微生物学新技术在环境工程中的应用.ppt

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1、关于微生物学新技术在环境工程中的应用现在学习的是第1页，共27页微生物学新技术微生物学新技术 包括包括：遗传诱变育种、基因工程、发：遗传诱变育种、基因工程、发酵工程、酶工程、微生物制剂、生物酵工程、酶工程、微生物制剂、生物表面活性剂等。表面活性剂等。现在学习的是第2页，共27页12-1 固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用 现在学习的是第3页，共27页一、酶制剂剂型一、酶制剂剂型 1 1、干燥粗酶制剂、干燥粗酶制剂 将用麸曲或深层发酵的培养液将用麸曲或深层发酵的培养液除菌除菌(或不除菌或不除菌)后，与淀粉等惰后，与淀粉等惰性填料性填料混合、干燥混合、干燥制成制成粗酶粗酶。2 2、稀液体酶制

2、剂、稀液体酶制剂 将培养液过滤除将培养液过滤除去去菌体等菌体等杂质杂质后，直接后，直接加稳定剂加稳定剂(甘油、乙醇甘油、乙醇、氯化钠等的复合物、氯化钠等的复合物)和防腐剂和防腐剂作为作为商品商品出售。出售。3 3、浓液体酶制剂、浓液体酶制剂 将培养液除将培养液除去去菌体等菌体等杂质杂质、浓缩浓缩后再后再加稳定剂和防腐剂加稳定剂和防腐剂制成制成商品商品。现在学习的是第4页，共27页4 4、干燥粉状酶制剂、干燥粉状酶制剂我国多数生产此种酶制剂，其制备工艺为：我国多数生产此种酶制剂，其制备工艺为：过滤培养液去菌体过滤培养液去菌体浓缩浓缩喷雾干燥喷雾干燥研磨研磨加稳定剂、惰性加稳定剂、惰性填料填料成商

3、品成商品过滤培养液去菌体过滤培养液去菌体硫酸铵盐析或乙醇沉淀硫酸铵盐析或乙醇沉淀干燥干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，可较长时将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长时间使用。间使用。现在学习的是第5页，共27页二、酶的提取二、酶的提取 1 1、预处理、预处理不同的酶有不同的预处理方法：不同的酶有不同的预处理方法：胞外酶存在培养液中，只需将菌体过滤或离心除去，所得的胞外酶存在培养液中，只需将菌体过滤或离心除去，所得的清液即为粗酶液。如果是固态发酵麸曲，用水或缓

4、冲液浸泡，清液即为粗酶液。如果是固态发酵麸曲，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。经提纯即为酶精制品。对胞内酶则要破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液再提纯。对胞内酶则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：干燥法细胞破碎方法有：干燥法(空气干燥、真空冷冻干燥、溶剂脱水空气干燥、真空冷冻干燥、溶剂脱水干燥干燥)、机械法、机械法(研磨法、机械捣碎研磨法、机械捣碎)、超声波破碎、反复冷冻法、超声波破碎、反复冷冻法、自溶法、溶菌酶法。自溶法、溶菌酶法。现在学习的是第6页，共

5、27页2 2、酶的提取、酶的提取 (1)(1)水溶液提取法：用稀的盐溶液、缓冲液或水提取。水溶液提取法：用稀的盐溶液、缓冲液或水提取。(2)(2)表面活性剂提取法表面活性剂提取法 表面活性剂有：天然的胆酸盐、磷脂，合成的十二烷基硫表面活性剂有：天然的胆酸盐、磷脂，合成的十二烷基硫(磺磺)酸钠酸钠(SDS,(SDS,阴离子型阴离子型)、二乙氨基十六烷基溴、二乙氨基十六烷基溴(阳离子型阳离子型)、非离、非离子型的有吐温子型的有吐温(Tween)(Tween)及三通及三通X(triton-X)X(triton-X)。(3)(3)丁醇提取法丁醇提取法 现在学习的是第7页，共27页三、酶的纯化三、酶的纯

6、化 1 1、浓缩、浓缩 2 2、去杂质、去杂质3 3、纯化、纯化4 4、结晶、结晶pHpH沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差异、蛋白沉淀剂法。沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差异、蛋白沉淀剂法。盐析法；有机溶剂沉淀法；层析法：吸附层析法、离子交换层析法盐析法；有机溶剂沉淀法；层析法：吸附层析法、离子交换层析法、分子筛过滤层析、分子筛过滤层析(凝胶过滤层析凝胶过滤层析)法、等电点沉淀法。法、等电点沉淀法。当酶达到一定纯度后，在适当的温度、当酶达到一定纯度后，在适当的温度、pHpH条件下，逐渐加入硫条件下，逐渐加入硫酸铵溶液中，酶可慢慢析出结晶，也可加入某些有机溶剂析出结晶酸铵溶液中，酶可慢慢析出结晶

7、，也可加入某些有机溶剂析出结晶。葡萄糖凝胶分子筛浓缩法、聚乙二醇葡萄糖凝胶分子筛浓缩法、聚乙二醇(PEG)(PEG)浓缩法、超滤膜浓浓缩法、超滤膜浓缩法、冰冻法、盐析或乙醇沉淀后分离。缩法、冰冻法、盐析或乙醇沉淀后分离。现在学习的是第8页，共27页四、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(一一)固定化酶与固定化微生物固定化酶与固定化微生物 1 1、固定化酶、固定化酶 从筛选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法从筛选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法(或交联法或交联法、载体结合法、逆胶束酶反应系统、载体结合法、逆胶束酶反应系统

8、)等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即。酶，即。2 2、固定化微生物、固定化微生物 利用与固定化酶相同的方法将酶活力强的微生物体固定在载体上，即成。利用与固定化酶相同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保持其原有活性，甚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保持其原有活性，甚至可提高活性。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

9、定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，稳定、降解有机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、降解有机物能力强、耐毒、抗杂菌，耐冲击负荷。物能力强、耐毒、抗杂菌，耐冲击负荷。现在学习的是第9页，共27页(二二)固定化酶与固定化微生物的固定方法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应固定化方法有载体结合法、交联法、包埋法和逆胶束酶反应系统。系统。1 1、载体结合法、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

10、、高岭上。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。土、硅胶、氧化铝、羧甲基纤维素等。2 2、交联法、交联法 将酶与有两个或两个以上官能团的试剂反应形成共价键将酶与有两个或两个以上官能团的试剂反应形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。异氰酸酯。现在学习的是第10页，共27页3 3、包埋法、包埋法 将酶包埋在凝胶微小格子将酶包埋在凝胶微小格子(格子型格子型)中，或将酶包裹在半透性中，或将酶包裹在半透性的聚合物膜内的聚合物膜内(微型胶囊型微型胶囊型)的固定方法。格子型的

11、包埋材料：聚丙的固定方法。格子型的包埋材料：聚丙烯酰胺烯酰胺(PACAM)(PACAM)凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚乙烯醇(PVA)(PVA)、琼脂、硅胶等。微胶囊型的、琼脂、硅胶等。微胶囊型的包埋材料：尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。包埋材料：尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。4 4、逆胶束酶反应系统、逆胶束酶反应系统 表面活性剂的两性分子在有机溶剂中自发形成聚集体，其亲水性一表面活性剂的两性分子在有机溶剂中自发形成聚集体，其亲水性一端连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端连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。体有机溶剂中

12、，酶分子溶于逆胶束中，组成。现在学习的是第11页，共27页五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用 1 1、污染物处理、污染物处理 应用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、连续运行的污水处理系统。日本应用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、连续运行的污水处理系统。日本将将淀粉酶固定后用于处理淀粉废水和造纸废水，效果较好。美国有人将多酚氧化淀粉酶固定后用于处理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理，效果显著。德国将酶固定后用于含酚废水处理，效果显著。德国将9 9种降解对硫磷农药的酶固定到多孔种降解对硫磷农药

13、的酶固定到多孔玻璃珠及硅胶珠上，再制成酶柱处理对硫磷废水，获得玻璃珠及硅胶珠上，再制成酶柱处理对硫磷废水，获得9595以上的去除效果，连以上的去除效果，连续运行续运行2 2个多月酶活性基本不变。有人将白腐菌固定在海藻酸钙上对造纸黑液进行个多月酶活性基本不变。有人将白腐菌固定在海藻酸钙上对造纸黑液进行处理，脱色率高达处理，脱色率高达8080以上。以上。2 2、环境监测、环境监测 根据固定化酶用于化学分析方面的相同原理，固定化酶也可用于测定有毒物质根据固定化酶用于化学分析方面的相同原理，固定化酶也可用于测定有毒物质的含量，对环境进行监测。如固定化多酚氧化酶可用来测定水中的酚类物质。固的含量，对环境

14、进行监测。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。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。现在学习的是第12页，共27页12-2微生物细胞外多聚物的开发与应用 现在学习的是第13页，共27页 微生物的微生物的胞外多聚物胞外多聚物(ECP)(ECP)是微生物在一定环境是微生物在一定环境条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细条件下，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。胞壁外的多聚化合物。这些多聚物经分析得知其成分为脂、脂肽、多糖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

15、生物等。脂、中性类脂衍生物等。包括荚膜、粘液层及其它表面物质。包括荚膜、粘液层及其它表面物质。现在学习的是第14页，共27页 微生物细胞外物质可作表面微生物细胞外物质可作表面活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉淀剂。淀剂。现在学习的是第15页，共27页一、生物表面活性剂一、生物表面活性剂 1 1、表面活性剂是由亲水基和疏水基两部分组成的、表面活性剂是由亲水基和疏水基两部分组成的，具有，具有影响影响不相容界面不相容界面特性特性的物质。的物质。2 2、生物表面活性剂、生物表面活性剂(biosurfactant)(biosurfactant)是生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分是

16、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泌产生的一些具有一定表面表面/界面活性界面活性的代谢产的代谢产物。物。现在学习的是第16页，共27页3 3、分类、分类 生物表面活性剂按用途可广义地分为生物表面活性剂按用途可广义地分为生物表面活性剂生物表面活性剂和和生物乳化剂生物乳化剂(bioemulsifier)(bioemulsifier)。前者是一些前者是一些低分子量低分子量的小分子，能的小分子，能显著改变显著改变表面表面/界面张力。界面张力。后者是一些后者是一些生物大分子生物大分子，并不能显著降低并不能显著降低表表面面/界面张力，但对油界面张力，但对油/水界面表现出很强的亲水界

17、面表现出很强的亲和力。因而可使乳状液得以稳定。和力。因而可使乳状液得以稳定。现在学习的是第17页，共27页(1)(1)利用生物表面活性剂对油类的乳化作用，可将生物表面活性利用生物表面活性剂对油类的乳化作用，可将生物表面活性剂用于剂用于海上原油泄漏海上原油泄漏的生物降解与海岸石油污染的生物补救。的生物降解与海岸石油污染的生物补救。4 4、生物表面活性剂在环境工程中的应用、生物表面活性剂在环境工程中的应用现在学习的是第18页，共27页(2)(2)生物表面活性剂对有毒有机化合物具有生物表面活性剂对有毒有机化合物具有增溶作用增溶作用，可用于土壤环境污，可用于土壤环境污染的生物修复。染的生物修复。Bac

18、illuBacillus s菌产生的一种生物表面活性剂能稳定地乳化杀虫剂肟菌产生的一种生物表面活性剂能稳定地乳化杀虫剂肟(w)(w)硫硫磷及其他不能与水混溶的液态有机磷杀虫剂。磷及其他不能与水混溶的液态有机磷杀虫剂。Pseudomonas cepaciaPseudomonas cepacia能产生一能产生一种降解除草剂种降解除草剂2,4,5,-2,4,5,-三氯苯氧基乙酸的生物表面活性剂。三氯苯氧基乙酸的生物表面活性剂。(3)(3)另外，另外，MulliganMulligan和和coopercooper认为生物表面活性剂能用于认为生物表面活性剂能用于泥浆脱水泥浆脱水。在采矿业和。在采矿业和造纸

19、业中，采用某些生物表面活性剂可稳定矿物的水悬浮液，以避免矿物的絮凝。造纸业中，采用某些生物表面活性剂可稳定矿物的水悬浮液，以避免矿物的絮凝。国内有报道采用表面活性剂回收炼油厂废白土中的蜡和油，回收率可达国内有报道采用表面活性剂回收炼油厂废白土中的蜡和油，回收率可达9393和和9595。生物表面活性剂还可用于石油及能源工业、医疗领域、食品工业、化妆品生物表面活性剂还可用于石油及能源工业、医疗领域、食品工业、化妆品工业等。工业等。现在学习的是第19页，共27页二、微生物絮凝剂二、微生物絮凝剂 1 1、微生物絮凝剂：是利用生物技术，从微生物、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离提

20、取的一种安全、高效且能体内或分泌物中分离提取的一种安全、高效且能自然降解的新型水处理剂。自然降解的新型水处理剂。它是由一类微生物产生的，可使液体中不易沉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、沉淀的特殊高分子代谢产物(次生代谢产物次生代谢产物)。现在学习的是第20页，共27页2 2、微生物絮凝剂的主要成分是高分子有机、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、纤维素和核酸等物，包括糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。其分子量多在。其分子量多在10105 5以上。以上。现在

21、学习的是第21页，共27页3 3、微生物絮凝剂的独特性质和特点、微生物絮凝剂的独特性质和特点易于固液分离，沉淀物生成量少；易于固液分离，沉淀物生成量少；无毒无害、安全性高，易被微生物降解；无毒无害、安全性高，易被微生物降解；具有脱色和除浊性能；具有脱色和除浊性能；无二次污染；无二次污染；适用范围广；适用范围广；有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、不受有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、不受pHpH条件影响等。条件影响等。现在学习的是第22页，共27页4 4、微生物絮凝剂的应用、微生物絮凝剂的应用 (1)(1)废水悬浮物的处理废水悬浮物的处理 (2)(2)废水脱色处理废水脱色处理 (3)(3

22、)乳浊液的油水分离乳浊液的油水分离 (4)(4)污泥处理污泥处理 (5)(5)畜产废水处理畜产废水处理 (6)(6)微生物絮凝剂在其它领域的应用微生物絮凝剂在其它领域的应用 现在学习的是第23页，共27页三、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。、吸收和无机微沉淀等。生物吸附剂主要分生物吸附剂主要分3 3类，即细菌、真菌和藻类。另外，壳类，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。聚

23、糖也是一类重要的生物吸附剂。能够吸附重金属及其它污染物质的生物来源材料称生物能够吸附重金属及其它污染物质的生物来源材料称生物吸附剂。吸附剂。现在学习的是第24页，共27页12-3 优势菌种与生物制剂的开发与应用 现在学习的是第25页，共27页筛选步骤筛选步骤(1)(1)采集采集样品，尔后用稀释平板法样品，尔后用稀释平板法分离分离出单个菌落，进行数出单个菌落，进行数次平板划线纯化，再将纯化的菌种接入斜面保存；次平板划线纯化，再将纯化的菌种接入斜面保存；(2)(2)进行菌种进行菌种性能测定性能测定。取性能良好的菌种接入斜面，于。取性能良好的菌种接入斜面，于44冰箱保存。或真空冷冻干燥保存；冰箱保存。或真空冷冻干燥保存；(3)(3)按废水、废物和废气的化学组分与需要量，按废水、废物和废气的化学组分与需要量，合理搭配合理搭配多种菌种。经扩大培养后用板框压滤，干燥，制成干活菌多种菌种。经扩大培养后用板框压滤，干燥，制成干活菌制剂。制剂。现在学习的是第26页，共27页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第27页，共27页