第七章能源與環(huán)境生物技術(shù)17.1重獲新生的枯油井利用微生物二次采油基本方式：利用微生物在油層中發(fā)酵產(chǎn)生的大量酸性物質(zhì)及H2、CO2、CH4等氣體，降低原油的黏度，使原油能從巖層縫隙中流出而聚集，便于開采。

如，磺弧菌屬和梭狀芽孢桿菌屬2利用微生物三次采油基本方式：利用基因工程技術(shù)構(gòu)建工程菌株。這些工程菌在油層中不僅能產(chǎn)生CO2等氣體增加井壓，而且還能分泌高聚物、糖脂等表面活性劑，降低油層表面張力，使原油從巖石縫中、沙土中松開，從而提高采油量。347.2生長(zhǎng)在田里的燃料作物通過(guò)“種植能源”獲得的最普遍的燃料當(dāng)屬生物乙醇。C6H12O62CH3CH2OH+2CO2

微生物5乙醇作為燃料的益處

①產(chǎn)能效率高；②在燃燒期間不生成有毒的污染物質(zhì)；

③可通過(guò)微生物大量發(fā)酵生產(chǎn)，成本相對(duì)低。6乙醇燃料的發(fā)展?fàn)顩r主要利用甘蔗為原料生產(chǎn)乙醇，是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。巴西美國(guó)

主要以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇。7我國(guó)已成為世界第三大燃料乙醇的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，目前我國(guó)主要以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇。甜高粱將成為乙醇生產(chǎn)的主力軍！8我國(guó)大力推廣使用車用乙醇汽油，汽油中乙醇加入量的體積分?jǐn)?shù)為10%

。乙醇汽油——“綠色能源”！

9乙醇代替石油所面臨的困難①需要政府部門投入可觀資金及保持乙醇大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)②以糧食為原料大規(guī)模生產(chǎn)乙醇將受到限制③利用纖維素作為原料生產(chǎn)乙醇的工藝還很不成熟10第二種“種植能源”——生物柴油

油楠一棵油楠一年可產(chǎn)50Kg“柴油”

11麻風(fēng)樹1公斤麻風(fēng)果可榨取約0.3公斤柴油12利用油菜籽油為原料生產(chǎn)生物柴油

1噸菜籽油0.1噸乙醇1噸甲脂0.1噸甘油＋＋5℃NaOH與柴油相似，被稱為生物柴油13中國(guó)農(nóng)科院培育的“中油—0361”高蓄能油菜新品系種籽含油量高達(dá)54.72%

147.3可再生能源——沼氣沼氣（biogas）：由有機(jī)物質(zhì)在適宜的溫度、濕度、酸堿度和厭氧的情況下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵分解作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。主要成分：CH4—60-70%，CO2—28-40%，此外還有少量的N2、H2S和CO等氣體15沼氣發(fā)酵微生物的種類發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌耗氫產(chǎn)乙酸菌食氫產(chǎn)甲烷菌食乙酸產(chǎn)甲烷菌使復(fù)雜有機(jī)物形成各種有機(jī)酸使各種有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成甲烷

16沼氣發(fā)酵過(guò)程第一個(gè)階段：液化第二個(gè)階段：產(chǎn)酸第三個(gè)階段：產(chǎn)甲烷17二氧化碳乙酸水氫氣乙醇細(xì)菌水解甲烷沼氣氨基酸、糖、甘油、脂肪生物質(zhì)18沼氣發(fā)酵池示意圖19發(fā)展沼氣的意義①沼氣具有較高的燃料效益②沼氣肥具有較高的肥料效益③發(fā)展沼氣具有較好的環(huán)境效益207.4沉默的礦藏銅（copper）——“紅色的金子”微生物浸銅中最重要的兩種硫桿菌：氧化亞鐵硫桿菌氧化硫硫桿菌極端嗜酸菌鐵氧化酶和硫氧化酶只有硫氧化酶，不能氧化鐵。21黃銅礦中細(xì)菌浸銅的過(guò)程：2CuFeS2+8.5O2+H2SO4

2CuSO4+Fe2(SO4)3+H2O細(xì)菌二硫化亞鐵銅細(xì)菌把S氧化成H2SO4，把Fe2+氧化成Fe3+，后者是一種強(qiáng)氧化劑，在硫酸溶液中，F(xiàn)e3+把銅礦中不溶的銅的硫化物氧化為易溶的硫酸銅。2223環(huán)境生物技術(shù)：直接或間接利用生物體或生物體的某些組成部分或某些機(jī)能，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控、治理或修復(fù)，并將有機(jī)污染物資源化的工程技術(shù)。特點(diǎn)：效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和、無(wú)二次污染、可增強(qiáng)自然環(huán)境的自我凈化能力247.5污水處理5日生化需氧量5-dayBiochemicalOxygenDemand,5-dayBOD生物學(xué)意義：5天內(nèi)微生物完全降解水樣中的有機(jī)污染物所需要的溶解氧量。

人口當(dāng)量（populationequivalent,PE）：5-dayBOD值平均為60g

25污水處理的方法：物理法、化學(xué)法和生物法

活性污泥法（activatedsludge）

好氧微生物是活性污泥中的主體生物，包括細(xì)菌、酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等，它們共同構(gòu)成一個(gè)平衡的生態(tài)系統(tǒng)。活性污泥：具有生命活力的多種微生物類群組成的顆粒狀絮絨物。26活性污泥顆粒有較大的比表面積，與廢水充分接觸混合后，其表面的黏液層能迅速吸附大量的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，在微生物酶的作用下，進(jìn)行分解或合成代謝活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而使廢水或污水得以凈化。

去除污染物的基本原理：27間歇式活性污泥法SBR法——SequencingBatchReactor

一個(gè)SBR過(guò)程包括進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、靜置5個(gè)步驟。28SBR內(nèi)一個(gè)運(yùn)行周期的操作過(guò)程29?占地面積小，建設(shè)成本低；?反應(yīng)動(dòng)力大；?不出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象；?運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好。

SBR法的優(yōu)點(diǎn)：307.6環(huán)境污染的生物修復(fù)生物修復(fù)：利用生物特別是微生物的代謝活動(dòng)來(lái)減少或清除污染環(huán)境中的化學(xué)污染物的過(guò)程。

微生物修復(fù)植物修復(fù)

生物修復(fù)31調(diào)節(jié)污染地的環(huán)境條件以促使原有微生物或后接種微生物的降解作用迅速進(jìn)行。

微生物修復(fù)的基本原理：32A.通過(guò)增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以促使土著微生物的生長(zhǎng)。石油污染的生物修復(fù)

通常有2種方法：加入N、P等生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后，會(huì)促使這些微生物加快生長(zhǎng)，相應(yīng)地促進(jìn)了污染物的降解。33343536A.通過(guò)增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以促使土著微生物的生長(zhǎng)。石油污染的生物修復(fù)

通常有2種方法：B.通過(guò)生物反應(yīng)器培養(yǎng)有益微生物，然后再將這些微生物混合類群接種到污染地進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。

37構(gòu)建基因工程菌以清除石油污染物印度籍生物技術(shù)學(xué)家查克拉巴提培育出了石油分解細(xì)菌——能夠降解辛烷、樟腦、二甲苯和萘

。人們稱之為查克拉巴提的“吃油鬼”。查克拉巴提現(xiàn)為芝加哥伊利諾伊州大學(xué)教授38查克拉巴提的“吃油鬼”39通過(guò)特殊類型植物的吸收、富集或降解作用來(lái)降低或去除污染環(huán)境中的污染物。

植物修復(fù)的機(jī)理：40重金屬污染的生物修復(fù)

“超富集植物”，可以迅速將大量的污染物吸收和富集到植物體中并運(yùn)輸?shù)街参锷喜浚ㄟ^(guò)收獲植物，焚燒后回收重金屬，從而降低土壤或水體中重金屬的含量。4142常見的超富集植