)SCP的微生物應具備的主要條件以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合細菌和真菌類返回以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合細菌和真菌類返回三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程返回三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程返回四、廢物生產(chǎn)SCP實例亞硫酸紙漿廢液產(chǎn)生假絲酵母；食品工業(yè)廢棄物如淀粉、酒精、味精、豆制品廢液生產(chǎn)SCP，提取RNA；纖維素；石油天然氣及甲醇；無機物生產(chǎn)藻類蛋白和氫細菌蛋白返回四、廢物生產(chǎn)SCP實例亞硫酸紙漿廢液產(chǎn)生假絲酵母；返回五、SCP的可接受性與安全性核酸問題：SCP應脫核酸、脫脂肪以減少核酸攝入轉變?yōu)槟蛩嵩黾雨P節(jié)痛、腎結石的機會奇數(shù)脂肪酸問題：多種動物試驗證明安全性殘留烷烴物問題：飼養(yǎng)和試驗結果表明正烷烴無害關于致癌問題：石油產(chǎn)品原料和真菌毒素，應考慮劑量問題關于氫細菌蛋白：PHB難于消化，尚待研究返回五、SCP的可接受性與安全性核酸問題：SCP應脫核酸、脫脂肪第二節(jié)細菌冶金一、細菌冶金的用途二、細菌冶金的原理三、細菌冶金的微生物及主要影響因素四、細菌冶金的方法五、細菌冶金的優(yōu)點及限制返回第二節(jié)細菌冶金一、細菌冶金的用途返回一、細菌冶金的用途細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝。它主要是應用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達到防止礦產(chǎn)資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。細菌浸礦的另一用途是從煤礦中去除其中所含黃鐵礦型的硫。返回一、細菌冶金的用途細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)二、細菌冶金的原理間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生直接作用：浸出過程中細菌直接與金屬硫化物接觸，參與氧化作用返回二、細菌冶金的原理間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生返三、細菌冶金的微生物及主要影響因素細菌冶金的微生物：多耐酸，主要有：氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、排硫硫桿菌、氧化亞鐵鐵桿菌、氧化亞鐵微螺桿菌影響因素：菌種、浸出液的pH、介質的氧化還原電位、O2和CO2的供給、礦料的粒度和礦漿的固體濃度、消除危害細菌的因素返回三、細菌冶金的微生物及主要影響因素細菌冶金的微生物：返回四、細菌冶金的方法通常有礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上，鋪上混凝土、瀝清等防滲材料，將礦石堆集其上，然后將事先準備好的含菌溶浸液用泵自礦堆頂面上澆注或噴淋礦石的表面（在此過程中隨之帶入細菌生長所必須的空氣），使之在礦堆上自上而下浸潤，經(jīng)過一段時間后浸提出有用金屬。含金屬的浸提液積聚在礦堆底部，集中送入收集池中，而后根據(jù)不同金屬性質采取適當方法回收有用金屬?；厥战饘僦蟮暮芙航?jīng)用硫酸調節(jié)pH后，可再次循環(huán)使用。這種方法常占用大面積地面，所需勞動力亦較大，但可處理較大數(shù)量的礦石，一次可處理幾千到幾十萬噸。堆浸法池浸法地下浸提法四、細菌冶金的方法通常有礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上四、細菌冶金的方法在耐酸池中，堆集幾十至幾百t礦石粉，池中充滿含菌浸提液，再加以機械攪拌以增大冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦石，但卻易于控制。

堆浸法池浸法地下浸提法四、細菌冶金的方法在耐酸池中，堆集幾十至幾百t礦石粉，池中充四、細菌冶金的方法這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法。大多用于難以開采的礦石、富礦開采后的尾礦、露天開采后的廢礦坑、礦床相當集中的礦石等。其方法是在開采完畢的場所和部分露出的礦體上澆淋細菌溶浸液，或者在礦區(qū)鉆孔至礦層，將細菌溶浸液由鉆孔注入，通氣，其溶浸一段時間后，抽出溶浸液進行回收金屬處理。優(yōu)點：礦石不需運輸，不需開采選礦，可節(jié)約大量人力和物力，礦工不用在礦坑內工作，增加了人身安全度，還可減輕環(huán)境污染。堆浸法池浸法地下浸提法返回四、細菌冶金的方法這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法五、細菌冶金的優(yōu)點及限制優(yōu)點：1．設備簡單、操作方便，工藝條件易控制、投資少、成本低。2．適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，小而分散的富礦和某些難以開采的礦及老礦山廢棄的礦石等，可達到綜合利用的目的。3．細菌可以完成人工采礦無法完成的采礦任務。4．細菌冶金對地表的破壞降低到最低限度，亦無須熔煉硫化礦，減少了公害。限制：其浸提作用時間亦即金屬回收周期較長，有時回收率不高返回五、細菌冶金的優(yōu)點及限制優(yōu)點：返回第三節(jié)微生物與能源一、能源危機二、生物能源的定義與來源三、利用微生物生產(chǎn)的生物能源1.生物柴油2.生物乙醇3.生物沼氣4.生物制氫返回第三節(jié)微生物與能源一、能源危機返回一、能源危機能源危機環(huán)境污染太陽能風能生物能一、能源危機能源危機環(huán)境污染太陽能風能生物能解決能源危機的有效途徑節(jié)能和提高能量利用效率。開發(fā)和使用新技術。使用更多的‘可再生’能源。提高使用清潔能源。改變能源轉換途徑。返回解決能源危機的有效途徑節(jié)能和提高能量利用效率。返回二、生物能源的定義與來源生物能源——是指利用生物質及微生物為原料生產(chǎn)的能源。包括生物燃料乙醇、生物柴油、生物氫氣、生物沼氣及生物氣化和液化等產(chǎn)生的能源產(chǎn)品。二、生物能源的定義與來源生物能源——是指利用生物質及微生物為垃圾堆各類植物

來源

垃圾堆各類植物來源a)城市垃圾b)有機廢水

c)糞便

d)林業(yè)生物質e)農(nóng)業(yè)廢棄物f)水生植物

g)能源植物返回a)城市垃圾返回1.生物柴油生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料，作為柴油的替代品更加環(huán)保。生物柴油所遇到的問題是作為原料的植物油成本較高。最近，科學家發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能合成油脂，這也許可以為克服生物柴油的原料問題起到重要作用。/programs/view/11a9-aGOJj8/1.生物柴油生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到微生物與廢物資源化課件麻瘋樹(Jatrophacurcas)

麻瘋樹，科名：大戟科Euphorbiaceae，別名：小桐子，青銅木，千年樹等。它原產(chǎn)美洲，現(xiàn)廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)。麻風樹是目前已知最速生的高效樹種之一。麻瘋樹林3年可掛果投產(chǎn)、5年進入盛果期。果實采摘期長達50年，果實的含油率為60～80%，麻瘋樹的干果產(chǎn)量為300～800kg/畝，平均產(chǎn)量約660kg/畝。麻風樹品種果仁出油率平均高達64．45%，每畝可提取精品柴油175公斤左右。麻瘋樹籽粒含油率高，被生物質能源研究專家稱之為“黃金樹”、“柴油樹”。１２３麻瘋樹(Jatrophacurcas)麻瘋樹，科名：大戟美國生物燃料加油站價格牌美國生物燃料加油站價格牌返回返回2.生物乙醇燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源。以一定的比例摻入汽油可作為汽車的燃料，不但能替代部分汽油，而且排放的尾氣更清潔。我國的燃料乙醇生產(chǎn)已形成規(guī)模，主要是以玉米為原料，同時正在積極開發(fā)甜高粱、薯類、秸稈等其他原料生產(chǎn)乙醇，目前產(chǎn)量居世界第三。返回2.生物乙醇燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源。以一3.生物沼氣沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機物產(chǎn)生的混合氣體，主要成分是可燃的甲烷。生產(chǎn)沼氣的設備簡單，方法簡易，適合在農(nóng)村推廣使用。我國已有許多地方的農(nóng)村和畜牧場使用了沼氣。沼氣的推廣使用節(jié)約了資源，保護了環(huán)境，也提高了農(nóng)民的生活質量。目前，沼氣的規(guī)模化生產(chǎn)需要解決的是設備及提高甲烷含量等技術問題。3.生物沼氣沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機物產(chǎn)生的混合氣球型玻璃鋼沼氣池村民修建沼氣池返回球型玻璃鋼沼氣池村民修建沼氣池返回4.生物制氫氫氣的燃燒產(chǎn)物只有水，因此氫氣是最清潔的能源。氫氣可以利用生物質通過微生物發(fā)酵得到，這一過程被稱為生物制氫。目前我國科學家已獲得了能高效產(chǎn)氫的微生物，哈工大生物制氫技術領先世界（厭氧活性污泥為產(chǎn)氫菌種的發(fā)酵法生物制氫技術）。4.生物制氫氫氣的燃燒產(chǎn)物只有水，因此氫氣是最清潔的能源。氫

氫氣產(chǎn)生菌的作用機理主要是丁酸發(fā)酵作用。該作用的代謝途徑是：除在丁酸菌作用下進行丁酸發(fā)酵外，氫氣產(chǎn)生菌的其他分解有機物產(chǎn)生氫氣的代謝機制目前尚未查清。返回氫氣產(chǎn)生菌的作用機理主要是丁酸發(fā)酵作用。該作用的代謝途徑是第九章微生物與廢物資源化第九章微生物與廢物資源化廢棄物與污染物的開發(fā)利用直接利用微生物菌體，作為人類及動物的食物和營養(yǎng)品，以補充蛋白質等營養(yǎng)。利用微生物體內的酶或制成酶制劑，用以加工某些產(chǎn)品。應用微生物的代謝產(chǎn)物，制備生化試劑、醫(yī)藥化工產(chǎn)品；也有應用代謝產(chǎn)生的無機物進行細菌冶金等。應用微生物開發(fā)生物能源。廢棄物與污染物的開發(fā)利用直接利用微生物菌體，作為人類及動物的36本章內容第一節(jié)單細胞蛋白第二節(jié)細菌冶金第三節(jié)微生物與能源本章內容第一節(jié)單細胞蛋白第一節(jié)單細胞蛋白（SCP）一、SCP的經(jīng)濟生物學特性二、生產(chǎn)SCP的微生物三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程四、廢物生產(chǎn)SCP實例五、SCP的可接受性與安全性返回第一節(jié)單細胞蛋白（SCP）一、SCP的經(jīng)濟生物學特性返一、SCP的經(jīng)濟生物學特性營養(yǎng)極為豐富：①Pr含量高，利用率高；②AA組成齊全；③含多種維生素、酶系及生理活性物質微生物世代周期短，生產(chǎn)效率高生產(chǎn)原料極廣，利于消除環(huán)境污染可以工業(yè)化生產(chǎn)，不與傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)爭地生產(chǎn)投資少返回一、SCP的經(jīng)濟生物學特性營養(yǎng)極為豐富：①Pr含量高，利用率二、生產(chǎn)SCP的微生物作為生產(chǎn)SCP的微生物應具備的主要條件為：菌體內蛋白質等營養(yǎng)含量高，質量亦佳；菌體無毒、不致病、不致癌以及無其他不良作用；對發(fā)酵基質轉化率高；轉化污染物后所得菌體濃度高；易為人及動物消化吸收，且味道較好易被接受；培養(yǎng)條件簡單，不苛刻；生長繁殖迅速，發(fā)酵過程穩(wěn)定，不易被雜菌感染；適于懸液狀態(tài)培養(yǎng)；菌體較大，易于菌液分離并收獲菌體；可能進行基因重組，對菌體加以改造。二、生產(chǎn)SCP的微生物作為生產(chǎn)SCP的微生物應具備的主要條件以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合細菌和真菌類返回以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合細菌和真菌類返回三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程返回三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程返回四、廢物生產(chǎn)SCP實例亞硫酸紙漿廢液產(chǎn)生假絲酵母；食品工業(yè)廢棄物如淀粉、酒精、味精、豆制品廢液生產(chǎn)SCP，提取RNA；纖維素；石油天然氣及甲醇；無機物生產(chǎn)藻類蛋白和氫細菌蛋白返回四、廢物生產(chǎn)SCP實例亞硫酸紙漿廢液產(chǎn)生假絲酵母；返回五、SCP的可接受性與安全性核酸問題：SCP應脫核酸、脫脂肪以減少核酸攝入轉變?yōu)槟蛩嵩黾雨P節(jié)痛、腎結石的機會奇數(shù)脂肪酸問題：多種動物試驗證明安全性殘留烷烴物問題：飼養(yǎng)和試驗結果表明正烷烴無害關于致癌問題：石油產(chǎn)品原料和真菌毒素，應考慮劑量問題關于氫細菌蛋白：PHB難于消化，尚待研究返回五、SCP的可接受性與安全性核酸問題：SCP應脫核酸、脫脂肪第二節(jié)細菌冶金一、細菌冶金的用途二、細菌冶金的原理三、細菌冶金的微生物及主要影響因素四、細菌冶金的方法五、細菌冶金的優(yōu)點及限制返回第二節(jié)細菌冶金一、細菌冶金的用途返回一、細菌冶金的用途細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝。它主要是應用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達到防止礦產(chǎn)資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。細菌浸礦的另一用途是從煤礦中去除其中所含黃鐵礦型的硫。返回一、細菌冶金的用途細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)二、細菌冶金的原理間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生直接作用：浸出過程中細菌直接與金屬硫化物接觸，參與氧化作用返回二、細菌冶金的原理間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生返三、細菌冶金的微生物及主要影響因素細菌冶金的微生物：多耐酸，主要有：氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、排硫硫桿菌、氧化亞鐵鐵桿菌、氧化亞鐵微螺桿菌影響因素：菌種、浸出液的pH、介質的氧化還原電位、O2和CO2的供給、礦料的粒度和礦漿的固體濃度、消除危害細菌的因素返回三、細菌冶金的微生物及主要影響因素細菌冶金的微生物：返回四、細菌冶金的方法通常有礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上，鋪上混凝土、瀝清等防滲材料，將礦石堆集其上，然后將事先準備好的含菌溶浸液用泵自礦堆頂面上澆注或噴淋礦石的表面（在此過程中隨之帶入細菌生長所必須的空氣），使之在礦堆上自上而下浸潤，經(jīng)過一段時間后浸提出有用金屬。含金屬的浸提液積聚在礦堆底部，集中送入收集池中，而后根據(jù)不同金屬性質采取適當方法回收有用金屬?；厥战饘僦蟮暮芙航?jīng)用硫酸調節(jié)pH后，可再次循環(huán)使用。這種方法常占用大面積地面，所需勞動力亦較大，但可處理較大數(shù)量的礦石，一次可處理幾千到幾十萬噸。堆浸法池浸法地下浸提法四、細菌冶金的方法通常有礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上四、細菌冶金的方法在耐酸池中，堆集幾十至幾百t礦石粉，池中充滿含菌浸提液，再加以機械攪拌以增大冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦石，但卻易于控制。

堆浸法池浸法地下浸提法四、細菌冶金的方法在耐酸池中，堆集幾十至幾百t礦石粉，池中充四、細菌冶金的方法這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法。大多用于難以開采的礦石、富礦開采后的尾礦、露天開采后的廢礦坑、礦床相當集中的礦石等。其方法是在開采完畢的場所和部分露出的礦體上澆淋細菌溶浸液，或者在礦區(qū)鉆孔至礦層，將細菌溶浸液由鉆孔注入，通氣，其溶浸一段時間后，抽出溶浸液進行回收金屬處理。優(yōu)點：礦石不需運輸，不需開采選礦，可節(jié)約大量人力和物力，礦工不用在礦坑內工作，增加了人身安全度，還可減輕環(huán)境污染。堆浸法池浸法地下浸提法返回四、細菌冶金的方法這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法五、細菌冶金的優(yōu)點及限制優(yōu)點：1．設備簡單、操作方便，工藝條件易控制、投資少、成本低。2．適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，小而分散的富礦和某些難以開采的礦及老礦山廢棄的礦石等，可達到綜合利用的目的。3．細菌可以完成人工采礦無法完成的采礦任務。4．細菌冶金對地表的破壞降低到最低限度，亦無須熔煉硫化礦，減少了公害。限制：其浸提作用時間亦即金屬回收周期較長，有時回收率不高返回五、細菌冶金的優(yōu)點及限制優(yōu)點：返回第三節(jié)微生物與能源一、能源危機二、生物能源的定義與來源三、利用微生物生產(chǎn)的生物能源1.生物柴油2.生物乙醇3.生物沼氣4.生物制氫返回第三節(jié)微生物與能源一、能源危機返回一、能源危機能源危機環(huán)境污染太陽能風能生物能一、能源危機能源危機環(huán)境污染太陽能風能生物能解決能源危機的有效途徑節(jié)能和提高能量利用效率。開發(fā)和使用新技術。使用更多的‘可再生’能源。提高使用清潔能源。改變能源轉換途徑。返回解決能源危機的有效途徑節(jié)能和提高能量利用效率。返回二、生物能源的定義與來源生物能源——是指利用生物質及微生物為原料生產(chǎn)的能源。包括生物燃料乙醇、生物柴油、生物氫氣、生物沼氣及生物氣化和液化等產(chǎn)生的能源產(chǎn)品。二、生物能源的定義與來源生物能源——是指利用生物質及微生物為垃圾堆各類植物

來源

垃圾堆各類植物來源a)城市垃圾b)有機廢水

c)糞便

d)林業(yè)生物質e)農(nóng)業(yè)廢棄物f)水生植物

g)能源植物返回a)城市垃圾返回1.生物柴油生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料，作為柴油的替代品更加環(huán)保。生物柴油所遇到的問題是作為原料的植物油成本較高。最近，科學家發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能合成油脂，這也許可以為克服生物柴油的原料問題起到重要作用。/programs/view/11a9-aGOJj8/1.生物柴油生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到微生物與廢物資源化課件麻瘋樹(Jatrophacurcas)

麻瘋樹，科名：大戟科Euphorbiaceae，別名：小桐子，青銅木，千年樹等。它原產(chǎn)美洲，現(xiàn)廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)。麻風樹是目前已知最速生的高效樹種之一。麻瘋樹林3年可掛果投產(chǎn)、5年進入盛果期。果實采摘期長達50年，