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1、环境工程微生物学第七章现代生物技术现在学习的是第1页，共27页7.1现代生物技术概况现代生物技术概况n n什么是生物技术（什么是生物技术（什么是生物技术（什么是生物技术（BiotechnologyBiotechnology）？）？）？）？指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。技术体系。n n生物技术的内容生物技术的内容生物技术的内容生物技术的内容 基因工程：主要涉及遗传物质核酸分离、提取、体外剪切、基因工程：主要涉及遗传物质核酸分离、提取、体外剪切、重组以及扩增与表达等技术。重组以及扩增与表达等技术。细胞工程：细胞的离体培
2、养、繁殖、再生、融合以及细胞细胞工程：细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建等技术。核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建等技术。酶学工程：利用酶，借助固定化技术、生物反应器和生物酶学工程：利用酶，借助固定化技术、生物反应器和生物传感器等新技术、新装置，高效优质地生产特定产品的技传感器等新技术、新装置，高效优质地生产特定产品的技术。术。发酵工程：为微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品发酵工程：为微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技术。的一种技术。现在学习的是第2页，共27页n n生物技术的依据和出发点生物技术的依据和出发点生物技术的依据和出发
3、点生物技术的依据和出发点 生物有机体所具有的各种机能，即生物在生长、繁生物有机体所具有的各种机能，即生物在生长、繁殖过程中进行物质合成、降解和转化的能力。殖过程中进行物质合成、降解和转化的能力。生物技术的核心基础是基因工程和细胞工程。生物技术的核心基础是基因工程和细胞工程。n n生物技术的特点生物技术的特点生物技术的特点生物技术的特点 与传统技术相比，具有一系列优越性：不可取代，与传统技术相比，具有一系列优越性：不可取代，精确、快速，低耗、高效，副产物、副作用小，安精确、快速，低耗、高效，副产物、副作用小，安全性好。全性好。n n环境生物技术（环境生物技术（环境生物技术（环境生物技术（Envi
4、ronmental BiotechnologyEnvironmental Biotechnology）环境生物技术指应用于认识和解决环境问题过程中环境生物技术指应用于认识和解决环境问题过程中的生物技术体系，包括对环境污染效应的认识、环的生物技术体系，包括对环境污染效应的认识、环境质量评价和环境污染的生物处理技术。境质量评价和环境污染的生物处理技术。生物技术在环境污染生物处理中的应用基础是运用生物技术在环境污染生物处理中的应用基础是运用生物生命过程中的反应将污染物转化为无毒、无害、生物生命过程中的反应将污染物转化为无毒、无害、稳定的物质。稳定的物质。现在学习的是第3页，共27页7.2 基因工程与
5、环境污染治理基因工程与环境污染治理7.2.1 基因工程的分子生物学基础基因工程的分子生物学基础n nDNA 生物的遗传物质分子，是由大量的脱氧核糖核苷酸生物的遗传物质分子，是由大量的脱氧核糖核苷酸生物的遗传物质分子，是由大量的脱氧核糖核苷酸生物的遗传物质分子，是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的线状或环状大分子。组成的线状或环状大分子。组成的线状或环状大分子。组成的线状或环状大分子。DNADNA中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（中有四种碱基：腺嘌呤（A A）、鸟嘌呤（）、鸟嘌呤（）、鸟嘌呤（）、鸟嘌呤（GG）、）、）、）、胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T
6、）和胞嘧啶（）和胞嘧啶（）和胞嘧啶（）和胞嘧啶（C C）。）。）。）。DNADNA的可变部分是的可变部分是的可变部分是的可变部分是其碱基顺序。其碱基顺序。其碱基顺序。其碱基顺序。n n基因基因 DNADNA分子上的一个特定片段，不同基因的遗传信息分子上的一个特定片段，不同基因的遗传信息分子上的一个特定片段，不同基因的遗传信息分子上的一个特定片段，不同基因的遗传信息由各自片段的碱基顺序所决定。由各自片段的碱基顺序所决定。由各自片段的碱基顺序所决定。由各自片段的碱基顺序所决定。基因的准确复制保证了遗传信息的代代相传。基因的准确复制保证了遗传信息的代代相传。基因的准确复制保证了遗传信息的代代相传。基
7、因的准确复制保证了遗传信息的代代相传。现在学习的是第4页，共27页7.2.2 基因工程的基本过程基因工程的基本过程n n工具酶工具酶工具酶工具酶 工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的，包括限制性内切酶和工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的，包括限制性内切酶和工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的，包括限制性内切酶和工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的，包括限制性内切酶和DNADNA连接酶。连接酶。连接酶。连接酶。n n基因工程的载体基因工程的载体基因工程的载体基因工程的载体 载体是将外源基因送入受体细胞的工具。载体是将外源基因送入受体细胞的工具。载体是将外源基因送入受体细胞的工具。载体是
8、将外源基因送入受体细胞的工具。常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。n n目的基因的分离目的基因的分离目的基因的分离目的基因的分离 可通过以下两条途径获得特定的目的基因：一是从生物的基因组直接分离，可通过以下两条途径获得特定的目的基因：一是从生物的基因组直接分离，可通过以下两条途径获得特定的目的基因：一是从生物的基因组直接分离，可通过以下两条途径获得特定的目的基因：一是从生物的基因组直接分离，二是人工合成。二是人工合成。二是人工合成。二是人工合成。n n目的基因与载体的重组
9、目的基因与载体的重组目的基因与载体的重组目的基因与载体的重组n n将目的基因导入受体将目的基因导入受体将目的基因导入受体将目的基因导入受体 常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞。常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞。常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞。常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞。n n对目的基因的筛选和检测对目的基因的筛选和检测对目的基因的筛选和检测对目的基因的筛选和检测n n目的基因在受体细胞中的表达目的基因在受体细胞中的表达目的基因在受体细胞中的表达目的基因在受体细胞中的表达现在学习的是第5页，共27页基因
10、工程在环境污染治理中的应用基因工程在环境污染治理中的应用n n降解卤代芳烃的基因工程菌n n分解尼龙寡聚物的基因工程菌n n分解多糖的基因工程菌n n抗金属基因工程菌n n除草剂降解基因工程菌n n杀虫剂降解基因工程菌现在学习的是第6页，共27页7.3 细胞工程与环境污染生物治理细胞工程与环境污染生物治理n n细胞工程细胞工程 细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞遗细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞遗细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞遗细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞遗传结构，从而培育出人们所需要的生物品种或具有传结构，从而培育出人们所需要的生物品种或具有传结构
11、，从而培育出人们所需要的生物品种或具有传结构，从而培育出人们所需要的生物品种或具有某些新性状的细胞群体。某些新性状的细胞群体。某些新性状的细胞群体。某些新性状的细胞群体。n n细胞工程的内容细胞工程的内容 细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融合细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融合细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融合细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融合为一个细胞的过程，又称细胞杂交。为一个细胞的过程，又称细胞
12、杂交。为一个细胞的过程，又称细胞杂交。为一个细胞的过程，又称细胞杂交。细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞中分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它中分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它中分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它中分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它们在不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物们在不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物们在不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物们在不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物活
13、性的细胞。活性的细胞。活性的细胞。活性的细胞。遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。现在学习的是第7页，共27页细胞融合构建环境工程菌细胞融合构建环境工程菌n n概念：原生质体（概念：原生质体（Protoplast）细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称为原生质体。为原生质体。为原生质体。为原生质体。原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理性能，
14、原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理性能，原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理性能，原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理性能，但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏感，对外界但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏感，对外界但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏感，对外界但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏感，对外界理化因子比较敏感。理化因子比较敏感。理化因子比较敏感。理化因子比较敏感。在外界理化融合因子的诱导下，不同物种间的原生在外界理化融合因子的诱导下，不同物种间的原生在外界理化融合因子的诱导下，不同物种间的原生在外界理化融合因子的诱导下，不同物种间的原生质体的质膜相互融合杂交，并在适当的条件
15、下，融质体的质膜相互融合杂交，并在适当的条件下，融质体的质膜相互融合杂交，并在适当的条件下，融质体的质膜相互融合杂交，并在适当的条件下，融合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来完整的细胞合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来完整的细胞合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来完整的细胞合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来完整的细胞形态与群落形态，构成具有多种遗传性状的新物种。形态与群落形态，构成具有多种遗传性状的新物种。形态与群落形态，构成具有多种遗传性状的新物种。形态与群落形态，构成具有多种遗传性状的新物种。故可利用原生质体融合来构建新物种。故可利用原生质体融合来构建新物种。故可利用原生质体融合来构建新物种。
16、故可利用原生质体融合来构建新物种。现在学习的是第8页，共27页n n原生质体融合的方法原生质体融合的方法 亲本的选择亲本的选择亲本的选择亲本的选择 原生质体的制备原生质体的制备原生质体的制备原生质体的制备 原生质体的再生原生质体的再生原生质体的再生原生质体的再生 原生质体的融合和融合子的检出原生质体的融合和融合子的检出原生质体的融合和融合子的检出原生质体的融合和融合子的检出现在学习的是第9页，共27页原生质体融合来构建环境工程菌原生质体融合来构建环境工程菌n n原生质体融合构建苯环化合物降解菌原生质体融合构建苯环化合物降解菌n n原生质体融合构建纤维素降解菌原生质体融合构建纤维素降解菌n n聚
17、已二醇诱导原生质体融合制备细菌杀虫剂聚已二醇诱导原生质体融合制备细菌杀虫剂现在学习的是第10页，共27页酶学工程与环境污染生物治理酶学工程与环境污染生物治理n n酶工程酶工程酶工程酶工程 指利用生物有机体内酶所具有的特异催化功能，借助固定化生物反应器指利用生物有机体内酶所具有的特异催化功能，借助固定化生物反应器指利用生物有机体内酶所具有的特异催化功能，借助固定化生物反应器指利用生物有机体内酶所具有的特异催化功能，借助固定化生物反应器和生物传感器等技术、装置，高效优质地生产特定产品的技术。和生物传感器等技术、装置，高效优质地生产特定产品的技术。和生物传感器等技术、装置，高效优质地生产特定产品的技
18、术。和生物传感器等技术、装置，高效优质地生产特定产品的技术。目前酶工程主要研究酶的生产、纯化和固定化技术以及在环境污目前酶工程主要研究酶的生产、纯化和固定化技术以及在环境污目前酶工程主要研究酶的生产、纯化和固定化技术以及在环境污目前酶工程主要研究酶的生产、纯化和固定化技术以及在环境污染治理、工业、医药、卫生等方面的应用。染治理、工业、医药、卫生等方面的应用。染治理、工业、医药、卫生等方面的应用。染治理、工业、医药、卫生等方面的应用。n n固定化酶固定化酶固定化酶固定化酶 又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固又称水不溶酶
19、，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。衍生物。衍生物。衍生物。固定化酶的特点：固定化酶的特点：固定化酶的特点：固定化酶的特点：比较稳定，可长时间保持酶的活性；比较稳定，可长时间保持酶的活性；比较稳定，可长时间保持酶的活性；比较稳定，可长时间保持酶的活性；可回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道可
20、回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道可回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道可回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道化工艺；化工艺；化工艺；化工艺；可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。现在学习的是第11页，共27页n n酶的分离提纯酶的分离提纯 利用微生物生产酶制品可分为菌种选育、发酵培养、利用微生物生产酶制品可分为菌种选育、发酵培养、利用微生物生产酶制品可分为菌种选育、发酵培养、利用微生物生产酶制品可分为菌种选育、发酵培养、分离提取和菌种保存四个步骤。分离提取和
21、菌种保存四个步骤。分离提取和菌种保存四个步骤。分离提取和菌种保存四个步骤。现在学习的是第12页，共27页酶的固定化方法酶的固定化方法n n载体结合法载体结合法载体结合法载体结合法 包括共价结合法、离子结合法、物理吸附法、生物特异结合法四种。包括共价结合法、离子结合法、物理吸附法、生物特异结合法四种。包括共价结合法、离子结合法、物理吸附法、生物特异结合法四种。包括共价结合法、离子结合法、物理吸附法、生物特异结合法四种。常用载体有：活性炭、多孔玻珠、高岭土、氧化铝等常用载体有：活性炭、多孔玻珠、高岭土、氧化铝等常用载体有：活性炭、多孔玻珠、高岭土、氧化铝等常用载体有：活性炭、多孔玻珠、高岭土、氧化
22、铝等n n交联法交联法交联法交联法 利用戊二醛等交联剂使酶与酶发生交联而进行固定。利用戊二醛等交联剂使酶与酶发生交联而进行固定。利用戊二醛等交联剂使酶与酶发生交联而进行固定。利用戊二醛等交联剂使酶与酶发生交联而进行固定。n n包埋法包埋法包埋法包埋法 将酶包裹在凝胶格子或由半透明膜组成的胶囊中。将酶包裹在凝胶格子或由半透明膜组成的胶囊中。将酶包裹在凝胶格子或由半透明膜组成的胶囊中。将酶包裹在凝胶格子或由半透明膜组成的胶囊中。n n逆胶束酶法逆胶束酶法逆胶束酶法逆胶束酶法 逆胶束指表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的聚集体。逆胶束指表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的聚集体。逆胶束指
23、表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的聚集体。逆胶束指表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的聚集体。逆胶束酶法指将酶以逆胶束的形式固定。逆胶束酶法指将酶以逆胶束的形式固定。逆胶束酶法指将酶以逆胶束的形式固定。逆胶束酶法指将酶以逆胶束的形式固定。n n复合法复合法复合法复合法 现在学习的是第13页，共27页n n可逆可溶性固定化酶可逆可溶性固定化酶 酶在可溶状态下反应，反应后经简单操作可沉淀，酶在可溶状态下反应，反应后经简单操作可沉淀，酶在可溶状态下反应，反应后经简单操作可沉淀，酶在可溶状态下反应，反应后经简单操作可沉淀，回收利用。回收利用。回收利用。回收利用。通过改变通过改变通过改变通
24、过改变pHpH、温度等理化参数，或由金属离子的添、温度等理化参数，或由金属离子的添、温度等理化参数，或由金属离子的添、温度等理化参数，或由金属离子的添加、去除等方法可获得可溶、不溶两种状态的天然加、去除等方法可获得可溶、不溶两种状态的天然加、去除等方法可获得可溶、不溶两种状态的天然加、去除等方法可获得可溶、不溶两种状态的天然及合成高分子物质，将酶共价键合于这些物质中即及合成高分子物质，将酶共价键合于这些物质中即及合成高分子物质，将酶共价键合于这些物质中即及合成高分子物质，将酶共价键合于这些物质中即可产生可逆可溶性固定化酶。可产生可逆可溶性固定化酶。可产生可逆可溶性固定化酶。可产生可逆可溶性固定
25、化酶。n n固定化酶反应器固定化酶反应器 批量反应器批量反应器批量反应器批量反应器 连续反应器连续反应器连续反应器连续反应器现在学习的是第14页，共27页固定化细胞（固定化细胞（Immobilized Cell）n n固定化细胞的特点固定化细胞的特点 固定化细胞比游离细胞稳定性高，催化效率高于离固定化细胞比游离细胞稳定性高，催化效率高于离固定化细胞比游离细胞稳定性高，催化效率高于离固定化细胞比游离细胞稳定性高，催化效率高于离体酶；体酶；体酶；体酶；比固定化酶操作简便，成本低廉；比固定化酶操作简便，成本低廉；比固定化酶操作简便，成本低廉；比固定化酶操作简便，成本低廉；能完成多步酶反应，反应时无需
26、补加辅助因子；能完成多步酶反应，反应时无需补加辅助因子；能完成多步酶反应，反应时无需补加辅助因子；能完成多步酶反应，反应时无需补加辅助因子；但固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些但固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些但固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些但固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些酶是不需要的，甚至对反应是有害的，这是其不足酶是不需要的，甚至对反应是有害的，这是其不足酶是不需要的，甚至对反应是有害的，这是其不足酶是不需要的，甚至对反应是有害的，这是其不足之处。之处。之处。之处。n n细胞的固定化方法细胞的固定化方法 自溶酶灭活法自溶酶灭活法自溶酶灭活法自溶酶灭
27、活法 絮凝吸附法絮凝吸附法絮凝吸附法絮凝吸附法现在学习的是第15页，共27页固定化技术处理废水固定化技术处理废水n n固定化技术处理废水的优点固定化技术处理废水的优点 处理效能高，成本低，稳定性高；处理效能高，成本低，稳定性高；处理效能高，成本低，稳定性高；处理效能高，成本低，稳定性高；可通过再培养恢复酶的相对活力。可通过再培养恢复酶的相对活力。可通过再培养恢复酶的相对活力。可通过再培养恢复酶的相对活力。n n固定化技术处理废水目前存在的问题固定化技术处理废水目前存在的问题 载体成本较高；载体成本较高；载体成本较高；载体成本较高；固定化材料对传质过程有阻碍，使酶活性大多低于固定化材料对传质过程
28、有阻碍，使酶活性大多低于固定化材料对传质过程有阻碍，使酶活性大多低于固定化材料对传质过程有阻碍，使酶活性大多低于游离细胞。游离细胞。游离细胞。游离细胞。n n工程实例工程实例 用海藻酸钙包埋固定热带假丝酵母菌处理含酚废水用海藻酸钙包埋固定热带假丝酵母菌处理含酚废水用海藻酸钙包埋固定热带假丝酵母菌处理含酚废水用海藻酸钙包埋固定热带假丝酵母菌处理含酚废水 运用多孔陶珠固定具脱色功能的混合菌细胞处理印运用多孔陶珠固定具脱色功能的混合菌细胞处理印运用多孔陶珠固定具脱色功能的混合菌细胞处理印运用多孔陶珠固定具脱色功能的混合菌细胞处理印染废水染废水染废水染废水 固定化藻细胞固定化藻细胞固定化藻细胞固定化藻
29、细胞现在学习的是第16页，共27页7.5 发酵工程在环境污染治理中的应用发酵工程在环境污染治理中的应用7.5.1 发酵和发酵工程发酵和发酵工程n n发酵（发酵（Fermentation）的基本概念）的基本概念 发酵指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交发酵指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交发酵指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交发酵指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。能量并产
30、生各种不同的代谢产物。能量并产生各种不同的代谢产物。能量并产生各种不同的代谢产物。在发酵条件下，有机物只是部分被氧化，故发酵的在发酵条件下，有机物只是部分被氧化，故发酵的在发酵条件下，有机物只是部分被氧化，故发酵的在发酵条件下，有机物只是部分被氧化，故发酵的结果只是积累某些有机物，产生多种多样的发酵产结果只是积累某些有机物，产生多种多样的发酵产结果只是积累某些有机物，产生多种多样的发酵产结果只是积累某些有机物，产生多种多样的发酵产品。品。品。品。可发酵的底物有糖类、有机酸等，其中以微生物发可发酵的底物有糖类、有机酸等，其中以微生物发可发酵的底物有糖类、有机酸等，其中以微生物发可发酵的底物有糖类
31、、有机酸等，其中以微生物发酵葡萄糖（即乙醇发酵）最为重要。酵葡萄糖（即乙醇发酵）最为重要。酵葡萄糖（即乙醇发酵）最为重要。酵葡萄糖（即乙醇发酵）最为重要。微生物的工业发酵就是利用各种微生物不同的发酵微生物的工业发酵就是利用各种微生物不同的发酵微生物的工业发酵就是利用各种微生物不同的发酵微生物的工业发酵就是利用各种微生物不同的发酵特性，发酵生产众多有价值的发酵产品。特性，发酵生产众多有价值的发酵产品。特性，发酵生产众多有价值的发酵产品。特性，发酵生产众多有价值的发酵产品。现在学习的是第17页，共27页发酵过程的四个阶段发酵过程的四个阶段n n第一阶段：发酵原料的预处理第一阶段：发酵原料的预处理第
32、一阶段：发酵原料的预处理第一阶段：发酵原料的预处理 发酵原料可以是薯类、谷类、有机废弃物等，预处理包括粗选、除杂、粉碎、发酵原料可以是薯类、谷类、有机废弃物等，预处理包括粗选、除杂、粉碎、发酵原料可以是薯类、谷类、有机废弃物等，预处理包括粗选、除杂、粉碎、发酵原料可以是薯类、谷类、有机废弃物等，预处理包括粗选、除杂、粉碎、蒸煮、水解等过程。蒸煮、水解等过程。蒸煮、水解等过程。蒸煮、水解等过程。n n第二阶段：发酵过程的准备第二阶段：发酵过程的准备第二阶段：发酵过程的准备第二阶段：发酵过程的准备 发酵前必须进行微生物菌种种子的制备和发酵原料的无菌消毒。发酵前必须进行微生物菌种种子的制备和发酵原料
33、的无菌消毒。发酵前必须进行微生物菌种种子的制备和发酵原料的无菌消毒。发酵前必须进行微生物菌种种子的制备和发酵原料的无菌消毒。n n第三阶段：发酵过程第三阶段：发酵过程第三阶段：发酵过程第三阶段：发酵过程 包括厌氧发酵（如乙醇发酵和乳酸发酵等）和好氧发酵（如氨基酸包括厌氧发酵（如乙醇发酵和乳酸发酵等）和好氧发酵（如氨基酸包括厌氧发酵（如乙醇发酵和乳酸发酵等）和好氧发酵（如氨基酸包括厌氧发酵（如乙醇发酵和乳酸发酵等）和好氧发酵（如氨基酸发酵和抗生素发酵等）两种方法。发酵和抗生素发酵等）两种方法。发酵和抗生素发酵等）两种方法。发酵和抗生素发酵等）两种方法。n n第四阶段：产品的分离与纯化第四阶段：产
34、品的分离与纯化第四阶段：产品的分离与纯化第四阶段：产品的分离与纯化 指从发酵液中制取符合质量指标的制品，可采用过滤、离心除杂、吸附、沉指从发酵液中制取符合质量指标的制品，可采用过滤、离心除杂、吸附、沉指从发酵液中制取符合质量指标的制品，可采用过滤、离心除杂、吸附、沉指从发酵液中制取符合质量指标的制品，可采用过滤、离心除杂、吸附、沉淀、蒸馏等方法对发酵液中的产品做进一步的提炼。淀、蒸馏等方法对发酵液中的产品做进一步的提炼。淀、蒸馏等方法对发酵液中的产品做进一步的提炼。淀、蒸馏等方法对发酵液中的产品做进一步的提炼。现在学习的是第18页，共27页发酵工程在环境污染治理中的应用发酵工程在环境污染治理中
35、的应用n n亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵n n酵母循环系统酵母循环系统酵母循环系统酵母循环系统n n废纤维素的资源化废纤维素的资源化废纤维素的资源化废纤维素的资源化n n有机固体废物的快速堆肥有机固体废物的快速堆肥有机固体废物的快速堆肥有机固体废物的快速堆肥现在学习的是第19页，共27页7.6 生态工程与污水处理系统生态工程与污水处理系统7.6.1生态工程生态工程n n生态工程（生态工程（Ecological Engineering）的概念）的概念 生态工程指由人工设计的、以生物种群为主要结构生态工程指由人工设计的、以生物种群
36、为主要结构生态工程指由人工设计的、以生物种群为主要结构生态工程指由人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统。它可以是人工设计的一个群落、生态系工程系统。它可以是人工设计的一个群落、生态系工程系统。它可以是人工设计的一个群落、生态系工程系统。它可以是人工设计的一个群落、生态系统或更宏观的地域性生态空间。统或更宏观的地域性生态空间。统或更宏观的地域性生态空间。统或更宏观的地域性生态空间。生态工程构建和运行的主要理论依据是生态
37、学原理，生态工程构建和运行的主要理论依据是生态学原理，生态工程构建和运行的主要理论依据是生态学原理，生态工程构建和运行的主要理论依据是生态学原理，同时在设计时还必须遵循社会规律和经济规律。同时在设计时还必须遵循社会规律和经济规律。同时在设计时还必须遵循社会规律和经济规律。同时在设计时还必须遵循社会规律和经济规律。环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，也环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，也环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，也环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，也有可能在保护环境的同时，通过良好的物质循环和有可能在保护环境的同时，通过良好的物质循环和有可能在保护环境的同时
38、，通过良好的物质循环和有可能在保护环境的同时，通过良好的物质循环和能量流动过程，获得经济效益。能量流动过程，获得经济效益。能量流动过程，获得经济效益。能量流动过程，获得经济效益。现在学习的是第20页，共27页生态工程类型生态工程类型n n物质能量多层利用生态工程n n物质转化与再生生态工程n n无污染生态工程n n污染自净多功能生态工程n n工农业联合生态工程现在学习的是第21页，共27页7.6.2 氧化塘法氧化塘法n n生物氧化塘（生物氧化塘（Oxidation Pond）的概念）的概念 又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上又称稳定塘，是利
39、用藻类和细菌两类生物间功能上又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。的协同作用处理污水的一种生态系统。的协同作用处理污水的一种生态系统。的协同作用处理污水的一种生态系统。n n氧化塘内的生物组成氧化塘内的生物组成 藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等；衣藻属、眼虫藻属等；衣藻属、眼虫藻属等；衣藻属、眼虫藻属等；细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无细菌
40、：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。
41、等。等。等。现在学习的是第22页，共27页氧化塘的净化原理n n氧化塘的净化原理氧化塘的净化原理 氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类的互生关系。氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类的互生关系。藻类进行光合作用释放氧气；藻类进行光合作用释放氧气；细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物；细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物；分解产物中的分解产物中的COCO2 2、N N、P P等无机物以及一部分小分子有机物成为藻类的等无机物以及一部分小分子有机物成为藻类的营养源；营养源；增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。n n氧化塘内的反应过程氧化塘内的反应过程
42、藻类和光合细菌的光合放氧过程；藻类和光合细菌的光合放氧过程；好氧反应：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等；好氧反应：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等；厌氧反应：硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、发酵反应等；厌氧反应：硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、发酵反应等；现在学习的是第23页，共27页氧化塘内的生物学过程藻类细菌衰亡细胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀的固体处理出水O2 风阳光（厌氧性）（兼性）有机物微生物有机酸、醇等微生物CH4CO2NH3等现在学习的是第24页，共27页氧化塘的分类与功能n n兼性塘（Facultative Pond）塘深塘深1.01.02.5m2.5m
43、，上层，上层DODO充足，好氧微生物占优势；充足，好氧微生物占优势；中层中层DODO不足，兼性微生物占优势；下层厌氧微生物不足，兼性微生物占优势；下层厌氧微生物占优势。可应用于处理工业、农业废水和生活污水。占优势。可应用于处理工业、农业废水和生活污水。n n厌氧塘 塘深塘深2m2m以上，厌氧微生物占主导，可接纳预处理各以上，厌氧微生物占主导，可接纳预处理各种高浓度有机工业废水。它后面通常还置有兼性塘种高浓度有机工业废水。它后面通常还置有兼性塘和好氧塘。和好氧塘。n n曝气塘 塘深塘深2 25m5m。机械曝气充氧。机械曝气充氧。n n精制塘现在学习的是第25页，共27页氧化塘的特点及实例n n氧
44、化塘的特点 构筑物简单，能源消耗少，运转管理方便。构筑物简单，能源消耗少，运转管理方便。n n应用实例：武汉鸭儿湖氧化塘 主要处理含有机磷的多种农药废水；主要处理含有机磷的多种农药废水；采用采用5 5个塘串联的形式：见下图个塘串联的形式：见下图 经多年运转表明，鱼种塘出水的主要水质指标均可经多年运转表明，鱼种塘出水的主要水质指标均可接近或达到地面水标准。接近或达到地面水标准。厌氧塘厌氧塘兼性塘兼性塘好氧塘好氧塘鱼种塘鱼种塘兼性塘兼性塘现在学习的是第26页，共27页综合生物塘工艺流程进水沉砂厌氧植物藻菌生态修饰养殖灌溉出水植物藻菌流程：处理BOD5150200mg/L的污水，包括全部的生态单元，水力停留时间16.3d；流程：处理BOD5100150mg/L的污水，水力停留时间 11.5d；流程或：处理BOD570100mg/L的污水，水力停留时间45d；现在学习的是第27页，共27页