第五章环境生物材料环境污染预防生物技术名师编辑PPT课件.ppt
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1、第11章 环境生物材料 11.1 微生物絮凝剂 11.2 可生物降解塑料 11.3 生物吸附剂 11.4 生物表面活性剂 浪 蛔 自 慧 感 赴 吮 勒 炳 夯 盖 令 党 鸥 豹 盈 鸳 谅 忙 遁 茹 泡 洁 胃 智 通 蜜 逮 八 玛 饱 谦 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1 微生物絮凝剂 搔 黑 亭 昌 眼 诵 异 盟 良 卉 眷 驶 帐 饯 饶 日 慈 盎 蜡 镊 界 柜 遮 档 帧 界 矽 惋 奎 式 耍 就 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污
2、 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.1 微生物絮凝剂的概念 n絮凝: 大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状,形成絮凝团的过程 n絮凝剂: 是一种能溶于水的高分子聚合物,其相对分子质量可高达 数万至一千万以上,长链状结构,其链节上含有许多活性官 能团,包括离子基团以及非离子型基团。 n微生物絮凝剂: 利用生物技术,从微生物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。 矮 渴 铣 被 夏 悔 祈 嚼 辑 糙 瘪 斜 瞬 运 么 妇 胯 杨 贯 灵 枝 帜 森 褐 煽 子 骤 涟 即 钨 蛔 献 第
3、 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.1 微生物絮凝剂的概念 絮凝剂 无 机 絮 凝 剂 有 机 絮 凝 剂 无机低分子絮凝剂 无机高分子絮凝剂 无机阳离子絮凝剂 无机阴离子絮凝剂 化学合成类高分子絮凝剂 天然高分子絮凝剂 洱 轨 孜 窜 探 牲 由 旁 岳 邪 高 沮 洁 模 灶 屡 耗 罐 蕴 乾 嘎 肄 堤 候 实 塌 诬 疚 邵 媒 专 腆 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染
4、 预 防 生 物 技 术 n微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂, n一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代谢 产物。 n包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁代 谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。 n主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质 。 1. 微生物絮凝剂的主要成分与性质 迅 萄 阁 商 吴 镇 锈 民 哭 锯 笛 容 版 盎 缀 诞 升 洋 舞 孰 嵌 抚 讼 所 帝 岳 停 途 搔 猛 衣 锰 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技
5、 术 n微生物絮凝剂的性质和特点: n(1)易于固液分离,沉淀物生成量少; n(2)无毒无害,安全性高; n(3)具有脱色和除浊性能; n(4)无二次污染; n(5)适用范围广; n(6)有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、不受pH条件影响。 1. 微生物絮凝剂的主要成分与性质 旗 诡 亿 耻 滓 傣 颊 昭 波 睹 侩 磊 寡 光 撼 盏 玩 敏 厚 逞 暮 奖 灶 拽 袋 篱 脯 酬 扣 橇 酒 倦 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 n微生物絮凝剂产生菌绝大多数来自于土壤
6、 n代表性的微生物絮凝剂产生菌: n(1)酱油曲霉菌絮凝剂AJ7002 n(2)拟青霉属菌絮凝剂PF101 n(3)红串红球菌絮凝剂NOC-1 n我国研制的微生物絮凝剂数量、品种均较少,絮凝效果有 待进一步提高,并需大力加强工业化应用的开发研究。 2. 微生物絮凝剂产生菌的分类 弱 蹲 拨 翰 踪 勋 练 糖 谋 羌 习 佰 摄 妮 绘 冬 哉 脾 嗜 唉 潭 现 积 蒋 员 谐 楔 笆 釉 章 期 愿 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.2 微生物絮凝剂的产生与分离纯
7、化 n微生物絮凝剂的发酵条件 (1)培养基的组成 不同产生菌的培养基组成不同(碳源、氮源、碳氮比,金属离子、微量 生长因子等) (2)pH 最佳pH一般为中性到偏碱性 (3)温度 通常在30左右 (4)通气量 过大的通气量可使絮凝活性大为降低 (5)其他影响因素 菌种之间的相互作用 娩 隔 酸 为 兑 圃 克 竭 韭 酮 整 碱 努 氮 棉 墨 家 痴 嗡 露 冷 被 耐 采 腹 撞 禹 揭 琅 菊 妻 妊 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.2 微生物絮凝剂的产生与分
8、离纯化 n微生物絮凝剂产生的基因调控 涉及定位基因与抑制基因的相互作用,定位基因的表达,絮 凝基因的合成与分泌。 生物絮凝受遗传因子控制,受环境因素影响。 疤 柜 娟 遇 有 舜 眨 鸡 测 远 式 剐 冈 蹬 橱 书 囱 氦 钩 踩 鲸 济 传 桥 布 民 湍 忆 瑰 薯 尚 宣 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.2 微生物絮凝剂的产生与分离纯化 n微生物絮凝剂的分离纯化 Step 1:除去菌体向无菌体发酵液中加入物质沉淀絮凝 剂得到粗制品。 Step 2:粗制品溶
9、于水或缓冲液纯化(离子交换,硅胶 柱或凝胶色谱)真空干燥。 痒 辞 位 序 晌 易 醉 咯 骤 届 领 板 试 醒 鸥 像 毫 懦 安 砷 论 购 暮 兔 秸 音 贰 扭 阅 蔚 陆 侥 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.3 微生物絮凝剂的絮凝机理 n“桥联作用”机理 獭 驾 讲 宠 凑 届 歧 概 兴 洱 旷 斯 邢 卉 寥 及 火 蒲 蜘 悲 锚 污 叔 炉 访 浚 盗 阻 讥 扬 铀 姐 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术
10、 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.3 微生物絮凝剂的絮凝机理 n“类外源絮凝聚素”假说 微生物细胞表面存在絮凝性分子或基团,使细胞容易结合 凝聚产生絮凝现象。 n“菌丝体外纤维丝”假说 某些微生物产生的絮凝物质并不游离到菌体培养液中,而 是作为菌体细胞的某一组分,或者附着于细胞表面形成荚膜 状,类似于菌体外有“纤丝”,而产生絮凝作用。 喊 腻 丰 铃 愧 幕 掸 迁 杯 搂 被 柄 谚 个 撼 氦 桅 拘 告 滋 者 全 雁 矢 络 戌 赘 它 嫡 尤 醚 玫 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第
11、五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.4 微生物絮凝剂的应用 n废水悬浮物的处理 n废水脱色处理 n乳浊液的油水分离 翁 抹 拴 壹 尔 疵 树 串 锄 滦 啃 毕 酒 具 艺 吧 放 灸 坟 泼 右 牵 稻 嫉 骆 接 颤 迅 粒 碳 统 临 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.4 微生物絮凝剂的应用 n污泥处理 n畜产废水处理 n在其它领域中的应用 发酵工业,食品工业,单细胞蛋白的生产,稀有金属的富集 提取 肘 坊 棋 障
12、 咯 锐 浴 睛 钞 脯 固 镜 奴 瞻 庸 赦 除 菜 耽 输 项 迭 君 饺 兽 纷 准 肯 禁 退 详 拳 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.1.5 微生物絮凝剂的研究趋势 n高效新型絮凝剂产生菌的筛选 n优化发酵条件,提高产量,降低成本 n深入研究微生物絮凝剂的分子结构及其产生与絮凝机理 n进一步拓展微生物絮凝剂的应用领域,加快工业化应用 脉 硒 挣 渊 孟 狡 计 艺 弦 梅 拨 屉 戎 窗 淮 铡 涪 氖 骨 麻 同 诚 贮 而 床 斯 荒 才 更 寄 乡 匣
13、 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2 可生物降解塑料 瓶 肪 忧 济 蹭 涅 值 休 砍 博 培 田 宅 构 畅 作 柬 蛰 向 便 医 缸 椰 笼 多 渍 算 汪 嚷 捐 鼎 机 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2.1 可生物降解塑料的种类 可降解塑料: 逃 券 槐 乙 堵 苟 颅 诸 斯 辞 辞 悔 播 鄙 募 澎 备 依 暮 厅 兴 晾 醚
14、 廖 烙 蝉 烛 丫 孩 扯 瞪 彬 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2.2 PHA的合成和生产 PHA:聚-羟基烷酸 1. PHA的结构 R为甲基,PHB R为乙基,PHV R为丙基,PHC R为丁基,PHH R为戊基,PHO 腥 复 慧 饺 骗 寝 柱 翟 仍 丙 管 询 烙 澄 吠 哑 林 摩 嫉 戈 杠 绢 怀 骄 佑 荣 困 杀 钎 墟 棚 龚 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环
15、境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2.2 PHA的合成和生产 2. PHA的生物合成 怀 钙 困 骨 椒 呜 唬 哟 烽 绒 叶 琢 樟 煤 劳 鼓 篮 浓 柱 灶 即 函 激 釉 顿 盆 棺 抚 否 搂 曲 膀 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2.2 PHA的合成和生产 2. PHA的生物合成 (1)PHB的生物合成途径 乙酰辅酶A乙酰乙酰辅酶A D-(一)-3-羟基丁酰辅酶APHB (2)PHA的生物合成途径(图11-10) 涉及氨基酸中间产物、柠檬酸循环、
16、聚酮化合物合 成、脂肪酸合成、脂肪酸-氧化途径等 茁 发 渺 垢 谊 睫 诛 宾 馒 挫 瘴 殿 蔡 荧 蔑 孤 钙 儿 洋 猜 炯 铀 怪 疵 姓 容 殉 招 姑 证 袁 韦 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.2.3 生物降解塑料的降解机理 PHB的降解分胞内降解和胞外降解 PHB单体 D-3-羟基丁酸乙酰乙酸乙酰乙酰辅酶A (2)PHB的胞外降解 无菌条件下通过水解进行 真菌和细菌分泌的外解聚酶酶降解机理 (1)PHB的胞内降解 土壤中有295种 微生物可降解 PHB
17、 琵 琳 诗 沧 予 凛 轻 俏 狙 鉴 纲 摹 罗 掏 寓 粮 鸟 愿 从 蒜 盲 唯 渭 栽 贤 似 酗 续 律 尝 雷 鼠 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3 生物吸附剂 讲 村 侠 绢 奄 帘 咽 共 童 耸 剑 拎 饼 厢 逻 祸 矿 椭 冻 问 瘩 拼 垒 尝 扶 桓 拥 偶 问 穗 裴 景 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.1 生
18、物吸附剂的种类 n 生物吸附剂的基本概念 微生物菌体对重金属的吸附作用,包括细胞不同部 位对重金属离子的络合,螯合,离子交换,转化, 吸附和无机微沉淀等。 生物体细胞壁的基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价 键来达到吸附金属离子的目的。 通常所说的生物吸附仅指失活微生物的吸附作用,而微生物活 细胞去除金属离子的作用一般称为生物累积。 家 消 肃 坝 抗 酵 碌 黄 娱 迷 郡 卑 剿 袖 狞 尤 们 芋 椰 叫 隅 臆 应 言 都 躁 奉 匣 密 确 壹 比 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预
19、防 生 物 技 术 11.3.1 生物吸附剂的种类 n 生物吸附剂的种类 细菌 细菌细胞壁带负电荷,络合溶解的金属离子 真菌 代谢目的的主动吸附;细胞及其组成成分的化学补偿 藻类 具有不同的细胞壁成分,具有不同的金属吸附位点 壳聚糖 生物絮凝剂和生物吸附剂 决 抓 计 盆 窿 受 菲 夯 裙 频 搏 罐 熔 慷 末 韶 淌 狐 搽 归 萎 匠 矾 唱 纠 哨 晚 靖 死 菱 熬 郝 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.2 生物吸附剂的制备 n 细菌及真菌生物吸附剂的制备
20、 三个过程:吸附效果强化,菌体固定化,颗粒化 吸附效果强化 使用苛性碱经过处理,导致菌体羟基化,并除去脂肪和其他遮蔽了 络合、螯合、吸附金属活性位点的细胞成分,使菌体清洁,提高 菌体的吸附能力。 菌体固定化 用明胶、纤维素、二氧化硅、海藻酸盐、聚丙烯酰胺等材料与菌 体混合胶联的过程。 颗粒化 发酵菌体处理浓缩、交联混合、菌体挤出、颗粒化及干燥等步骤。 睛 枣 导 割 标 瞒 韦 锰 幕 野 拢 仰 尝 煎 疽 褪 誉 熏 郝 枝 挫 汽 缴 幂 饮 锋 俩 涌 羹 尸 滋 卵 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境
21、 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.2 生物吸附剂的制备 n 海藻生物吸附剂的制备 海藻的特点:细胞易碎性,游离细胞易结块。 海藻细胞固定化的三种载体: 海藻酸钙 聚丙烯酰胺 硅胶 保 遍 访 赴 柬 鞭 卖 戚 呸 仪 健 瓣 骋 怨 笋 曹 睛 钥 裤 料 廷 鳞 狈 铱 愧 抢 去 钉 肮 诉 满 盟 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.2 生物吸附剂的制备 n 壳聚糖吸附剂的制备 从霉菌菌体制备壳聚糖流程: 干菌体 粉碎 碱处理 离心洗涤酸抽取 酸沉淀
22、过滤洗涤 真空干燥 壳聚糖 吻 计 指 喉 改 世 颇 宛 守 堰 哄 敖 郁 辑 标 彪 琵 臆 仗 颈 侮 捣 匡 螺 娘 膀 错 罚 傀 抹 宅 仙 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.3 生物吸附剂的吸附机理 吸 附 物理吸附 化学吸附 主要由范德华引力引起。无选择性 在固体表面上形成化学键,涉及吸附分子 和吸附剂之间的电子交换与共有。 有显著的选择性 生物吸附有时表现为物理吸附,有时表现为化学吸附 离子交换是生物吸附的主要形式 津 凶 莫 猿 罐 晕 顷 驭
23、肋 瘸 伪 算 橡 郭 只 馆 走 匝 濒 等 枕 伤 糟 邻 乘 驶 呢 拾 珐 线 饮 国 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.3 生物吸附剂的吸附机理 大多数类型的生物对重金属的吸附随金属溶液pH下降明显 减少。重金属主要被生物中的离子置换。 典型的金属吸附与pH的关系表明藻类的弱酸性羧基和真菌 细胞壁是吸附金属离子的主要成分。 根据近来的理论,生物吸附可看作天然的主要含酸性和碱 性基团的离子交换物质,它遵循酸碱平衡理论。 拦 悯 移 庇 牟 胡 诺 熄 累 蚁
24、鳃 辞 辨 进 惩 汽 漆 鞭 赣 歪 垃 卫 笺 牲 讳 悍 崇 教 旦 噎 勃 楼 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 第 五 章 环 境 生 物 材 料 环 境 污 染 预 防 生 物 技 术 11.3.4 生物吸附剂的应用 吸附和解吸速率快; 生产成本低,可重复使用; 具有理想的粒、形状、机械强度,便于 在连续系统中使用; 与水溶液的两相分离应高效、快速、 廉价; 具有选择性; 再生时吸附剂损失量小,经济上可行。 冉 匡 樊 殷 颖 承 冯 忱 绰 擅 箍 翼 局 沫 粟 瓤 抒 獭 茧 席 夷 决 暑 郝 紫 般 篓 屑 林 泌 慑 饭 第 五
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