YYH-第十二章-微生物學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

1、第十二章 微生物學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用楊毅紅微生物學(xué)新技術(shù)內(nèi)容提要v第一節(jié)第一節(jié) 固定化酶和固定化細(xì)胞在環(huán)境工程中的應(yīng)用固定化酶和固定化細(xì)胞在環(huán)境工程中的應(yīng)用v第二節(jié)第二節(jié) 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用v第三節(jié)第三節(jié) 優(yōu)勢菌種與微生物制劑的開發(fā)與應(yīng)用優(yōu)勢菌種與微生物制劑的開發(fā)與應(yīng)用v第四節(jié)第四節(jié) 微生物能源的開發(fā)與應(yīng)用微生物能源的開發(fā)與應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 固定化固定化酶和酶和固定化固定化微生物在微生物在環(huán)境工程環(huán)境工程中的應(yīng)用中的應(yīng)用一、固定化酶和固定化微生物的概念和應(yīng)用實(shí)例一、固定化酶和固定化微生物的概念和應(yīng)用實(shí)例固定化酶(Immobilized Enzym

2、e）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的項(xiàng)新技術(shù)。什么是固定化酶？什么是固定化酶？水溶性酶水溶性酶水不溶性載體水不溶性載體固定化技術(shù)固定化技術(shù)v 優(yōu)點(diǎn)：1.可反復(fù)使用，在多數(shù)情況下，酶的穩(wěn)定性明顯改善；不溶于水，易于與產(chǎn)物分離；2.催化反應(yīng)后，酶與底物、產(chǎn)物容易分開，易于分化，產(chǎn)物中沒有殘留酶，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；3.反應(yīng)條件易于控制，可實(shí)現(xiàn)生物催化反應(yīng)的連續(xù)化和自動控制；4.酶的利用效率高，成本降低；5.能夠進(jìn)行多酶催化反應(yīng)；6.可增加產(chǎn)物得率。固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn)v缺點(diǎn)： 1. 酶固定化時(shí)酶的； 2. 消耗固定化材料，； 3. 酶被固定到載體后將增加底物與產(chǎn)物的傳質(zhì)阻力； 4. 比較適應(yīng)水溶性底物和小分

3、子底物。v固定化酶可以制成酶膜、酶布、酶管（柱）、酶粒、固定化酶可以制成酶膜、酶布、酶管（柱）、酶粒、酶片。酶片。v處理動態(tài)廢水用酶管為好。處理動態(tài)廢水用酶管為好。v廢水中若含有多種毒物，可按分解毒物成分的次序，廢水中若含有多種毒物，可按分解毒物成分的次序，沿著廢水流動方向，依次按順序?qū)⑴c各種毒物相對沿著廢水流動方向，依次按順序?qū)⑴c各種毒物相對應(yīng)的酶固定在塑料管內(nèi)壁不同位置上，制成塑料酶應(yīng)的酶固定在塑料管內(nèi)壁不同位置上，制成塑料酶管。見圖管。見圖12-312-3中所示。中所示。應(yīng)用實(shí)例v德國將德國將9 9種降解對硫磷農(nóng)藥的酶共價(jià)結(jié)合固定在多種降解對硫磷農(nóng)藥的酶共價(jià)結(jié)合固定在多孔玻璃珠、硅膠珠上

4、，制成酶柱處理對硫磷廢水，孔玻璃珠、硅膠珠上，制成酶柱處理對硫磷廢水，獲得獲得95%95%以上的去除效果。連續(xù)工作以上的去除效果。連續(xù)工作70d 70d ，酶的活，酶的活性沒有變化。性沒有變化。v日本用固定化日本用固定化 - -淀粉酶處理淀粉廢水和造紙白水。淀粉酶處理淀粉廢水和造紙白水。 v美國將固定化酚氧化酶處理含酚廢水，固定化酶美國將固定化酚氧化酶處理含酚廢水，固定化酶活性只達(dá)到游離細(xì)胞的活性只達(dá)到游離細(xì)胞的9090。從這個(gè)意義講，用。從這個(gè)意義講，用游離細(xì)胞處理廢水的效果比用單一固定化酶的好。游離細(xì)胞處理廢水的效果比用單一固定化酶的好。固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞p 將酶活力強(qiáng)的微生物體固定在載

5、體上，即成固定將酶活力強(qiáng)的微生物體固定在載體上，即成固定化微生物?；⑸?。p 微生物體本身是多酶體系的固定化載體，將整個(gè)微生物體本身是多酶體系的固定化載體，將整個(gè)細(xì)胞固定化更有利于保持其原有活性，甚至可提高細(xì)胞固定化更有利于保持其原有活性，甚至可提高活性。有死細(xì)胞固定化和生長細(xì)胞固定化兩種活性。有死細(xì)胞固定化和生長細(xì)胞固定化兩種。 二、固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程上的應(yīng)用前景（一）固定化酶和固定化微生物在廢水生物處理中的（一）固定化酶和固定化微生物在廢水生物處理中的研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 固定化酶技術(shù)只限于水解酶類和少數(shù)胞內(nèi)酶研固定化酶技術(shù)只限于水解酶類和少數(shù)胞內(nèi)酶研制成功和應(yīng)用，處理廢水成本

6、高。而固定化微生物制成功和應(yīng)用，處理廢水成本高。而固定化微生物技術(shù)應(yīng)用研究的比較多。技術(shù)應(yīng)用研究的比較多。（二）固定化微生物在廢氣生物處理中的應(yīng)用前景（二）固定化微生物在廢氣生物處理中的應(yīng)用前景 廢氣的組分沒有廢水的復(fù)雜，而且將廢氣由氣相轉(zhuǎn)化為廢氣的組分沒有廢水的復(fù)雜，而且將廢氣由氣相轉(zhuǎn)化為液相所產(chǎn)生的廢水量不大，其處理難度相對較小。液相所產(chǎn)生的廢水量不大，其處理難度相對較小。惡臭含硫惡臭含硫污染物和揮發(fā)性有機(jī)污染物污染物和揮發(fā)性有機(jī)污染物均有固定化酶和固定化微生物處均有固定化酶和固定化微生物處理的可行性試驗(yàn)，可望在生產(chǎn)中應(yīng)用。理的可行性試驗(yàn)，可望在生產(chǎn)中應(yīng)用。第二節(jié)第二節(jié) 微生物細(xì)胞外多聚物

7、的開發(fā)和微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)和應(yīng)用應(yīng)用 微生物的胞外多聚物微生物的胞外多聚物，即，即ECP，是微生物在一，是微生物在一定的環(huán)境條件下，在其代謝過程中分泌的、包圍在定的環(huán)境條件下，在其代謝過程中分泌的、包圍在微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物。微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物。 包括包括。這些多聚。這些多聚物經(jīng)分析得知其成分為脂、脂肽、多糖脂、中性類物經(jīng)分析得知其成分為脂、脂肽、多糖脂、中性類脂衍生物。脂衍生物。 莢膜莢膜粘液層粘液層v ECP和活性污泥絮凝的機(jī)制尚無定論和活性污泥絮凝的機(jī)制尚無定論vECP是生物表面活性劑，可以降低活性污泥和水之是生物表面活性劑，可以降低活性污泥和水之間的表面張力，降低兩

8、者的親和力，增加微生物之間的表面張力，降低兩者的親和力，增加微生物之間及微生物絮團(tuán)之間的親和性。間及微生物絮團(tuán)之間的親和性。微生物絮凝劑和沉淀劑的作用原理微生物絮凝劑和沉淀劑的作用原理微生物細(xì)胞外多聚物可用作表面活性劑、微生物細(xì)胞外多聚物可用作表面活性劑、絮凝劑或助凝劑、沉淀劑。還可應(yīng)用于破絮凝劑或助凝劑、沉淀劑。還可應(yīng)用于破乳、潤濕、發(fā)泡和抗靜電。在廢水生物處乳、潤濕、發(fā)泡和抗靜電。在廢水生物處理方面的應(yīng)用已有報(bào)道。理方面的應(yīng)用已有報(bào)道。v第三節(jié)第三節(jié) 優(yōu)勢菌種與生物制劑的開發(fā)和優(yōu)勢菌種與生物制劑的開發(fā)和應(yīng)用應(yīng)用降解有毒、有害有機(jī)污染物的微生物，如食酚菌，降解有毒、有害有機(jī)污染物的微生物，如

9、食酚菌，分解苯系化合物；分解苯系化合物；是用極端環(huán)境的微生物，如嗜熱菌、嗜酸菌等；是用極端環(huán)境的微生物，如嗜熱菌、嗜酸菌等；降解農(nóng)藥，如樂果等；降解農(nóng)藥，如樂果等；分解難降解污染物的微生物，如廢塑料，尼龍；分解難降解污染物的微生物，如廢塑料，尼龍；除臭菌除臭菌。優(yōu)勢菌種優(yōu)勢菌種生物膜掛膜；生物膜掛膜；廢水活性污泥法處理過程的添加劑；廢水活性污泥法處理過程的添加劑；有機(jī)固體廢棄物堆肥的菌種和添加劑；有機(jī)固體廢棄物堆肥的菌種和添加劑；家庭便池、公廁的除臭劑；家庭便池、公廁的除臭劑；禽畜糞便處理的菌種；禽畜糞便處理的菌種；污染嚴(yán)重的河道進(jìn)行生物修復(fù)，疏浚河道底泥；污染嚴(yán)重的河道進(jìn)行生物修復(fù)，疏浚河道

10、底泥；降解和清除海面浮油和煉油廠的廢棄物；降解和清除海面浮油和煉油廠的廢棄物；土地生物修復(fù)和河床底泥的生物修復(fù)土地生物修復(fù)和河床底泥的生物修復(fù)微生物制劑應(yīng)用微生物制劑應(yīng)用第四節(jié)第四節(jié) 微生物能源的開發(fā)與應(yīng)用微生物能源的開發(fā)與應(yīng)用16.6%2.1%5.1%76.2%1990年我國化石燃料和水電能源消耗構(gòu)成示意圖年我國化石燃料和水電能源消耗構(gòu)成示意圖能源危機(jī)能源危機(jī) 無論是煤炭、石油還是天然氣，作為不可再生無論是煤炭、石油還是天然氣，作為不可再生的天然的化石能源，其資源總量是有限的。據(jù)測的天然的化石能源，其資源總量是有限的。據(jù)測算，以目前的開采速率，這三種天然一次能源的算，以目前的開采速率，這三種

11、天然一次能源的供應(yīng)，石油還能維持約供應(yīng)，石油還能維持約40年，天然氣年，天然氣(常規(guī)常規(guī))約約65年，煤炭年，煤炭250300年。年。 能源供應(yīng)的出路在哪里？能源供應(yīng)的出路在哪里？生物能源生物能源v生物能源生物能源是指利用生物可再生原料及太陽能生產(chǎn)是指利用生物可再生原料及太陽能生產(chǎn)的能源的能源,包括生物質(zhì)能、生物液體燃料及利用生物包括生物質(zhì)能、生物液體燃料及利用生物質(zhì)生產(chǎn)的能源如燃料酒精、生物柴油、生物質(zhì)氣質(zhì)生產(chǎn)的能源如燃料酒精、生物柴油、生物質(zhì)氣化及液化燃料、生物制氫等化及液化燃料、生物制氫等。v能源微生物是指：能源微生物是指：以甲烷產(chǎn)生菌、乙醇產(chǎn)生菌和以甲烷產(chǎn)生菌、乙醇產(chǎn)生菌和氫氣產(chǎn)生菌為

12、代表的能源性微生物。氫氣產(chǎn)生菌為代表的能源性微生物。生物能源的地位與作用生物能源的地位與作用生物能源是人類賴以生存的重要能源， 居于世界能源消費(fèi)的第四位。生物能源是一種的能源 ，將來會成為支柱能源之一。世界生物能源消費(fèi)：約15。 甲烷甲烷能源能源-微生物產(chǎn)甲烷微生物產(chǎn)甲烷； 利用產(chǎn)酸菌核產(chǎn)甲烷菌的協(xié)同作用將高濃度有利用產(chǎn)酸菌核產(chǎn)甲烷菌的協(xié)同作用將高濃度有機(jī)廢水發(fā)酵，產(chǎn)生機(jī)廢水發(fā)酵，產(chǎn)生CH4氣體作能源氣體作能源。乙醇乙醇能源能源-微生物生產(chǎn)乙醇微生物生產(chǎn)乙醇； 利用酵母菌對葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生乙醇利用酵母菌對葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。氫氣氫氣能源能源-微生物產(chǎn)氫微生物產(chǎn)氫； 產(chǎn)生產(chǎn)生H2能源的方法有多種，

13、利用微生物產(chǎn)生能源的方法有多種，利用微生物產(chǎn)生H2是重要的方法之一，即利用微生物生物脫氫酶和氫是重要的方法之一，即利用微生物生物脫氫酶和氫化酶將糖類脫氫產(chǎn)生化酶將糖類脫氫產(chǎn)生H2。微生物能源的種類（1）微生物微生物產(chǎn)甲烷產(chǎn)甲烷v甲烷甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。量空氣混合后即對燃燒。v每立方米每立方米純甲烷純甲烷的發(fā)熱最為的發(fā)熱最為 34000焦耳，每立方焦耳，每立方米米沼氣沼氣的發(fā)熱量約為的發(fā)熱量約為2080023600焦耳。即焦耳。即1立方立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤

14、千克無煙煤提供的熱量。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，提供的熱量。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。是一種很好的清潔燃料。 v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)沼氣的設(shè)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。v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)模化生產(chǎn)需要解決的是設(shè)備及提高甲烷含量等技術(shù)問題。球型玻璃鋼沼氣池村民修建沼氣池沼氣的制取收集裝置沼氣灶具沼氣肥v甲烷為燃料甲烷為燃料 甲殼蟲環(huán)保效率更勝電動車甲殼蟲環(huán)保效率更勝電動車 （2） 微生物微生物生產(chǎn)

15、乙醇生產(chǎn)乙醇v石油：最主要，石油：最主要，不可再生不可再生v乙醇很可能是未來的石油替代物。乙醇很可能是未來的石油替代物。 乙醇用作燃料，具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要是：乙醇用作燃料，具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要是：v產(chǎn)能效率高。產(chǎn)能效率高。v污染程度輕，在燃燒期間污染程度輕，在燃燒期間 不產(chǎn)生有毒的不產(chǎn)生有毒的CO。v可通過可通過微生物發(fā)酵大量生產(chǎn)，成本相對較低微生物發(fā)酵大量生產(chǎn)，成本相對較低。v用作發(fā)酵的原料較多，而且可以廢物利用，如用作發(fā)酵的原料較多，而且可以廢物利用，如農(nóng)作物秸稈、玉米芯、稻草、纖維素、蔗渣、樹農(nóng)作物秸稈、玉米芯、稻草、纖維素、蔗渣、樹葉和雜草等。葉和雜草等。 v淀粉或糖類為原料：理想，但成

16、本淀粉或糖類為原料：理想，但成本高高v木質(zhì)纖維素木質(zhì)纖維素：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素v酸解或酶解酸解或酶解 五五碳糖和六碳糖碳糖和六碳糖 發(fā)酵發(fā)酵成乙醇成乙醇v 燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源。，不但能替代部分汽油，而且排放的尾氣更清潔。v 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(shí)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。汽車喝的燃料乙醇燃料乙醇v 目前，巴西每年用甘蔗生產(chǎn)的燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)1400萬噸，成為世界上第一個(gè)不銷售純汽油的國家。v國家鼓勵(lì)使用非糧食原料生產(chǎn)燃料乙醇v傳統(tǒng)乙醇發(fā)酵工藝：傳統(tǒng)乙醇發(fā)酵工藝：采用

17、游離細(xì)胞發(fā)酵，酵母隨采用游離細(xì)胞發(fā)酵，酵母隨發(fā)酵液不斷流走，造成發(fā)酵罐中酵母細(xì)胞濃度不發(fā)酵液不斷流走，造成發(fā)酵罐中酵母細(xì)胞濃度不夠大，使乙醇發(fā)酵速度慢，發(fā)酵時(shí)間長，而且所夠大，使乙醇發(fā)酵速度慢，發(fā)酵時(shí)間長，而且所需的發(fā)酵罐也多，設(shè)備利用率不高需的發(fā)酵罐也多，設(shè)備利用率不高。v固定化細(xì)胞發(fā)酵：固定化細(xì)胞發(fā)酵：酵母細(xì)胞固定在一個(gè)發(fā)酵罐中，酵母細(xì)胞固定在一個(gè)發(fā)酵罐中，一邊進(jìn)糖漿，一邊排出成熟發(fā)酵液。取代原來數(shù)一邊進(jìn)糖漿，一邊排出成熟發(fā)酵液。取代原來數(shù)個(gè)發(fā)酵罐的作用，設(shè)備利用率高，減少了設(shè)備投個(gè)發(fā)酵罐的作用，設(shè)備利用率高，減少了設(shè)備投資。資。氫能的優(yōu)勢：氫能的優(yōu)勢：v1.地球上的氫元素十分豐富v2.氫

18、氣是最潔凈的燃料v3.氫能的高效率v4.氫是可儲存的二次能源產(chǎn)生產(chǎn)生的微生物有：的微生物有： 不產(chǎn)氧光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和綠藻、專性厭氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和綠藻、專性厭氧細(xì)菌、兼性厭氧細(xì)菌和古菌等類群細(xì)菌、兼性厭氧細(xì)菌和古菌等類群。（3）微生物制氫）微生物制氫微生物制氫的三大方法v1.光合微生物產(chǎn)氫光合微生物產(chǎn)氫v2.微生物水氣轉(zhuǎn)換制氫微生物水氣轉(zhuǎn)換制氫v3.暗發(fā)酵制氫暗發(fā)酵制氫光合微生物產(chǎn)氫光合微生物產(chǎn)氫投入：光能產(chǎn)出：氫氣例綠藻v綠藻屬于人類已知的最古老植物之一，通過進(jìn)化形成了能生活在兩個(gè)截然不同的環(huán)境中的本領(lǐng)。v當(dāng)綠藻生活在平常的空氣和陽光中時(shí)，它像其他植物一樣具有光合作用。光合作用利用

19、陽光，水和二氧化碳生成氧氣和植物維持生命所需要的化學(xué)物質(zhì)。v然而當(dāng)綠藻缺少硫這種關(guān)鍵性的營養(yǎng)成分，并且被置于無氧和光照環(huán)境中時(shí)，綠藻就會回到另一種生存方式中以便存活下來，在這種情況下，綠藻就會產(chǎn)生氫氣。例藍(lán)細(xì)菌例藍(lán)細(xì)菌 藍(lán)細(xì)菌主要分為：藍(lán)綠藻、藍(lán)藻綱類、藍(lán)藻類p當(dāng)藍(lán)細(xì)菌處于厭氧黑暗環(huán)境中一段時(shí)間后，開始合成產(chǎn)氫酶 p當(dāng)這種適應(yīng)了厭氧條件的藍(lán)細(xì)菌被放回光照且厭氧的環(huán)境中時(shí)，產(chǎn)氫速率可以大幅度提高 p它的光合作用正常后，則停止產(chǎn)氫 v優(yōu)勢明顯優(yōu)勢明顯：以太陽能為能源、以水為原料，能量：以太陽能為能源、以水為原料，能量消耗小，生產(chǎn)過程清潔，受到各國生物制氫單位消耗小，生產(chǎn)過程清潔，受到各國生物制氫單

20、位的關(guān)注。的關(guān)注。v現(xiàn)況無奈現(xiàn)況無奈：目前光合微生物制氫離實(shí)用化還有相：目前光合微生物制氫離實(shí)用化還有相當(dāng)距離，光能轉(zhuǎn)化率低，要大量制氫，就需要很當(dāng)距離，光能轉(zhuǎn)化率低，要大量制氫，就需要很大的受光面積，還沒有滿意的產(chǎn)氫藻。大的受光面積，還沒有滿意的產(chǎn)氫藻。v仍有希望仍有希望：但普遍認(rèn)為，光合生物制氫很有發(fā)展：但普遍認(rèn)為，光合生物制氫很有發(fā)展前景。據(jù)美國太陽能研究中心估算，如果光能轉(zhuǎn)前景。據(jù)美國太陽能研究中心估算，如果光能轉(zhuǎn)化率能達(dá)到化率能達(dá)到10%，就可以同其他能源競爭。，就可以同其他能源競爭。光合微生物制氫的總況光合微生物制氫的總況是是由正極、負(fù)極、由正極、負(fù)極、電解質(zhì)電解質(zhì) 燃料電池：燃料

21、電池：燃料燃料在負(fù)極的一頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，失去在負(fù)極的一頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，失去電子電子；氧化劑；氧化劑在正極的一頭發(fā)生反應(yīng)，得到從負(fù)極在正極的一頭發(fā)生反應(yīng)，得到從負(fù)極經(jīng)過導(dǎo)線跑過來的電子經(jīng)過導(dǎo)線跑過來的電子。v燃料電池燃料電池可以用氫、聯(lián)氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙可以用氫、聯(lián)氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧氣、空氣、雙氧水等為氧化劑。烷等作燃料，以氧氣、空氣、雙氧水等為氧化劑。v現(xiàn)在我們可以現(xiàn)在我們可以利用微生物的生命活動產(chǎn)生的所謂利用微生物的生命活動產(chǎn)生的所謂“電極活性物質(zhì)電極活性物質(zhì)”作為電池燃料，然后通過類似于作為電池燃料，然后通過類似于燃料電池的辦法，把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，成為燃料電池

22、的辦法，把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，成為微生微生物電池物電池。 微生物燃料電池微生物燃料電池 微生物產(chǎn)氫燃料電池微生物產(chǎn)氫燃料電池 圖圖12-4 12-4 固定化氫產(chǎn)生菌的燃料電池工作原理固定化氫產(chǎn)生菌的燃料電池工作原理 這樣組成的燃料電池可產(chǎn)生這樣組成的燃料電池可產(chǎn)生0.70.71.2 A1.2 A電流電流( (端壓為端壓為2.2V)2.2V)，可連續(xù)工作，可連續(xù)工作10d10d以上。以上。葡萄糖葡萄糖H H2 2O OH H2 22H2H+ +0.5O0.5O2 22H2H+ +發(fā)展歷史v英國植物學(xué)家馬克英國植物學(xué)家馬克皮特皮特1910年首先發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)年首先發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流。于

23、是他以鉑作電極，菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進(jìn)大腸桿菌或普通酵母菌的培養(yǎng)液中成功地制放進(jìn)大腸桿菌或普通酵母菌的培養(yǎng)液中成功地制造出世界上第一個(gè)細(xì)菌電池。造出世界上第一個(gè)細(xì)菌電池。 v1984年，美國設(shè)計(jì)出一種供宇航使用的細(xì)菌電池，年，美國設(shè)計(jì)出一種供宇航使用的細(xì)菌電池，其電極的物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌，不過放其電極的物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌，不過放電率極低。直到上世紀(jì)電率極低。直到上世紀(jì)80年代末，英國化學(xué)家彼年代末，英國化學(xué)家彼得得彭托在細(xì)菌發(fā)電研究方面才取得了重大進(jìn)展。彭托在細(xì)菌發(fā)電研究方面才取得了重大進(jìn)展。他讓細(xì)菌在電池組里分解電子，電流能持續(xù)數(shù)月他讓細(xì)菌在電池組里分

24、解電子，電流能持續(xù)數(shù)月之久。此后，各種細(xì)菌電池相繼問世。之久。此后，各種細(xì)菌電池相繼問世。 v美國環(huán)境微生物學(xué)家德美國環(huán)境微生物學(xué)家德克克拉烏雷發(fā)現(xiàn)了一種新的拉烏雷發(fā)現(xiàn)了一種新的嗜糖微生物，可將糖轉(zhuǎn)化成為適量而穩(wěn)定的電流。嗜糖微生物，可將糖轉(zhuǎn)化成為適量而穩(wěn)定的電流。v實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)這種細(xì)菌吃糖時(shí)，它把葡萄糖液轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)這種細(xì)菌吃糖時(shí)，它把葡萄糖液轉(zhuǎn)化為二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生電子。在這種細(xì)菌新陳化為二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生電子。在這種細(xì)菌新陳代謝的過程中，能轉(zhuǎn)換糖里代謝的過程中，能轉(zhuǎn)換糖里80%以上的有效電子，以上的有效電子，這與以前多數(shù)嗜糖微生物燃料電池這與以前多數(shù)嗜糖微生物燃料電池10%的能效形的能

25、效形成鮮明對照。成鮮明對照。v拉烏雷博士發(fā)現(xiàn)的微生物不僅靠在水果、甜菜和拉烏雷博士發(fā)現(xiàn)的微生物不僅靠在水果、甜菜和甘蔗里找到的蔗糖、果糖和葡萄糖等單糖來完成甘蔗里找到的蔗糖、果糖和葡萄糖等單糖來完成工作，也可以依靠木頭和稻草里的木糖。工作，也可以依靠木頭和稻草里的木糖。 v美國賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程教授美國賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程教授Bruce LogonBruce Logon領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在20042004年年6 6月的月的“Mechanical Mechanical Engineering”Engineering”上發(fā)表論文指出，一種處于早期開發(fā)階上發(fā)表論文指出，一種

26、處于早期開發(fā)階段的新型微生物燃料電池可以將廢水中的高濃度有機(jī)段的新型微生物燃料電池可以將廢水中的高濃度有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成能源，該燃料電池依靠有機(jī)物質(zhì)的厭氧污染物轉(zhuǎn)變成能源，該燃料電池依靠有機(jī)物質(zhì)的厭氧氧化產(chǎn)生電力。如果氧化產(chǎn)生電力。如果1010萬人產(chǎn)生的廢水中所有的能量萬人產(chǎn)生的廢水中所有的能量都能回收，則可以發(fā)電都能回收，則可以發(fā)電2300kw2300kw，可供，可供15001500戶人家用戶人家用電。電。v迄今，賓夕法尼亞州立大學(xué)正在研究的燃料電池發(fā)出迄今，賓夕法尼亞州立大學(xué)正在研究的燃料電池發(fā)出的電只可啟動一臺電扇。該研究的目標(biāo)是開發(fā)一種可的電只可啟動一臺電扇。該研究的目標(biāo)是開發(fā)一種可穩(wěn)定

27、發(fā)電穩(wěn)定發(fā)電500kw500kw、供、供300300戶需要的燃料電池。戶需要的燃料電池。在密閉的宇宙飛船里，宇航員排出的尿怎么辦？在密閉的宇宙飛船里，宇航員排出的尿怎么辦？v美國美國宇航局設(shè)計(jì)了一種巧妙的方案：用微生物中宇航局設(shè)計(jì)了一種巧妙的方案：用微生物中的的芽孢桿菌芽孢桿菌來處理尿，生產(chǎn)出氨氣，以氨作電極來處理尿，生產(chǎn)出氨氣，以氨作電極活性物質(zhì)，就得到了微生物電池，這樣既處理了活性物質(zhì)，就得到了微生物電池，這樣既處理了尿，又得到了電能。一般在宇航條件下，每人每尿，又得到了電能。一般在宇航條件下，每人每天排出天排出22克尿，能得到克尿，能得到47瓦電力。同樣的道理，瓦電力。同樣的道理，也可以讓微生物從廢水的有機(jī)物當(dāng)中取得營養(yǎng)物也可以讓微生物從廢水的有機(jī)物當(dāng)中取得營養(yǎng)物質(zhì)和能源，生產(chǎn)出電池所需要的燃料。質(zhì)和能源，生產(chǎn)出電池所需要的燃料。 英國研發(fā)“肉食”機(jī)器人 依靠微生物電池滿足能耗（2006）v 在英國布里斯托爾機(jī)器人試驗(yàn)室里，目前研究人員正在設(shè)在英國布里斯托爾機(jī)器人試驗(yàn)室里，目前研究人員正在設(shè)計(jì)一種計(jì)一種“肉食肉食”機(jī)器人機(jī)器人EcobotIII.據(jù)了解，這種智據(jù)了解，這種智能型機(jī)器人體內(nèi)植入一組微生物燃料