现代生物技术与环境污染治理

1、现代生物技术和环境污染控制，现代生物技术概述遗传工程和环境污染控制细胞工程和环境污染控制酶工程和环境污染控制发酵工程和环境污染控制生态工程和污水处理系统，7.1现代生物技术概述，生物技术是什么？是指利用生物有机体或组件开发新产品或新工艺的技术体系。生物技术的内容基因工程：主要涉及遗传物质核酸的分离、提取、体外剪切、重组、扩增和表达等技术。细胞工程：细胞的体外培养、繁殖、再生、融合和核、细胞质，甚至染色体和细胞质的移植和改造。酶工程：利用酶、固定化技术、生物反应器、生物传感器等新技术、新设备高效、质量地生产特定产品的技术。发酵工程：为微生物提供最适合生产特定产品的发酵条件的技术。生物技术的基础和

2、出发点生物技术的基础和出发点是生物具有的各种功能，即生长、繁殖过程中生物对物质的合成、分解、变形的能力。生物技术的核心基础是基因工程和细胞工程。生物技术的特点是不可替代、准确、快速、低消耗、高效、副产品、副作用小、安全性好，与现有技术相比具有一系列优越性。environmental biotech(环境生物技术)环境生物技术是指用于了解和解决环境问题的生物技术系统，包括对环境污染效果的认识、环境质量评价和对环境污染的生物处理技术。将生物技术应用于环境污染生物处理是利用生物生命过程中产生的反应将污染物转化为无毒、无害、稳定的物质。7.2基因工程及环境污染控制7.2.1基因工程的分子生物学基础，D

3、NA生物的遗传物质分子是由大量脱氧核糖核苷酸构成的线上或环大分子。DNA中有四种碱：腺嘌呤(a)、鸟嘌呤(g)、胸腺嘧啶(t)和胞嘧啶(c)。DNA的可变部分是它的碱基序列。基因DNA分子中的特定片段，不同基因的遗传信息由每个片段的基本顺序决定。基因的精确复制保证了遗传信息的代代代。7.2.2基因工程的基本过程工具酶工具酶用于切割和接合包括限制性酶和DNA结合酶在内的基因片段。基因工程的载体是将外源基因注入受体细胞的工具。常用的载体是质粒、噬菌体及动植物病毒。目标基因的分离可以通过以下两种方法获得特定目的基因：一个是直接从生物的基因组中分离出来，另一个是人合成的。目的基因和载体的重组通常用于将

4、目的基因导入受体的受体细胞包括大肠杆菌、亚蒂利丝、酵母和动植物细胞。目的基因的筛选和检测目的基因在受体细胞中表达，基因工程应用于环境污染控制，降解卤代芳烃的基因工程细菌降解尼龙寡聚体的基因工程细菌降解多糖的基因工程细菌，降解基因工程细菌除草剂，遗传工程细菌降解基因工程细菌，7.3细胞工程和环境污染生物控制，细胞工程细胞工程是利用细胞学技术对细胞遗传结构进行计划改造，培养出人们需要的生物种或具有特定新形态的细胞群细胞工程的内容细胞培养：细胞继续在体外生长和繁殖。细胞融合：在特定条件下将两个或多个细胞融合为一个细胞的过程，也称为细胞杂交。细胞重组：体外实验技术从活性细胞中分离出各种细胞的结构或成分

5、，根据需要在不同细胞之间重组，成为生物活性细胞。遗传物质传递：在细胞水平上传递基因。分离原生质体(Protoplast)细胞质壁后，去除细胞壁的其馀部分，称为原生质体。原生质体本来具有整个细胞的内部结构和生理特性，但没有细胞壁，细胞呈球形，对渗透压力敏感，对外部理化因素更敏感。在外部理化融合因子的诱导下，不同物种之间原生质体的原生质膜相互融合，在适当的条件下，融合的原生质体再生细胞壁，恢复原始完整的细胞形态和共同体形态，构成具有多种遗传性状的新物种。因此，可以使用原生质体融合创造新的物种。原生质体融合方法亲本选择原生质体制造原生质体再生原生质体融合和融合，原生质体融合构建环境工程菌，原生质体融

6、合苯环化合物分解细菌原生质体融合构建纤维素分解细菌聚二醇诱导原生质体融合细菌农药制造，酶工程和环境污染生物处理，酶工程目前，酶工程主要研究酶的生产、纯化及固定化技术及其在环境污染控制、工业、医药、卫生和理论探索等方面的应用。固定化酶也称为水解酶，是通过物理吸附法或化学键将水溶酶和固体不溶性载体结合起来，使酶不溶于水，但保持催化活性的衍生物。固定化酶的特点：相对稳定，能长期维持酶活性。适用于连续、自动化和管道工艺的回收、再生、重复使用；可以用酶布、酶精制、酶柱等多种形式制成。利用酶分离和纯化微生物生产酶产品可分为菌种选育、发酵培养、分离提取和菌种保存四个阶段。酶固定化方法、载体结合包括共享结合方

7、法、离子结合方法、物理吸附方法和生物特异性结合方法4种。活性炭、多孔玻璃珠、高岭土、氧化铝等交联剂是戊二醛等交联剂，通过交联酶和酶进行固定。嵌入法将酶包裹在凝胶格或半透明薄膜构成的胶囊中。反胶束酶反胶束是指表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的集合体。反胶束酶法是指将酶固定为反胶束的形式。复合法、可逆可溶性固定化酶在可溶性状态下反应，反应后通过简单的操作沉淀，再利用。通过改变PH、温度等物理化学参数，或通过添加、去除金属离子等方法获得可溶性、不溶性状态的天然和合成高分子材料，可以将酶共价键与这些物质结合，产生可逆可溶性固定化酶。固定化酶反应器批处理反应器连续反应器、固定化细胞、固定化细胞的

8、特征固定化细胞比自由细胞稳定性高，催化效率高于体外酶；比固定化酶更容易操作，成本更低。可以完成两阶段酶反应，反应时不需要添加辅助因子。但是固定化细胞内含有巨大而复杂的酶，其中也有不需要的，甚至对反应有害的酶。细胞固定化酶灭活絮凝吸附法，固定化技术废水处理，固定化技术废水处理的优点处理效率高，成本低，稳定性高；通过栽培恢复酶的相对活性可以获得。废水处理的固定化技术目前问题的输送成本高。固定化物质妨碍物质传递过程，使酶活性大部分低于自由细胞。工程实例利用海藻酸钙固定化candida处理苯酚废水具有多孔陶瓷珠固定脱色功能的混合细菌细胞处理印染废水固定化藻类细胞，废水净化生物强化技术，7.5发酵项目在

9、环境污染控制中的应用7.5.1发酵和发酵工程，发酵(Fermentation)基本概念微生物的能力代谢过程中，发酵是微生物细胞通过有机物氧化释放的电子，基质本身在发酵条件下，有机物只能部分氧化，所以发酵结果只不过是积累某些有机物，制造出多种发酵产品。可发酵的基质有碳水化合物、有机酸等，其中葡萄糖发酵为微生物，也就是乙醇，这是最重要的。在微生物产业中，发酵术语是指在微生物代谢中，无论有或没有外源最终电子受体发生的氧化作用，在有氧或厌氧条件下可以进行的所有大规模过程。微生物的产业发酵是利用多种微生物的多种发酵特性生产出许多宝贵的发酵产品。发酵过程的第四阶段，第一阶段：发酵原料的预处理发酵原料可以是

10、土豆、麦片、有机废物等，预处理包括粗选、杂制、粉碎、烹饪、水解等。第二阶段：发酵过程的准备发酵前，应进行微生物菌种种子的制备及发酵原料的无菌消毒。第三阶段：发酵过程包括厌氧发酵(如乙醇发酵和乳酸发酵)和和谐氧发酵(如氨基酸发酵和抗生素发酵)两种方法。第四步：产品的分离和精制是指从发酵液中制造符合质量指标的产品，可以通过过滤、离心杂质去除、吸附、沉淀、蒸馏等方法进一步精制发酵液中的产品。将发酵工程应用于环境污染控制，快速堆肥化亚硫酸盐浆废乙醇发酵酵母循环系统废纤维素，7.6生态工程和污水处理系统7.6.1生态工程，生态工程概念生态工程人工设计，生物群体作为主要结构成分，具体功能，宏观人工设计的社

11、区、生态系统或更宏观的区域生态空间。生态工程建设和运行的主要理论基础是生态原理，设计时必须遵循社会规律和经济规律。环境生态工程的主要目的是保护生态环境，在保护环境的同时，还可以通过良好的物质循环和能量流动过程获得经济效益。生态工程类型，物质能源的多层利用生态工程物质的转换和再生生态工程污染自我净化多功能生态工程工人农业共同生态工程，7.6.2氧化塘法，也称为生物氧化塘，稳定池塘，生物氧化塘，藻类和细菌两种生物之间的功能，利用协同作用处理废水的生态系统。氧化塘的生物组成鸟类：氧化塘的表面，常见的：小球藻、水藻、水藻等；细菌：多存在于氧化塘下层，在良好的气体状态下，无色菌、假单胞菌、芽孢杆菌等占优

12、势生长；氧化塘底部的厌氧层有硫酸还原细菌和甲烷细菌。微型动物：有多种原生动物、轮虫、甲壳类动物等。氧化池的净化原理、氧化池的净化原理氧化池的净化原理利用了细菌与鸟类的相互关系。藻类通过光合作用释放氧气。细菌利用藻类产生的氧气分解流入池塘的有机物。分解产物的CO2，n，p等无机物和一些小分子有机物成为鸟类的营养来源；增殖的细菌和藻细胞为微型动物捕食。氧化池中的反应过程藻类和光合细菌的光合释氧过程；有氧反应：氧化、氮氧化、硫氧化等；厌氧反应：硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、发酵反应等；氧化塘内的生物过程，氧化塘的分类和功能，同时池塘深度1.0 2.5米，上部DO充足，好氧微生物优势；中间层DO不足

13、，性微生物占优势。下层厌氧微生物占优势。可用于工业、农业废水和生活污水处理。厌氧池深度2m以上，可由厌氧微生物支配，允许预处理各种高浓度有机工业废水。后面通常有同时池和好的氧气池。曝气池塘深度2 5米。机械曝气充氧。干练的池塘、氧化塘的特性和实例、氧化塘的特征结构简单，能耗低，运行管理方便。应用实例：武汉奥里亚湖氧化塘处理多种农药废水，主要含有有机磷。使用5个池塘系列形态：从下图可以看出，运行多年后，鱼塘的主要水质指标都可以接近或达到地表水标准。综合生物池塘工艺、水、工艺:包括整体生态单位在内的BOD 5150 200mg/l污水处理，水力停留时间16.3d；工艺: BOD 5100 150mg/l的污水处理，水力停留时间11.5d；工艺或:污水处理BOD 570 100mg/l，水压停留时间4 5d，7.6.3水生植物池塘和人工湿地处理系统，水生植物池塘人工湿地处理系统，7.6.4污水土地处理系统，污水土地处理系统是什么？利用土壤和其中的微生物和植物根对污染物的净化能力，处理已经预处