第十二章+微生物学新技术在环境工程中的应ppt课件

1、第十二章 微生物学新技术在环境工程中的运用 微生物学新技术包括：遗传诱变育微生物学新技术包括：遗传诱变育种、基因工程、发酵工程、酶工程、种、基因工程、发酵工程、酶工程、微生物制剂、生物外表活性剂等。微生物制剂、生物外表活性剂等。 12-1 固定化酶和固定化微生物在环境工程中的运用 一、酶制剂剂型一、酶制剂剂型 1 1、枯燥粗酶制剂、枯燥粗酶制剂 将用麸曲或深层发酵的培育液除菌将用麸曲或深层发酵的培育液除菌( (或不除菌或不除菌) )后，与淀后，与淀粉等惰性填料混合、枯燥制成粗酶。粉等惰性填料混合、枯燥制成粗酶。2 2、稀液体酶制剂、稀液体酶制剂 将培育液过滤除去菌体等杂质后，直接加稳定剂将培育

2、液过滤除去菌体等杂质后，直接加稳定剂( (甘油、甘油、乙醇、氯化钠等的复合物乙醇、氯化钠等的复合物) )和防腐剂作为商品出卖。和防腐剂作为商品出卖。 3 3、浓液体酶制剂、浓液体酶制剂 将培育液除去菌体等杂质、浓缩后再加稳定剂和防腐剂将培育液除去菌体等杂质、浓缩后再加稳定剂和防腐剂制成商品。制成商品。4 4、枯燥粉状酶制剂、枯燥粉状酶制剂我国多数消费此种酶制剂，其制备工艺为：我国多数消费此种酶制剂，其制备工艺为：过滤培育液去菌体过滤培育液去菌体浓缩浓缩喷雾枯燥喷雾枯燥研磨研磨加稳定加稳定剂、惰性填料剂、惰性填料成商品成商品过滤培育液去菌体过滤培育液去菌体硫酸铵盐析或乙醇沉淀硫酸铵盐析或乙醇沉淀

3、枯燥枯燥研磨研磨加稳定剂、惰性填料加稳定剂、惰性填料成商品成商品5 5、结晶酶、结晶酶6 6、固定化酶、固定化酶将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长时间运用。可较长时间运用。 二、酶的提取二、酶的提取 1、预处置不同的酶有不同的预处置方法：胞外酶存在培育液中，只需将菌体过滤或离心除去，所得的清液即为粗酶液。假设是固态发酵麸曲，用水或缓冲液浸泡，再离心或过滤去菌体及杂物后所得清液即为粗酶液。粗酶液再经提纯即为酶精制品。对胞内酶那么要破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液再提纯。细胞破碎方法有：枯燥法(空气枯燥、真空冷冻枯燥、溶剂脱水枯

4、燥)、机械法(研磨法、机械捣碎)、超声波破碎、反复冷冻法、自溶法、溶菌酶法。 2、酶的提取 (1) 水溶液提取法：用稀的盐溶液、缓冲液或水提取。 (2) 外表活性剂提取法外表活性剂有：天然的胆酸盐、磷脂，合成的十二烷基硫(磺)酸钠(SDS,阴离子型)、二乙氨基十六烷基溴(阳离子型)、非离子型的有吐温(Tween)及三通X(triton-X)。 (3) 丁醇提取法 三、酶的纯化三、酶的纯化 1、浓缩葡萄糖凝胶分子筛浓缩法、聚乙二醇(PEG)浓缩法、超滤膜浓缩法、冰冻法、盐析或乙醇沉淀后分别。2、去杂质pH沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差别、蛋白沉淀剂法。3、纯化盐析法；有机溶剂沉淀法；层析法：吸

5、附层析法、离子交换层析法、分子筛过滤层析(凝胶过滤层析)法、等电点沉淀法。4、结晶当酶到达一定纯度后，在适当的温度、pH条件下，逐渐参与硫酸铵溶液中，酶可渐渐析出结晶，也可参与某些有机溶剂析出结晶。 四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法 (一) 固定化酶与固定化微生物 1 1、固定化酶、固定化酶从挑选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法从挑选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法( (或交或交联法、载体结合法、逆胶束酶反响系统联法、载体结合法、逆胶束酶反响系统) )等方法将酶固定在载体上，制成等方法将酶固定在载体上，制成不溶

6、于水的固态酶，即。不溶于水的固态酶，即。2 2、固定化微生物、固定化微生物利用与固定化酶一样的方法将酶活力强的微生物体固定在载体上，即成。利用与固定化酶一样的方法将酶活力强的微生物体固定在载体上，即成。分死细胞固定化和生长细胞固定化分死细胞固定化和生长细胞固定化2 2种。种。微生物本身是多酶体系的固定化载体，将整个细胞固定化更有利于坚持其微生物本身是多酶体系的固定化载体，将整个细胞固定化更有利于坚持其原有活性，甚至可提高活性。原有活性，甚至可提高活性。3 3、固定化酶与固定化微生物的特性、固定化酶与固定化微生物的特性固定化酶与固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，稳定、降解有固定化酶与固定

7、化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，稳定、降解有机物才干强、耐毒、抗杂菌，耐冲击负荷。机物才干强、耐毒、抗杂菌，耐冲击负荷。 (二) 固定化酶与固定化微生物的固定方法 固定化方法有载体结合法、交联法、包埋法和逆胶束酶反响系统。 1、载体结合法以共价结合、离子结合和物理吸附等将酶固定在非水溶性载体上。载体有葡聚糖、活性炭、胶原、琼脂糖、多孔玻璃珠、高岭土、硅胶、氧化铝、羧甲基纤维素等。2、交联法将酶与有两个或两个以上官能团的试剂反响构成共价键的固定方法。交联剂有：戊二醛、双重氮联苯胺和六甲撑二异氰酸酯。 3、包埋法 将酶包埋在凝胶微小格子(格子型)中，或将酶包裹在半透性的聚合物膜内(微型胶囊型

8、)的固定方法。格子型的包埋资料：聚丙烯酰胺(PACAM)凝胶、聚乙烯醇(PVA)、琼脂、硅胶等。微胶囊型的包埋资料：尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。4、逆胶束酶反响系统 外表活性剂的两性分子在有机溶剂中自发构成聚集体，其亲水性一端衔接成逆胶束的极性核，水分子插入核中，其疏水性的一端进入主体有机溶剂中，酶分子溶于逆胶束中，组成。 五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的运用五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的运用 1、污染物处置运用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、延续运转的污水处置系统。日本将淀粉酶固定后用于处置淀粉废水和造纸废水，效果较好。美国有人将多酚氧化酶固定后用于含酚废水处置，

9、效果显著。德国将9种降解对硫磷农药的酶固定到多孔玻璃珠及硅胶珠上，再制成酶柱处置对硫磷废水，获得95以上的去除效果，延续运转2个多月酶活性根本不变。有人将白腐菌固定在海藻酸钙上对造纸黑液进展处置，脱色率高达80以上。2、环境监测根据固定化酶用于化学分析方面的一样原理，固定化酶也可用于测定有毒物质的含量，对环境进展监测。如固定化多酚氧化酶可用来测定水中的酚类物质。固定化酶可用于检测有机磷、有机氯农药、过氯酸盐、氰化物和尿素等。 12-2微生物细胞外多聚物的开发与运用 微生物的胞外多聚物微生物的胞外多聚物(Extracellular (Extracellular polymerspolymers，

10、简写，简写ECP)ECP)是微生物在一定的环境条是微生物在一定的环境条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细胞壁外的多聚化合物。包括荚膜、粘液层及细胞壁外的多聚化合物。包括荚膜、粘液层及其它外表物质。这些多聚物经分析得知其成分其它外表物质。这些多聚物经分析得知其成分为脂、脂肽、多糖脂、中性类脂衍生物等。为脂、脂肽、多糖脂、中性类脂衍生物等。 微生物细胞外物质可作外表活性剂、絮凝剂微生物细胞外物质可作外表活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉淀剂。或助凝剂、沉淀剂。 一、生物外表活性剂一、生物外表活性剂 1、外表活性剂是由亲水基和疏水基两部分组成的，具有影响不相容

11、界面特性的物质。2、生物外表活性剂(biosurfactant)：是生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分泌产生的一些具有一定外表/界面活性的代谢产物。 3、分类 生物外表活性剂按用途可广义地分为生物外表活性剂和生物乳化剂(bioemulsifier)。前者是一些低分子量的小分子，能显著改动外表/界面张力。后者是一些生物大分子，并不能显著降低外表/界面张力，但对油/水界面表现出很强的亲和力。因此可使乳状液得以稳定。 (1)利用生物外表活性剂对油类的乳化作用，可将生物外表活性剂用于海上原油走漏的生物降解与海岸石油污染的生物补救。(2)生物外表活性剂对有毒有机化合物具有增溶作用，可用于土壤环境污染

12、的生物修复。Bacillus菌产生的一种生物外表活性剂能稳定地乳化杀虫剂肟(w)硫磷及其他不能与水混溶的液态有机磷杀虫剂。Pseudomonas cepacia能产生一种降解除草剂2,4,5,-三氯苯氧基乙酸的生物外表活性剂。(3)另外，Mulligan和cooper以为生物外表活性剂能用于泥浆脱水。在采矿业和造纸业中，采用某些生物外表活性剂可稳定矿物的水悬浮液，以防止矿物的絮凝。国内有报道采用外表活性剂回收炼油厂废白土中的蜡和油，回收率可达93和95。生物外表活性剂还可用于石油及能源工业、医疗领域、食品工业、化装品工业等。4、生物外表活性剂在环境工程中的运用二、微生物絮凝剂二、微生物絮凝剂

13、1、微生物絮凝剂：是利用生物技术，从微生物体内或分泌物中分别提取的一种平安、高效且能自然降解的新型水处置剂。它是由一类微生物产生的，可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒、固体细胞及胶体颗粒等凝聚、沉淀的特殊高分子代谢产物(次生代谢产物)。 2、微生物絮凝剂的主要成分是高分子有机物，包括糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。其分子量多在105以上。 3、微生物絮凝剂的独特性质和特点易于固液分别，沉淀物生成量少；无毒无害、平安性高，易被微生物降解；具有脱色和除浊性能；无二次污染；适用范围广；有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、不受pH条件影响等。 4、微生物絮凝剂的运用 (1)废水悬浮物的处置 (2)废水

14、脱色处置 (3)乳浊液的油水分别 (4)污泥处置 (5)畜产废水处置 (6) 微生物絮凝剂在其它领域的运用 三、生物吸附剂三、生物吸附剂 生物吸附是微生物菌体对重金属的吸附作用，包括细胞的不同部位对重金属的络合、螯合、离子交换、转化、吸收和无机微沉淀等。可以吸附重金属及其它污染物质的资料称生物吸附剂。生物吸附剂主要分3类，即细菌、真菌和藻类。另外，壳聚糖也是一类重要的生物吸附剂。 12-3 优势菌种与生物制剂的开发与运用 挑选步骤：首先采集样品，尔后用稀释平板法分别出单个菌落，进展数次平板划线纯化，再将纯化的菌种接入斜面保管；进展菌种性能测定。取性能良好的菌种接入斜面，于4冰箱保管。或真空冷冻枯燥保管；最后按废水、废物和废气的化学组分与需求量，合理搭配多种菌种。经扩展培育后用板框压滤，