第七章 能源与环境生物技术

1第七章能源与环境生物技术27.1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3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。457.2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。C6H12O62CH3CH2OH+2CO2微生物6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。7乙醇燃料的发展状况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。巴西美国主要以玉米为原料生产燃料乙醇。8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！9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”！10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11第二种“种植能源”——生物柴油油楠一棵油楠一年可产50Kg“柴油”12麻风树1公斤麻风果可榨取约0.3公斤柴油13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1吨甲脂0.1吨甘油＋＋5℃NaOH与柴油相似，被称为生物柴油14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%157.3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16沼气发酵微生物的种类发酵性细菌产氢产乙酸菌耗氢产乙酸菌食氢产甲烷菌食乙酸产甲烷菌使复杂有机物形成各种有机酸使各种有机酸转化成甲烷17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18二氧化碳乙酸水氢气乙醇细菌水解甲烷沼气氨基酸、糖、甘油、脂肪生物质19沼气发酵池示意图20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217.4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：氧化亚铁硫杆菌氧化硫硫杆菌极端嗜酸菌铁氧化酶和硫氧化酶只有硫氧化酶，不能氧化铁。22黄铜矿中细菌浸铜的过程：2CuFeS2+8.5O2+H2SO42CuSO4+Fe2(SO4)3+H2O细菌二硫化亚铁铜细菌把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。2324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257.5污水处理5日生化需氧量5-dayBiochemicalOxygenDemand,5-dayBOD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（populationequivalent,PE）：5-dayBOD值平均为60g26污水处理的方法：物理法、化学法和生物法活性污泥法（activatedsludge）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。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。27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。去除污染物的基本原理：28间歇式活性污泥法SBR法——SequencingBatchReactor一个SBR过程包括进水、曝气、沉淀、排水、静置5个步骤。29SBR内一个运行周期的操作过程30☞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。SBR法的优点：317.6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。微生物修复植物修复生物修复32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。微生物修复的基本原理：33A.通过增加营养物质以促使土著微生物的生长。石油污染的生物修复通常有2种方法：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。34353637A.通过增加营养物质以促使土著微生物的生长。石油污染的生物修复通常有2种方法：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。38构建基因工程菌以清除石油污染物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39查克拉巴提的“吃油鬼”40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。植物修复的机理：41重金属污染的生物修复“超富集植物”，可以迅速将大量的污染物吸收和富集到植物体中并运输到植物上部，通过收获植物，焚烧后回收重金属，从而降低土壤或水体中重金属的含量。4243常见的超富集植物很强的富集砷的能力，它的富集能力随着生长发育不断增强。蜈蚣草对铅有很强的富集能力，根＞茎＞叶。紫茬苜蓿不仅可吸收铅，也可吸收并积累铬、镉、镍、锌和铜等重金属元素。芥菜从污水中吸收银1.25千克/公顷·天，还可吸收金、铅、镍、镉、汞等有毒金属。凤眼莲