微生物與廢物資源化

1、第九章第九章 微生物與廢物資源化微生物與廢物資源化廢棄物與污染物的開(kāi)發(fā)利用廢棄物與污染物的開(kāi)發(fā)利用 直接利用微生物菌體，作為人類(lèi)及動(dòng)物的食物直接利用微生物菌體，作為人類(lèi)及動(dòng)物的食物和營(yíng)養(yǎng)品，以補(bǔ)充蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)。和營(yíng)養(yǎng)品，以補(bǔ)充蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)。 利用微生物體內(nèi)的酶或制成酶制劑，用以加工利用微生物體內(nèi)的酶或制成酶制劑，用以加工某些產(chǎn)品。某些產(chǎn)品。 應(yīng)用微生物的代謝產(chǎn)物，制備生化試劑、醫(yī)藥應(yīng)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(yīng)用代謝產(chǎn)生的無(wú)機(jī)物進(jìn)行細(xì)化工產(chǎn)品；也有應(yīng)用代謝產(chǎn)生的無(wú)機(jī)物進(jìn)行細(xì)菌冶金等。菌冶金等。 應(yīng)用微生物開(kāi)發(fā)生物能源。應(yīng)用微生物開(kāi)發(fā)生物能源。本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié) 單

2、細(xì)胞蛋白第二節(jié) 細(xì)菌冶金第三節(jié) 微生物與能源第一節(jié) 單細(xì)胞蛋白（SCP）一、SCP的經(jīng)濟(jì)生物學(xué)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(shí)例五、SCP的可接受性與安全性一、SCP的經(jīng)濟(jì)生物學(xué)特性營(yíng)養(yǎng)極為豐富：營(yíng)養(yǎng)極為豐富：PrPr含量高，利用率高；含量高，利用率高；AAAA組成齊全；含多種維生素、酶系及生理活性組成齊全；含多種維生素、酶系及生理活性物質(zhì)物質(zhì)微生物世代周期短，生產(chǎn)效率高微生物世代周期短，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(zhēng)地可以工業(yè)化生產(chǎn)，不與傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)爭(zhēng)地生產(chǎn)投資少生產(chǎn)投資少二、生產(chǎn)

3、SCP的微生物作為生產(chǎn)作為生產(chǎn)SCPSCP的微生物應(yīng)具備的主要條件為：的微生物應(yīng)具備的主要條件為：l菌體內(nèi)蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)含量高，質(zhì)量亦佳；菌體內(nèi)蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)含量高，質(zhì)量亦佳；l菌體無(wú)毒、不致病、不致癌以及無(wú)其他不良作用；菌體無(wú)毒、不致病、不致癌以及無(wú)其他不良作用；l對(duì)發(fā)酵基質(zhì)轉(zhuǎn)化率高；對(duì)發(fā)酵基質(zhì)轉(zhuǎn)化率高；l轉(zhuǎn)化污染物后所得菌體濃度高；轉(zhuǎn)化污染物后所得菌體濃度高；l易為人及動(dòng)物消化吸收，且味道較好易被接受；易為人及動(dòng)物消化吸收，且味道較好易被接受；l培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單，不苛刻；培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單，不苛刻；l生長(zhǎng)繁殖迅速，發(fā)酵過(guò)程穩(wěn)定，不易被雜菌感染；生長(zhǎng)繁殖迅速，發(fā)酵過(guò)程穩(wěn)定，不易被雜菌感染；l適于懸液狀態(tài)培

4、養(yǎng)；適于懸液狀態(tài)培養(yǎng)；l菌體較大，易于菌液分離并收獲菌體；菌體較大，易于菌液分離并收獲菌體；l可能進(jìn)行基因重組，對(duì)菌體加以改造?？赡苓M(jìn)行基因重組，對(duì)菌體加以改造。 以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合以酵母菌最多（發(fā)酵型和氧化型），也有光合細(xì)菌和真菌類(lèi)細(xì)菌和真菌類(lèi)三、SCP生產(chǎn)的一般工藝流程四、廢物生產(chǎn)SCP實(shí)例亞硫酸紙漿廢液產(chǎn)生假絲酵母；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、豆制品食品工業(yè)廢棄物如淀粉、酒精、味精、豆制品廢液生產(chǎn)廢液生產(chǎn)SCPSCP，提取，提取RNARNA；纖維素；纖維素；石油天然氣及甲醇；石油天然氣及甲醇；無(wú)機(jī)物生產(chǎn)藻類(lèi)蛋白和氫細(xì)菌蛋白無(wú)機(jī)物生產(chǎn)

5、藻類(lèi)蛋白和氫細(xì)菌蛋白五、SCP的可接受性與安全性核酸問(wèn)題：核酸問(wèn)題：SCPSCP應(yīng)脫核酸、脫脂肪以減少核酸應(yīng)脫核酸、脫脂肪以減少核酸攝入轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩嵩黾雨P(guān)節(jié)痛、腎結(jié)石的機(jī)會(huì)攝入轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩嵩黾雨P(guān)節(jié)痛、腎結(jié)石的機(jī)會(huì)奇數(shù)脂肪酸問(wèn)題：多種動(dòng)物試驗(yàn)證明安全性奇數(shù)脂肪酸問(wèn)題：多種動(dòng)物試驗(yàn)證明安全性殘留烷烴物問(wèn)題：飼養(yǎng)和試驗(yàn)結(jié)果表明正烷烴殘留烷烴物問(wèn)題：飼養(yǎng)和試驗(yàn)結(jié)果表明正烷烴無(wú)害無(wú)害關(guān)于致癌問(wèn)題：石油產(chǎn)品原料和真菌毒素，應(yīng)關(guān)于致癌問(wèn)題：石油產(chǎn)品原料和真菌毒素，應(yīng)考慮劑量問(wèn)題考慮劑量問(wèn)題關(guān)于氫細(xì)菌蛋白：關(guān)于氫細(xì)菌蛋白：PHBPHB難于消化，尚待研究難于消化，尚待研究第二節(jié) 細(xì)菌冶金一、細(xì)菌冶金的用途二、細(xì)菌冶

6、金的原理三、細(xì)菌冶金的微生物及主要影響因素四、細(xì)菌冶金的方法五、細(xì)菌冶金的優(yōu)點(diǎn)及限制 一、細(xì)菌冶金的用途 細(xì)菌冶金又稱(chēng)微生物浸礦，是近代濕法冶金工細(xì)菌冶金又稱(chēng)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(yīng)用細(xì)菌法溶浸業(yè)上的一種新工藝。它主要是應(yīng)用細(xì)菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貧礦、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(dá)到防止礦產(chǎn)資源貴重有色金屬和稀有金屬，達(dá)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。流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。 細(xì)菌浸礦的另一用途是從煤礦中去除其中所含細(xì)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

7、。黃鐵礦型的硫。二、細(xì)菌冶金的原理間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生間接作用：催化自然硫酸和硫酸鐵的產(chǎn)生直接作用：浸出過(guò)程中細(xì)菌直接與金屬硫化物直接作用：浸出過(guò)程中細(xì)菌直接與金屬硫化物接觸，參與氧化作用接觸，參與氧化作用三、細(xì)菌冶金的微生物及主要影響因素l 細(xì)菌冶金的微生物細(xì)菌冶金的微生物：u多耐酸，主要有：氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫多耐酸，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、氧化亞桿菌、排硫硫桿菌、氧化亞鐵鐵桿菌、氧化亞鐵微螺桿菌鐵微螺桿菌l 影響因素影響因素：菌種、浸出液的：菌種、浸出液的pHpH、介質(zhì)的氧化還、介質(zhì)的氧化還原電位、原電位、O O2 2和和CO

8、CO2 2的供給、礦料的粒度和礦漿的的供給、礦料的粒度和礦漿的固體濃度、消除危害細(xì)菌的因素固體濃度、消除危害細(xì)菌的因素四、細(xì)菌冶金的方法 通常有礦山附近的山坡、盤(pán)地、斜坡等地上，鋪上通常有礦山附近的山坡、盤(pán)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，然后將混凝土、瀝清等防滲材料，將礦石堆集其上，然后將事先準(zhǔn)備好的含菌溶浸液用泵自礦堆頂面上澆注或噴事先準(zhǔn)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(guò)程中隨之帶入細(xì)菌生長(zhǎng)所必須淋礦石的表面（在此過(guò)程中隨之帶入細(xì)菌生長(zhǎng)所必須的空氣），使之在礦堆上自上而下浸潤(rùn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)的空氣），使之在礦堆上自上而下浸潤(rùn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后浸

9、提出有用金屬。含金屬的浸提液積聚在礦堆底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(zhì)采取部，集中送入收集池中，而后根據(jù)不同金屬性質(zhì)采取適當(dāng)方法回收有用金屬。回收金屬之后的含菌溶浸液適當(dāng)方法回收有用金屬。回收金屬之后的含菌溶浸液經(jīng)用硫酸調(diào)節(jié)經(jīng)用硫酸調(diào)節(jié)pHpH后，可再次循環(huán)使用。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(dòng)力亦較大，這種方法常占用大面積地面，所需勞動(dòng)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(wàn)但可處理較大數(shù)量的礦石，一次可處理幾千到幾十萬(wàn)噸。噸。堆浸法堆浸法池浸法池浸法地下浸提法地下浸提法四、細(xì)菌冶金的方法在耐酸

10、池中，堆集幾十至幾百在耐酸池中，堆集幾十至幾百t t礦石粉，池礦石粉，池中充滿(mǎn)含菌浸提液，再加以機(jī)械攪拌以增大中充滿(mǎn)含菌浸提液，再加以機(jī)械攪拌以增大冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦石，但卻易于控制。石，但卻易于控制。 堆浸法堆浸法池浸法池浸法地下浸提法地下浸提法四、細(xì)菌冶金的方法 這是一種直接在礦床內(nèi)浸提金屬的方法。這是一種直接在礦床內(nèi)浸提金屬的方法。大多用于難以開(kāi)采的礦石、富礦開(kāi)采后的大多用于難以開(kāi)采的礦石、富礦開(kāi)采后的尾礦、露天開(kāi)采后的廢礦坑、礦床相當(dāng)集尾礦、露天開(kāi)采后的廢礦坑、礦床相當(dāng)集中的礦石等。其方法是在開(kāi)采完畢的場(chǎng)所中的礦石等。其方法是在

11、開(kāi)采完畢的場(chǎng)所和部分露出的礦體上澆淋細(xì)菌溶浸液，或和部分露出的礦體上澆淋細(xì)菌溶浸液，或者在礦區(qū)鉆孔至礦層，將細(xì)菌溶浸液由鉆者在礦區(qū)鉆孔至礦層，將細(xì)菌溶浸液由鉆孔注入，通氣，其溶浸一段時(shí)間后，抽出孔注入，通氣，其溶浸一段時(shí)間后，抽出溶浸液進(jìn)行回收金屬處理。溶浸液進(jìn)行回收金屬處理。優(yōu)點(diǎn)：礦石不需運(yùn)輸，不需開(kāi)采選礦，可優(yōu)點(diǎn)：礦石不需運(yùn)輸，不需開(kāi)采選礦，可節(jié)約大量人力和物力，礦工不用在礦坑內(nèi)節(jié)約大量人力和物力，礦工不用在礦坑內(nèi)工作，增加了人身安全度，還可減輕環(huán)境工作，增加了人身安全度，還可減輕環(huán)境污染。污染。堆浸法堆浸法池浸法池浸法地下浸提法地下浸提法五、細(xì)菌冶金的優(yōu)點(diǎn)及限制l 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： u1 1設(shè)

12、備簡(jiǎn)單、操作方便，工藝條件易控制、投資少、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，工藝條件易控制、投資少、成本低。成本低。u2 2適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，小而分散的富礦和某適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，小而分散的富礦和某些難以開(kāi)采的礦及老礦山廢棄的礦石等，可達(dá)到綜合些難以開(kāi)采的礦及老礦山廢棄的礦石等，可達(dá)到綜合利用的目的。利用的目的。u3 3細(xì)菌可以完成人工采礦無(wú)法完成的采礦任務(wù)。細(xì)菌可以完成人工采礦無(wú)法完成的采礦任務(wù)。u4 4細(xì)菌冶金對(duì)地表的破壞降低到最低限度，亦無(wú)須熔細(xì)菌冶金對(duì)地表的破壞降低到最低限度，亦無(wú)須熔煉硫化礦，減少了公害。煉硫化礦，減少了公害。l 限制限制：其浸提作用時(shí)間亦即金屬回收周期較長(zhǎng)，有時(shí)：其

13、浸提作用時(shí)間亦即金屬回收周期較長(zhǎng)，有時(shí)回收率不高回收率不高第三節(jié) 微生物與能源一、能源危機(jī)二、生物能源的定義與來(lái)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.生物制氫一、能源危機(jī)能源危機(jī)能源危機(jī)環(huán)境污染環(huán)境污染太陽(yáng)能太陽(yáng)能風(fēng)能風(fēng)能生物能生物能 節(jié)能和提高能量利用效率。節(jié)能和提高能量利用效率。 開(kāi)發(fā)和使用新技術(shù)。開(kāi)發(fā)和使用新技術(shù)。 使用更多的使用更多的可再生可再生能源。能源。 提高使用清潔能源。提高使用清潔能源。 改變能源轉(zhuǎn)換途徑。改變能源轉(zhuǎn)換途徑。二、生物能源的定義與來(lái)源 生物能源生物能源是指利用生物質(zhì)及微生物為原料是指利用生物質(zhì)及微生物為原料生產(chǎn)的能源。包括生

14、物燃料乙醇、生物柴油、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)品的能源產(chǎn)品 。垃圾堆各類(lèi)植物 來(lái)源來(lái)源 a)a)城市垃圾城市垃圾b b) )有機(jī)廢水有機(jī)廢水c c) )糞便糞便d d) )林業(yè)生物質(zhì)林業(yè)生物質(zhì) e e) )農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物f f) )水生植物水生植物g g) )能源植物能源植物 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解后得到的液體燃料，作為柴油的替代品更加環(huán)保。環(huán)保。 生物柴油所遇到的問(wèn)題是作

15、為原料的植物油成生物柴油所遇到的問(wèn)題是作為原料的植物油成本較高。最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能本較高。最近，科學(xué)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合成油脂，這也許可以為克服生物柴油的原料問(wèn)題起到重要作用。問(wèn)題起到重要作用。http:/ curcas) 麻瘋樹(shù)，科名：大戟科麻瘋樹(shù)，科名：大戟科EuphorEuphor biaceaebiaceae，別名：小桐子，青銅木，千年樹(shù)等。它原產(chǎn)美，別名：小桐子，青銅木，千年樹(shù)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(fēng)樹(shù)是目前已知最速生的高效樹(shù)種之一。洲，現(xiàn)廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)。麻風(fēng)樹(shù)是目前已知最速生的高

16、效樹(shù)種之一。麻瘋樹(shù)林麻瘋樹(shù)林3 3年可掛果投產(chǎn)、年可掛果投產(chǎn)、5 5年進(jìn)入盛果期。果實(shí)采摘期長(zhǎng)達(dá)年進(jìn)入盛果期。果實(shí)采摘期長(zhǎng)達(dá)5050年，果實(shí)的含油率為年，果實(shí)的含油率為606080%80%，麻瘋樹(shù)的干果產(chǎn)量為，麻瘋樹(shù)的干果產(chǎn)量為300300800kg/800kg/畝，平均產(chǎn)量約畝，平均產(chǎn)量約660kg/660kg/畝。麻風(fēng)樹(shù)品種果仁出油畝。麻風(fēng)樹(shù)品種果仁出油率平均高達(dá)率平均高達(dá)646445%45%，每畝可提取精品柴油，每畝可提取精品柴油175175公斤左右。麻瘋樹(shù)籽粒含油率高，被生物公斤左右。麻瘋樹(shù)籽粒含油率高，被生物質(zhì)能源研究專(zhuān)家稱(chēng)之為質(zhì)能源研究專(zhuān)家稱(chēng)之為“黃金樹(shù)黃金樹(shù)”、“柴油樹(shù)柴油樹(shù)”。

17、美國(guó)生物燃料加油站價(jià)格牌美國(guó)生物燃料加油站價(jià)格牌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(chē)的燃料，不但能替代部分定的比例摻入汽油可作為汽車(chē)的燃料，不但能替代部分汽油，而且排放的尾氣更清潔。汽油，而且排放的尾氣更清潔。 我國(guó)的燃料乙醇生產(chǎn)已形成規(guī)模，主要是以玉米為原料我國(guó)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(shí)正在積極開(kāi)發(fā)甜高粱、薯類(lèi)、秸稈等其他原料生，同時(shí)正在積極開(kāi)發(fā)甜高粱、薯類(lèi)、秸稈等其他原料生產(chǎn)乙醇，目前產(chǎn)量居世界第三。產(chǎn)乙醇，目前產(chǎn)量居世界第三。3.生物沼氣 沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜

18、糞等有機(jī)物產(chǎn)生沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機(jī)物產(chǎn)生的混合氣體，主要成分是可燃的甲烷。生產(chǎn)沼的混合氣體，主要成分是可燃的甲烷。生產(chǎn)沼氣的設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)易，適合在農(nóng)村推廣使氣的設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)易，適合在農(nóng)村推廣使用。我國(guó)已有許多地方的農(nóng)村和畜牧場(chǎng)使用了用。我國(guó)已有許多地方的農(nóng)村和畜牧場(chǎng)使用了沼氣。沼氣。 沼氣的推廣使用節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，也沼氣的推廣使用節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，也提高了農(nóng)民的生活質(zhì)量。目前，沼氣的規(guī)?；岣吡宿r(nóng)民的生活質(zhì)量。目前，沼氣的規(guī)?；a(chǎn)需要解決的是設(shè)備及提高甲烷含量等技術(shù)生產(chǎn)需要解決的是設(shè)備及提高甲烷含量等技術(shù)問(wèn)題。問(wèn)題。球型玻璃鋼沼氣池村民修建沼氣池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(zhì)通過(guò)微生物發(fā)酵得能源。氫氣可以利用生物質(zhì)通過(guò)微生物發(fā)酵得到，這一過(guò)程被稱(chēng)為