1、第九章第九章 微生物与废物资源化微生物与废物资源化废弃物与污染物的开发利用废弃物与污染物的开发利用 直接利用微生物菌体，作为人类及动物的食物直接利用微生物菌体，作为人类及动物的食物和营养品，以补充蛋白质等营养。和营养品，以补充蛋白质等营养。利用微生物体内的酶或制成酶制剂，用以加工利用微生物体内的酶或制成酶制剂，用以加工某些产品。某些产品。应用微生物的代谢产物，制备生化试剂、医药应用微生物的代谢产物，制备生化试剂、医药化工产品；也有应用代谢产生的无机物进行细化工产品；也有应用代谢产生的无机物进行细菌冶金等。菌冶金等。应用微生物开发生物能源。应用微生物开发生物能源。本章内容本章内容第一节 单细胞蛋
2、白第二节 细菌冶金第三节 微生物与能源第一节 单细胞蛋白（SCP）一、SCP的经济生物学特性二、生产SCP的微生物三、SCP生产的一般工艺流程四、废物生产SCP实例五、SCP的可接受性与安全性一、SCP的经济生物学特性营养极为丰富：营养极为丰富：PrPr含量高，利用率高；含量高，利用率高；AAAA组成齐全；含多种维生素、酶系及生理活性组成齐全；含多种维生素、酶系及生理活性物质物质微生物世代周期短，生产效率高微生物世代周期短，生产效率高生产原料极广，利于消除环境污染生产原料极广，利于消除环境污染可以工业化生产，不与传统农牧业争地可以工业化生产，不与传统农牧业争地生产投资少生产投资少二、生产SCP
3、的微生物作为生产作为生产SCPSCP的微生物应具备的主要条件为：的微生物应具备的主要条件为：l菌体内蛋白质等营养含量高，质量亦佳；菌体内蛋白质等营养含量高，质量亦佳；l菌体无毒、不致病、不致癌以及无其他不良作用；菌体无毒、不致病、不致癌以及无其他不良作用；l对发酵基质转化率高；对发酵基质转化率高；l转化污染物后所得菌体浓度高；转化污染物后所得菌体浓度高；l易为人及动物消化吸收，且味道较好易被接受；易为人及动物消化吸收，且味道较好易被接受；l培养条件简单，不苛刻；培养条件简单，不苛刻；l生长繁殖迅速，发酵过程稳定，不易被杂菌感染；生长繁殖迅速，发酵过程稳定，不易被杂菌感染；l适于悬液状态培养；适
4、于悬液状态培养；l菌体较大，易于菌液分离并收获菌体；菌体较大，易于菌液分离并收获菌体；l可能进行基因重组，对菌体加以改造。可能进行基因重组，对菌体加以改造。以酵母菌最多（发酵型和氧化型），也有光合以酵母菌最多（发酵型和氧化型），也有光合细菌和真菌类细菌和真菌类三、SCP生产的一般工艺流程四、废物生产SCP实例亚硫酸纸浆废液产生假丝酵母；亚硫酸纸浆废液产生假丝酵母；食品工业废弃物如淀粉、酒精、味精、豆制品食品工业废弃物如淀粉、酒精、味精、豆制品废液生产废液生产SCPSCP，提取，提取RNARNA；纤维素；纤维素；石油天然气及甲醇；石油天然气及甲醇；无机物生产藻类蛋白和氢细菌蛋白无机物生产藻类蛋白
5、和氢细菌蛋白五、SCP的可接受性与安全性核酸问题：核酸问题：SCPSCP应脱核酸、脱脂肪以减少核酸应脱核酸、脱脂肪以减少核酸摄入转变为尿酸增加关节痛、肾结石的机会摄入转变为尿酸增加关节痛、肾结石的机会奇数脂肪酸问题：多种动物试验证明安全性奇数脂肪酸问题：多种动物试验证明安全性残留烷烃物问题：饲养和试验结果表明正烷烃残留烷烃物问题：饲养和试验结果表明正烷烃无害无害关于致癌问题：石油产品原料和真菌毒素，应关于致癌问题：石油产品原料和真菌毒素，应考虑剂量问题考虑剂量问题关于氢细菌蛋白：关于氢细菌蛋白：PHBPHB难于消化，尚待研究难于消化，尚待研究第二节 细菌冶金一、细菌冶金的用途二、细菌冶金的原理
6、三、细菌冶金的微生物及主要影响因素四、细菌冶金的方法五、细菌冶金的优点及限制 一、细菌冶金的用途 细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。它主要是应用细菌法溶浸业上的一种新工艺。它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。细菌浸矿的另一用途是从煤矿中去除其中所含细菌浸矿的另一用途是从煤矿中去除其中所含黄铁矿型的硫。黄铁矿型
7、的硫。二、细菌冶金的原理间接作用：催化自然硫酸和硫酸铁的产生间接作用：催化自然硫酸和硫酸铁的产生直接作用：浸出过程中细菌直接与金属硫化物直接作用：浸出过程中细菌直接与金属硫化物接触，参与氧化作用接触，参与氧化作用三、细菌冶金的微生物及主要影响因素l 细菌冶金的微生物细菌冶金的微生物：u多耐酸，主要有：氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫多耐酸，主要有：氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、排硫硫杆菌、氧化亚铁铁杆菌、氧化亚杆菌、排硫硫杆菌、氧化亚铁铁杆菌、氧化亚铁微螺杆菌铁微螺杆菌l 影响因素影响因素：菌种、浸出液的：菌种、浸出液的pHpH、介质的氧化还、介质的氧化还原电位、原电位、O O2 2和和COCO2 2
8、的供给、矿料的粒度和矿浆的的供给、矿料的粒度和矿浆的固体浓度、消除危害细菌的因素固体浓度、消除危害细菌的因素四、细菌冶金的方法 通常有矿山附近的山坡、盘地、斜坡等地上，铺上通常有矿山附近的山坡、盘地、斜坡等地上，铺上混凝土、沥清等防渗材料，将矿石堆集其上，然后将混凝土、沥清等防渗材料，将矿石堆集其上，然后将事先准备好的含菌溶浸液用泵自矿堆顶面上浇注或喷事先准备好的含菌溶浸液用泵自矿堆顶面上浇注或喷淋矿石的表面（在此过程中随之带入细菌生长所必须淋矿石的表面（在此过程中随之带入细菌生长所必须的空气），使之在矿堆上自上而下浸润，经过一段时的空气），使之在矿堆上自上而下浸润，经过一段时间后浸提出有用金
9、属。含金属的浸提液积聚在矿堆底间后浸提出有用金属。含金属的浸提液积聚在矿堆底部，集中送入收集池中，而后根据不同金属性质采取部，集中送入收集池中，而后根据不同金属性质采取适当方法回收有用金属。回收金属之后的含菌溶浸液适当方法回收有用金属。回收金属之后的含菌溶浸液经用硫酸调节经用硫酸调节pHpH后，可再次循环使用。后，可再次循环使用。这种方法常占用大面积地面，所需劳动力亦较大，这种方法常占用大面积地面，所需劳动力亦较大，但可处理较大数量的矿石，一次可处理几千到几十万但可处理较大数量的矿石，一次可处理几千到几十万吨。吨。堆浸法堆浸法池浸法池浸法地下浸提法地下浸提法四、细菌冶金的方法在耐酸池中，堆集几
10、十至几百在耐酸池中，堆集几十至几百t t矿石粉，池矿石粉，池中充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以增大中充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以增大冶炼速度。这种方法虽然只能处理少量的矿冶炼速度。这种方法虽然只能处理少量的矿石，但却易于控制。石，但却易于控制。堆浸法堆浸法池浸法池浸法地下浸提法地下浸提法四、细菌冶金的方法 这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。大多用于难以开采的矿石、富矿开采后的大多用于难以开采的矿石、富矿开采后的尾矿、露天开采后的废矿坑、矿床相当集尾矿、露天开采后的废矿坑、矿床相当集中的矿石等。其方法是在开采完毕的场所中的矿石等。其方法是在开采完毕的场所
11、和部分露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或和部分露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻孔注入，通气，其溶浸一段时间后，抽出孔注入，通气，其溶浸一段时间后，抽出溶浸液进行回收金属处理。溶浸液进行回收金属处理。优点：矿石不需运输，不需开采选矿，可优点：矿石不需运输，不需开采选矿，可节约大量人力和物力，矿工不用在矿坑内节约大量人力和物力，矿工不用在矿坑内工作，增加了人身安全度，还可减轻环境工作，增加了人身安全度，还可减轻环境污染。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、细菌冶金的优点及限制l 优点优点：u1 1设备简单、操作方便
12、，工艺条件易控制、投资少、设备简单、操作方便，工艺条件易控制、投资少、成本低。成本低。u2 2适宜处理贫矿、尾矿、炉渣，小而分散的富矿和某适宜处理贫矿、尾矿、炉渣，小而分散的富矿和某些难以开采的矿及老矿山废弃的矿石等，可达到综合些难以开采的矿及老矿山废弃的矿石等，可达到综合利用的目的。利用的目的。u3 3细菌可以完成人工采矿无法完成的采矿任务。细菌可以完成人工采矿无法完成的采矿任务。u4 4细菌冶金对地表的破坏降低到最低限度，亦无须熔细菌冶金对地表的破坏降低到最低限度，亦无须熔炼硫化矿，减少了公害。炼硫化矿，减少了公害。l 限制限制：其浸提作用时间亦即金属回收周期较长，有时：其浸提作用时间亦即
13、金属回收周期较长，有时回收率不高回收率不高第三节 微生物与能源一、能源危机二、生物能源的定义与来源三、利用微生物生产的生物能源 1.生物柴油 2.生物乙醇 3.生物沼气 4.生物制氢一、能源危机能源危机能源危机环境污染环境污染太阳能太阳能风能风能生物能生物能 节能和提高能量利用效率。节能和提高能量利用效率。开发和使用新技术。开发和使用新技术。使用更多的使用更多的可再生可再生能源。能源。提高使用清洁能源。提高使用清洁能源。改变能源转换途径。改变能源转换途径。二、生物能源的定义与来源 生物能源生物能源是指利用生物质及微生物为原料是指利用生物质及微生物为原料生产的能源。包括生物燃料乙醇、生物柴油、生
14、产的能源。包括生物燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、生物沼气及生物气化和液化等产生生物氢气、生物沼气及生物气化和液化等产生的能源产品的能源产品 。垃圾堆各类植物 来源来源 a)a)城市垃圾城市垃圾b b)有机废水有机废水c c)粪便粪便d d)林业生物质林业生物质 e e)农业废弃物农业废弃物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将植物油或其他油脂分生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料，作为柴油的替代品更加解后得到的液体燃料，作为柴油的替代品更加环保。环保。生物柴油所遇到的问题是作为原料的植物油成生物柴油所遇到的问题是作为原料的植
15、物油成本较高。最近，科学家发现，一些微生物也能本较高。最近，科学家发现，一些微生物也能合成油脂，这也许可以为克服生物柴油的原料合成油脂，这也许可以为克服生物柴油的原料问题起到重要作用。问题起到重要作用。http:/ curcas)麻疯树，科名：大戟科麻疯树，科名：大戟科EuphorEuphor biaceaebiaceae，别名：小桐子，青铜木，千年树等。它原产美，别名：小桐子，青铜木，千年树等。它原产美洲，现广泛分布于亚热带及干热河谷地区。麻风树是目前已知最速生的高效树种之一。洲，现广泛分布于亚热带及干热河谷地区。麻风树是目前已知最速生的高效树种之一。麻疯树林麻疯树林3 3年可挂果投产、年可
16、挂果投产、5 5年进入盛果期。果实采摘期长达年进入盛果期。果实采摘期长达5050年，果实的含油率为年，果实的含油率为606080%80%，麻疯树的干果产量为，麻疯树的干果产量为300300800kg/800kg/亩，平均产量约亩，平均产量约660kg/660kg/亩。麻风树品种果仁出油亩。麻风树品种果仁出油率平均高达率平均高达646445%45%，每亩可提取精品柴油，每亩可提取精品柴油175175公斤左右。麻疯树籽粒含油率高，被生物公斤左右。麻疯树籽粒含油率高，被生物质能源研究专家称之为质能源研究专家称之为“黄金树黄金树”、“柴油树柴油树”。美国生物燃料加油站价格牌美国生物燃料加油站价格牌2.
17、生物乙醇 燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的生物能源。以一燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的生物能源。以一定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料，不但能替代部分定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料，不但能替代部分汽油，而且排放的尾气更清洁。汽油，而且排放的尾气更清洁。我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米为原料我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米为原料，同时正在积极开发甜高粱、薯类、秸秆等其他原料生，同时正在积极开发甜高粱、薯类、秸秆等其他原料生产乙醇，目前产量居世界第三。产乙醇，目前产量居世界第三。3.生物沼气 沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生
18、的混合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼的混合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。我国已有许多地方的农村和畜牧场使用了用。我国已有许多地方的农村和畜牧场使用了沼气。沼气。沼气的推广使用节约了资源，保护了环境，也沼气的推广使用节约了资源，保护了环境，也提高了农民的生活质量。目前，沼气的规模化提高了农民的生活质量。目前，沼气的规模化生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等技术生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等技术问题。问题。球型玻璃钢沼气池村民修建沼气池4.生物制氢 氢气的燃烧产物只有水，因此氢气是最清洁的氢气的燃烧产
19、物只有水，因此氢气是最清洁的能源。氢气可以利用生物质通过微生物发酵得能源。氢气可以利用生物质通过微生物发酵得到，这一过程被称为生物制氢。到，这一过程被称为生物制氢。目前我国科学家已获得了能高效产氢的微生物目前我国科学家已获得了能高效产氢的微生物，哈工大生物制氢技术领先世界（厌氧活性污，哈工大生物制氢技术领先世界（厌氧活性污泥为产氢菌种的发酵法生物制氢技术）。泥为产氢菌种的发酵法生物制氢技术）。氢气产生菌的作用机理氢气产生菌的作用机理l主要是丁酸发酵作用。该作用的代谢途径是：主要是丁酸发酵作用。该作用的代谢途径是：l除在丁酸菌作用下进行丁酸发酵外，氢气产生除在丁酸菌作用下进行丁酸发酵外，氢气产生菌的其他分解有机物产生氢气的代谢机制目前菌的其他分解有机物产生氢气的代谢机制目前尚未查清。尚未查清。
