生物技術(shù)與能源環(huán)境

2023/2/6110.2生物技術(shù)

與能源環(huán)境2023/2/62能源分為不可再生能源和可再生能源不可再生能源：煤、石油、天然氣可再生能源：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能、海洋能和水?023/2/6321世紀(jì)所面臨的最大難題及困境可能不是戰(zhàn)爭與食品，而是能源。專家預(yù)測，煤、石油、天然氣的可使用有效年限為100-120年、30-50年和18-30年?；茉吹牟粩嗪谋M，設(shè)法利用新技術(shù)創(chuàng)造更多的能源并替代不可再生的化石燃料，用于滿足人類生存需求，將是人類尋找新能源的明智做法。利用生物技術(shù)提高不可再生能源的開采率及創(chuàng)造更多可再生能源將是目前提高產(chǎn)能的有效技術(shù)之一。2023/2/64微生物勘探石油常規(guī)方法：地震法、地球物理法和地球化學(xué)法

20世紀(jì)60年代以來發(fā)展的微生物法

微生物技術(shù)與石油開采2023/2/65

油區(qū)底土中的重?zé)N含量與季節(jié)變化存在一定聯(lián)系，這種聯(lián)系與微生物相關(guān)。油氣田中的氣態(tài)烴可借擴(kuò)散方式抵達(dá)地面，地表底土中存在能利用氣態(tài)烴為碳源的微生物。這些微生物在土壤中的含量與底土中的烴濃度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，可作為勘探地下油氣田的指示菌。微生物石油勘探技術(shù)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)2023/2/6620世紀(jì)40年代到60年代期間，美國、前蘇聯(lián)、原捷克斯洛伐克、波蘭、匈牙利和日本等國都用微生物法進(jìn)行油區(qū)及非油區(qū)、已知油區(qū)及未知油區(qū)的勘探及普查，獲得可喜效果。1957年，用微生物勘探確認(rèn)的16個(gè)油礦中，其中13個(gè)有開采價(jià)值的油氣田，另外3個(gè)是無開采價(jià)值的油氣田，油氣區(qū)準(zhǔn)確率為100%，有投產(chǎn)價(jià)值的準(zhǔn)確率高達(dá)80%。1966年Butler報(bào)道了把能利用氣態(tài)烴的氧化菌的細(xì)胞漿提取液注入動(dòng)物體內(nèi)，并提取含抗體的血清，緊接著用抗血清與待測土壤洗滌液作用，檢測土壤中利用烴的微生物。2023/2/67采油基本原理：石油通過油層的壓力自發(fā)沿油井的管道向上流出、噴出或被抽出。這是一次采油，僅占油田石油總儲(chǔ)存量的1/3。強(qiáng)化注水是二次采油廣泛應(yīng)用的有效增產(chǎn)措施，主要目的是提高油層壓力，可使采油量由原來的30%增加到40-50%。微生物采油也是二次采油的重要技術(shù)，基本要點(diǎn)是利用微生物能在油層中發(fā)酵并產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)及H2、CO2及CH4等氣體的生理特點(diǎn)。采油量可提高20-25%，有時(shí)甚至高達(dá)30%-34%。微生物二次采油技術(shù)2023/2/68美國得克薩斯州一口40年井齡的油井中，加入蜜糖和微生物混合物，然后封閉，經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵后，井內(nèi)壓力增加，出油量提高近5倍。澳大利亞聯(lián)保科學(xué)研究院和工業(yè)研究所組織的地學(xué)勘探隊(duì)也曾利用細(xì)菌發(fā)酵工藝使油井產(chǎn)量提高近50%，并使增產(chǎn)率保持了1年。英國某公司也曾在英格蘭南部的石油開發(fā)區(qū)中用細(xì)菌發(fā)酵技術(shù)使產(chǎn)油率提高近20%。2023/2/69二次采油后，油層中仍有占原油田總油氣量的30%-40%，需要進(jìn)行三次開采。原理：利用分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建能產(chǎn)生大量CO2和甲烷等氣體的基因工程菌株，把這些菌體連同它們所需的培養(yǎng)基一起注入到油層中，目的是讓這些工程菌能在油層中不僅產(chǎn)生氣體增加井壓，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,使原油從巖石中、沙土中松開,黏度減低,從而提高采油量。目的：進(jìn)一步降低石油與水之間的粘度差，減輕由注入的水不均勻推進(jìn)所產(chǎn)生的死油塊現(xiàn)象，讓注入水在滲透率不一致的油層中均勻推進(jìn)，增加水驅(qū)的掃油面積，從而提高油田的采油率，并能延長油井的壽命。微生物三次采油2023/2/6102023/2/611利用乳酸桿菌屬中的一些菌株發(fā)酵葡萄糖，生成葡聚糖，利用腸膜狀明串珠菌發(fā)酵生產(chǎn)葡聚糖。把葡聚糖加入注水油田的水中，使油水之間的黏度差降低，從而提高產(chǎn)量。利用黃單胞菌屬發(fā)酵生產(chǎn)雜多糖，在雜多糖加入甲醛改性后，作為增黏劑與水混合注入井中，該混合物有耐熱特點(diǎn)，能進(jìn)一步增強(qiáng)油、水之間的溶解度，減少產(chǎn)生死油塊現(xiàn)象。利用產(chǎn)酸菌大量發(fā)酵含酸性的代謝產(chǎn)物（如檸檬酸等），然后把這酸性物質(zhì)加入到即將注入油田的水中，提高注入水的酸度，從而減輕地層堵塞現(xiàn)象，提高采收率。2023/2/6121981年美國因利用微生物發(fā)酵技術(shù)多產(chǎn)油2000萬桶，價(jià)值6億美元。1989年，前蘇聯(lián)《能源》刊物介紹，在鉆井的同時(shí)給油層注入細(xì)菌，通過菌體發(fā)酵的代謝產(chǎn)物來改善水和油的黏度差及增加水驅(qū)油的能力，從而大大提高了原油的流動(dòng)性，進(jìn)一步提高石油的開采率。加拿大艾伯塔省，1/3的油井及東海岸50%的油井的油層中有許多窄孔，油層溫度60℃，適合高溫細(xì)菌繁殖，均可用微生物采油法開采。1982年起，大慶油田就使用了聚合物驅(qū)油技術(shù)采油，它比水驅(qū)油的采油率提高了十幾個(gè)百分點(diǎn)，但仍有一半的石油深藏地下無法開采?，F(xiàn)已篩選出近百株采油微生物菌株，部分應(yīng)用與現(xiàn)場驅(qū)油，石油采收率增加9個(gè)百分點(diǎn)。2023/2/613未來石油的替代物——乙醇乙醇燃料汽車石油是目前世界上最主要的能源，隨著大量消耗，資源枯竭，科學(xué)家努力進(jìn)行石油的替代物研究和推廣應(yīng)用。從許多產(chǎn)能的技術(shù)和效益來看，乙醇將是未來石油的替代物。乙醇作為燃料的益處：產(chǎn)能效率高不生成一氧化碳可通過微生物大量發(fā)酵生產(chǎn)，成本相對(duì)低2023/2/614常用原材料:蔗糖或淀粉

微生物:酵母菌

關(guān)鍵酶:蔗糖水解酶和酒化酶酵母菌傳統(tǒng)的乙醇發(fā)酵2023/2/615蔗糖水解酶能將蔗糖水解為單糖。酒化酶是胞內(nèi)參與乙醇發(fā)酵的多種酶總稱，單糖必須透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，在酒化酶的作用下進(jìn)行厭氧發(fā)酵并轉(zhuǎn)化成乙醇及CO2，而后乙醇及CO2通過細(xì)胞膜被排出體外。2023/2/616大量工業(yè)乙醇都可用石油的衍生物加工而獲得，不必靠微生物發(fā)酵合成。發(fā)達(dá)國家仍利用他們的強(qiáng)大財(cái)力和先進(jìn)的合成工藝采用化學(xué)法生產(chǎn)乙醇，發(fā)展中國家由于原材料廉價(jià)，采用傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇。2023/2/617乙醇替代汽油實(shí)例第二次世界大戰(zhàn)期間，歐洲就曾用混有少量甲醇的乙醇作為摩托車的燃油。福特公司設(shè)計(jì)了可用乙醇、汽油或兩者混合燃料的汽車。2023/2/618巴西是盛產(chǎn)甘蔗的國家，也是利用發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇替代部分石油的典型國家。20世紀(jì)80年代初，巴西每年約有4000兆升的乙醇出口。1985年止，巴西乙醇產(chǎn)量為11900兆升，出售的汽車中的3/4是用乙醇作燃料的。在1000萬輛車中有120萬輛完全使用乙醇，其余的使用含23%乙醇的混合汽油。1988年88%的新轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)使用乙醇。A.用于化學(xué)工業(yè)的乙醇產(chǎn)量;B.用于汽油混合和替代品的乙醇產(chǎn)量

產(chǎn)量（10億升）2023/2/619河南省的車用乙醇汽油試點(diǎn)工作經(jīng)歷了試用（2001.6-2002.6）和使用試點(diǎn)（2002.6-2003.6）兩個(gè)階段。期間，3個(gè)城市先后有710座加油站和20萬輛汽車、19萬輛摩托車參加試點(diǎn)。2003年6月試點(diǎn)結(jié)束，累計(jì)銷售車用乙醇汽油17.6萬噸。使用乙醇汽油比使用同牌號(hào)普通汽油汽車的尾氣中，CO下降超過30%，碳?xì)浠衔锵陆?0%，苯系物明顯減少，氮氧化合物基本不變。2023/2/620烏拉圭種植65萬公頃的甜高粱并用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其產(chǎn)量可替代大約45%的石油。非洲的馬拉維杜瓜酒廠早在1982年就投產(chǎn)生產(chǎn)乙醇并用于燃料。它的年產(chǎn)量為1000萬升，占該國每年市場所需汽油量的20%。2023/2/621乙醇代替石油的困境

生產(chǎn)乙醇燃料的原材料淀粉類纖維素類糖類其他玉米木材蔗糖菜花高粱木屑甜高粱葡萄小麥廢紙?zhí)敲巯憬洞篼溕謿埩粑锾鸩巳槔夷臼磙r(nóng)業(yè)殘留物飼料甜菜乳漿土豆固體廢物甘蔗硫化廢物紅薯產(chǎn)品廢物葡萄糖

2023/2/622全球可利用土地資源日益減少，糧食供應(yīng)仍是一大問題，因此以糧食為原料大量生產(chǎn)乙醇將受到限制。糧食生產(chǎn)成本較高，可能增加乙醇生產(chǎn)的成本，使乙醇價(jià)格明顯高于石油價(jià)格。使用農(nóng)作物剩余物及森林廢棄物發(fā)酵乙醇將是解決途徑，如利用纖維素類作為原材料。2023/2/623廣東中能酒精有限公司進(jìn)行中試，并測算了甘蔗經(jīng)加工后生產(chǎn)乙醇的成本約為2873元/噸，低于當(dāng)時(shí)汽油成本（3400元/噸），而選用玉米和木薯的生產(chǎn)成本分別為5060元/噸和4300元/噸。2023/2/624

國內(nèi)外許多生產(chǎn)乙醇的高活性菌株不能利用纖維素為發(fā)酵底物，必須進(jìn)行一系列酸、堿處理，轉(zhuǎn)化成微生物可利用的糖類，如蔗糖、葡萄糖?；瘜W(xué)降解技術(shù)酶解法降解技術(shù)葡聚糖內(nèi)切酶纖維二糖水解酶

β-葡萄糖酶纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇微生物混合發(fā)酵法熱纖梭菌，能分解纖維素，但乙醇產(chǎn)量低熱硫化氫梭菌不能直接利用纖維素，產(chǎn)出的乙醇量相當(dāng)高。2023/2/6252023/2/626

把能水解纖維素的一個(gè)葡聚糖內(nèi)切酶基因和一個(gè)β-葡萄糖苷酶基因克隆在能產(chǎn)生乙醇的菌株中，并研究該菌株利用纖維素作原料的情況。把能產(chǎn)生乙醇的基因克隆到能降解纖維素，但不能生產(chǎn)乙醇的菌株中。基因工程技術(shù)植物“石油”植物界存在許多能產(chǎn)石油的植物，屬于橡膠樹的近緣，汁液豐富，有較高比例的碳?xì)浠衔铮赏ㄟ^加工液汁，與汽油混合作為動(dòng)力機(jī)的燃料。美國加州發(fā)現(xiàn)一種能產(chǎn)油的蘭桉樹，含油量占樹重量的1.2%。亞馬孫河流的“苦配巴”喬木產(chǎn)的黃金色油狀樹汁，成分接近柴油，可不經(jīng)加工直接用于大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械、卡車和發(fā)電機(jī)。2023/2/627我國海南的油楠喬木，可年產(chǎn)10-25kg的“柴油”。科學(xué)家還篩選出30種“能源草”，如黃鼠草可用于提煉石油，每公頃能提煉出1頓石油。2023/2/628油料作物許多植物能提取出植物油，如向日葵、棕櫚、花生、玉米、油菜籽等。歐洲用改良的油菜種子油作為一種內(nèi)燃機(jī)燃料的替代物，并獲得相當(dāng)可觀的利潤。我國培育的油菜新品系，畝產(chǎn)200kg，產(chǎn)油量100kg。如果將我國的冬閑農(nóng)田（3億－4億畝）種植油菜，可年產(chǎn)4000萬噸生物柴油，效益相當(dāng)于1－2個(gè)可再生的人工大慶油田。藻類產(chǎn)油藻類能產(chǎn)生大量的酯類，可用來制造柴油和汽油。美國的太陽能研究所中一個(gè)直徑20m的池塘年產(chǎn)藻4噸多，可產(chǎn)3000多升柴油。利用工程微藻產(chǎn)油優(yōu)勢(shì)：微藻生產(chǎn)能力高，可用海水做培養(yǎng)，節(jié)省農(nóng)業(yè)資源；酯類物質(zhì)含量比陸生植物高幾十倍；產(chǎn)油不含硫，對(duì)環(huán)境污染小。2023/2/633

3.1生產(chǎn)甲烷的生化機(jī)理厭氧微生物生產(chǎn)甲烷途徑

初步反應(yīng)：利用芽孢桿菌屬(Bacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)及變形桿菌屬(Proteus)等微生物把纖維素、脂肪和蛋白質(zhì)等很粗糙的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性的混合組分。

微生物發(fā)酵過程：低分子質(zhì)量的可溶性組分通過微生物厭氧發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸。

甲烷形成：通過甲烷菌把這些有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷及CO2。

傳統(tǒng)可再生能源——甲烷2023/2/634

家庭式甲烷發(fā)酵生產(chǎn)示意圖發(fā)酵池結(jié)構(gòu)

甲烷發(fā)酵10kg的干燥有機(jī)物能產(chǎn)生3m3的氣體，能提供3h的炊煮、3h的照明或10h適當(dāng)?shù)睦鋬鲈O(shè)備工作。2023/2/635原材料與甲烷產(chǎn)量

農(nóng)村常用發(fā)酵生產(chǎn)甲烷的原料及沼氣產(chǎn)量原料名稱每噸干物質(zhì)產(chǎn)沼氣量（m3）甲烷含量/%

豬糞60055

牲畜糞便30060

酒廠廢水50048

廢物污泥40050

麥稈30060

青草63070甲烷生產(chǎn)原料2023/2/636

我國是沼氣生產(chǎn)最大量的國家，生產(chǎn)量高達(dá)7×106生物氣單位，相當(dāng)于22×106噸煤的能量。印度也是一個(gè)生產(chǎn)沼氣的大國。按印度現(xiàn)有沼氣的發(fā)展計(jì)劃及規(guī)模，預(yù)測到2015年前，可建立1千萬～2千萬個(gè)沼氣池，到時(shí)印度的燃料源很可能以沼氣為主。甲烷應(yīng)用實(shí)例氫氣能源是可燃?xì)庵凶罾硐氲臍怏w燃料之一，因?yàn)闅錃馊紵尫艧崃肯喈?dāng)于汽油的3倍之外，燃燒剩余物為水，是綠色燃料。早期制氫分為兩類：利用熱物理化學(xué)原理與技術(shù)制氫，如生物質(zhì)氣化制氫，超臨界轉(zhuǎn)化制氫，高溫分解制氫；基于生物質(zhì)的甲烷、甲醇、乙醇轉(zhuǎn)化制氫。利用生物途徑轉(zhuǎn)換制氫，如微生物發(fā)酵、直接生物光分解等。未來新能源--氫能2023/2/638產(chǎn)氫的光合微生物可分為藻類及非藻類常見產(chǎn)氫非光合微生物厭氧菌：巴氏梭菌、產(chǎn)氣微球菌、雷氏丁酸桿菌、克氏桿菌等。兼性厭氧菌：大腸桿菌、嗜水氣單胞菌、軟化芽胞桿菌、多粘芽胞桿菌等。

顫藻常見的產(chǎn)氫微生物2023/2/639

葉綠體膜及氫化酶等組分混合反應(yīng)產(chǎn)氫示意圖產(chǎn)氫生化機(jī)理生物燃料電池多數(shù)由微生物參與反應(yīng)構(gòu)成，利用微生物的代謝產(chǎn)物作為物理電極活性物質(zhì)，引起原物理電極的電極電位偏移，增加電位差，從而獲得電能。1910年英國Potter把酵母放入含有葡萄糖的培養(yǎng)基進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，其產(chǎn)物在鉑電極上能顯示出0.3－0.5V的開路電壓和0.2mA的的電流。生物燃料電池可分為3類：產(chǎn)物燃料電池：利用微生物發(fā)酵并分泌出具有電極活性的代謝產(chǎn)物（H2）來構(gòu)成不同的電極電位，并提供電能。去極化生物燃料電池：利用分別固定在電極上的微生物、酶、組織、細(xì)胞和抗體等生物組分，參與電化學(xué)反應(yīng)并提供的電壓和電能。再生生物燃料電池：利用生物組分將原有的電化學(xué)活性的化合物再生，再生的化合物與電極發(fā)生相互作用并產(chǎn)生一定的電壓和電流。生物技術(shù)與環(huán)境人口快速增長，自然資源大量消耗，全球環(huán)境急劇惡化：水資源短缺、土壤荒漠化、有毒化學(xué)品污染、臭氧層破壞、酸雨肆虐、物種滅絕、森林減少等，對(duì)人類的生存和發(fā)展提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。20世紀(jì)80年代末期，環(huán)境生物技術(shù)誕生，通過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，建立降低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝，或者能夠高效凈化環(huán)境污染，同時(shí)又產(chǎn)生有用物質(zhì)的工程技術(shù)。環(huán)境生物技術(shù)的研究內(nèi)容分為三個(gè)層次:高層次生物技術(shù)，是指以基因工程為主導(dǎo)的現(xiàn)代污染防治生物技術(shù)．如構(gòu)建降解殺蟲劑、除草劑、多環(huán)芳烴類化合物等污染物的高效基因工程菌，創(chuàng)造抗污染型轉(zhuǎn)基因植物等。中層次生物技術(shù)，主要包括一些傳統(tǒng)的污染治理方法，如污水處理的活性污泥法、生物膜法，及其在新的理論和技術(shù)背景下產(chǎn)生出的強(qiáng)化處理技術(shù)和工藝。低層次生物技術(shù)是指氧化塘、人工濕地、生態(tài)工程及厭氧發(fā)酵等處理技術(shù)。應(yīng)該指出的是,環(huán)境生物技術(shù)中的三個(gè)層次沒有重要與不重要之分。環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用污水處理大氣凈化固體廢棄物的生物處理污染環(huán)境的生物修復(fù)污水處理水是生命之源，水資源短缺已成為21世紀(jì)人類面臨的最為嚴(yán)峻的資源問題。全世界只有1/4的人群能飲用到合乎標(biāo)準(zhǔn)的凈水，1/3的人口沒有安全用水，缺水形勢(shì)非常嚴(yán)重。我國人口占世界的22％，淡水資源只有世界的7％，人均供水量只有世界人均占有量的1/4，居世界第109位，是13個(gè)貧水國之一。目前世界各國將城市污水凈化回用作為解決缺水問題的首選方案。美國155個(gè)城市中，給水水源中每30m3水中就有1m3是污水處理系統(tǒng)排出的。進(jìn)行污水處理的方法有：物理法、化學(xué)法和生物法。常見的生物方法包括穩(wěn)定塘法、人工濕地處理系統(tǒng)法、污水處理土地系統(tǒng)法、活性污泥處理法和生物膜處理法等。穩(wěn)定塘法源于早期的氧化塘，指污水中的污染物在池塘處理工程中反應(yīng)速率和去除效果達(dá)到穩(wěn)定地水平。第一座厭氧穩(wěn)定塘是1940年在澳大利亞的一處廢水處理廠中建立的。去污原理：污水或廢水進(jìn)入塘內(nèi)，在細(xì)菌和藻類等多種生物的作用下發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)（如分解、硝化和光合等），達(dá)到降低有機(jī)污染成分的目的。特點(diǎn)：技術(shù)難度低、操作簡便、維持費(fèi)用少，但占地面積大。人工濕地處理系統(tǒng)法1974年原聯(lián)邦德國首先建造人工濕地。特點(diǎn)：出水水質(zhì)好，具有較強(qiáng)的氮磷處理能力，運(yùn)行維護(hù)管理方便，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，比較適合管理水平不高、水處理量及水質(zhì)變化不大的城郊或鄉(xiāng)村。人工濕地由土壤和礫石等混合結(jié)構(gòu)的填料床組成，填料表面和植物根系中生長了大量的微生物形成生物膜，廢水流經(jīng)時(shí)，固態(tài)懸浮物被填料及根系阻擋截留，有機(jī)質(zhì)通過生物膜的吸附及異化、同化作用而去除。廢水中的氮磷能作為植物和微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)通過硝化、反硝化及微生物對(duì)磷的過量積累作用而從去除磷，最后通過濕地基質(zhì)的定期更換或收割使污染物從系統(tǒng)中去除。污水處理土地系統(tǒng)法20世紀(jì)60年代后期在各國相繼發(fā)展起來，利用土地及其中的微生物和植物的根系對(duì)污染物的凈化能力來處理污水或廢水，同時(shí)利用其中的水分和肥分來促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設(shè)施。特點(diǎn)：投資少、能耗低、易管理和凈化效果好?；钚晕勰嗵幚矸?914年英國的Ardern和Lockett創(chuàng)立，廣泛用于城市污水和工業(yè)廢水處理。活性污泥是由具有生命活力的多種微生物類群組成的顆粒狀絮絨物，包括細(xì)菌、放線菌、霉菌和原生動(dòng)物等。原理：活性污泥與廢水充分接觸混合后，由于活性污泥顆粒有較大的比表面積，其表面的黏液層能迅速吸附大量的有機(jī)或無機(jī)污染物。吸附過程約在30min內(nèi)即可完成，可去除廢水中70％以上的污染物。生物膜處理法是通過滲濾或過濾生物反應(yīng)器進(jìn)行廢水好氧處理的方法。該系統(tǒng)中，液體流經(jīng)不同的濾床表面，濾床填料可以是石頭、砂礫或塑料網(wǎng)，其表面附著的大量微生物群落形成一層黏液狀膜，即生物膜。大氣凈化工業(yè)化大生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的大氣污染，工業(yè)活動(dòng)排放出的CO2、CO、SO2等大量有害廢氣是地球溫室效應(yīng)和酸雨形成的重要原因，汽車尾氣中的鉛能導(dǎo)致動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)疾病，揮發(fā)的惡臭物質(zhì)會(huì)損傷人類的嗅覺器官。大氣凈化生物技術(shù)原理：將污染氣體與水體充分混合，使污染氣體分子轉(zhuǎn)化為液相成分，然后利用生物，尤其是微生物的生理代謝機(jī)能來凈化液相污染成分。常用方法：生物過濾、生物洗滌和生物吸收等。采用的生物反應(yīng)器包括生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。生物凈氣塔廢氣進(jìn)入滌氣室后向上移動(dòng)，與滌氣室上方噴淋柱噴灑的細(xì)小水珠充分接觸混合，使廢氣中的污染物和氧氣轉(zhuǎn)入液相，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞。然后利用再生池中的活性淤泥除去液相中的污染物，從而完成凈化空氣的過程。處理含有乙醇、甲醇、芳香族化合物和樹脂等成分的廢氣；由煅燒裝置、鑄造廠和煉油廠排放的含有胺、酚、甲醛和氨氣等成分的廢氣，達(dá)到除臭的目的。滲濾器主體是填充柱，柱內(nèi)填充物的表面生長者大量的微生物種群并由它們形成數(shù)毫米厚的生物膜。廢氣通過填充物時(shí)，其污染成分會(huì)與濕潤的生物膜接觸混合，完成物理吸收和微生物的作用過程。早期主要用于污水處理。生物濾池主要用于消除污水處理廠、化肥廠及其他類似場所產(chǎn)生的廢氣。生物濾池中填充物是微生物的載體，其顆粒表面為微生物大量繁殖后形成的生物膜。常用于生物濾池的菌株有降解芳香族化合物的諾卡式菌、降解三氯甲烷的絲狀真菌和黃桿菌，降解氯乙烯的分枝桿菌。固體廢棄物的生物處理固體廢棄物包括固體生活垃圾和生產(chǎn)廢棄物。1979年以來，城市垃圾平均以每年8.98％的速度增長。目前我國城鎮(zhèn)生活垃圾年產(chǎn)生量超過1.7億噸，占世界垃圾總產(chǎn)生量的26.5%。城市垃圾分類：玻璃、塑料和金屬等可分解的固體有機(jī)物，如紙張、食物垃圾、污泥垃圾、枯枝落葉、大規(guī)模畜牧場和養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢物等。城市垃圾處理方法填埋（微生物參與）堆肥（微生物參與）焚燒填埋技術(shù)將固體廢物存積在大坑或低洼地，并通過科學(xué)的管理來恢復(fù)地貌和維護(hù)生態(tài)平衡的工藝。特點(diǎn)：處理量大、簡便易行、投入少。美英兩國70％以上的垃圾通過填埋技術(shù)處理。選擇填埋場地時(shí)，其底層應(yīng)高出地下水位4m以上，而且填埋地的下層應(yīng)有不透水的巖石或黏土層。填埋場應(yīng)設(shè)置排氣口，使填埋過程中產(chǎn)生的甲烷氣體及時(shí)排出，以防止爆炸起火，同時(shí)便于氣體收集。我國1995年深圳建成第一個(gè)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的危險(xiǎn)廢物填埋場。堆肥法堆肥技術(shù)是給予微生物的生命代謝活動(dòng)，利用微生物的降解作用使得垃圾中的有機(jī)廢料轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，可以用作土壤改良劑或肥料。家庭固體垃圾中可穩(wěn)定降解的有機(jī)物含量高，比較適合堆肥處理。家庭垃圾的分類使得堆肥處理日益廣泛。德國，每年估計(jì)需要200萬噸堆肥，其中108萬噸用于農(nóng)業(yè)，12萬噸用于葡萄栽培，10萬噸用于林業(yè)，36萬噸用作基質(zhì)或土壤，34萬噸用于土壤改良。礦渣的生物淋溶處理生物淋溶技術(shù)主要指微生物冶金或微生物浸礦技術(shù)，應(yīng)用微生物溶浸某些貧礦、廢礦、尾礦或火冶爐渣等，微生物通過溶解作用（即淋溶作用），來回收提取有商業(yè)價(jià)值的貴重金屬或稀有金屬。微生物采礦可防止礦產(chǎn)資源的流失達(dá)到最大限度利用礦藏的目的，還能避免或減少固體廢物對(duì)環(huán)境的污染。低品位礦石淋溶法的耗費(fèi)約為直接融解法的1/3。1958年，用細(xì)菌產(chǎn)生的硫酸高鐵溶液溶浸貧礦石，成功的回收了銅。印度、加拿大、美國、智力和秘魯?shù)葒梦⑸锾崛°~的總量累計(jì)每年30萬噸。美國每年從低品位礦石提取鈾達(dá)4000噸。加拿大和法國用細(xì)菌浸提黃金，53天從375噸黃金礦中提煉出1kg黃金，回收率達(dá)95.6%。污染環(huán)境的生物修復(fù)農(nóng)田耕種時(shí)化肥和農(nóng)藥的大量使用、工廠廢棄化學(xué)物質(zhì)的堆放，油田生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的事故性排放，常常導(dǎo)致土壤和水體污染。生物修復(fù)是利用生物，特別是微生物的代謝活動(dòng)來減少或清除污染環(huán)境中的化學(xué)污染物的過程，涉及生物催化進(jìn)行的降解、去毒或積累作用，并且可用于大面積污染環(huán)境的治理。生物修復(fù)可分為微生物修復(fù)和植物修復(fù)。微生物修復(fù)是調(diào)節(jié)污染地的環(huán)境條件以促使原有微生物或接種微生物的降解作用迅速完全進(jìn)行。植物修復(fù)是通過種植某學(xué)特殊的植物類型以利用植物的吸收、富集或降解作用來達(dá)到降低或去除污染環(huán)境中的污染物的過程。生物修復(fù)方法有兩種：原位生物修復(fù)異位生物修復(fù)原位生物修復(fù)可通過環(huán)境條件的改善或修飾，向環(huán)境提供營養(yǎng)物；接種合適的微生物降解污染物；種植合適的植物類型以吸收或降解污染物。異位修復(fù)需要將污染對(duì)象轉(zhuǎn)移到污染現(xiàn)場之外，移動(dòng)費(fèi)用較大，但處理過程可以控制，可以使用各種類型的生物反應(yīng)器，除污效率較高。生物修復(fù)的應(yīng)用石油污染的生物修復(fù)每年估計(jì)有1000萬噸石油流入海洋，大部分是由于石油的開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及事故性泄漏。石油污染地的生物修復(fù)有兩種方法：增加營養(yǎng)鹽促使土著微生物的生長。1989－1990年利用此方法成功清除了ExxonValdez號(hào)油輪在阿拉斯加灣海岸的漏油，花費(fèi)300萬美元。做法：將某種肥料（N、P營養(yǎng)物）以各種形勢(shì)施與海岸，促經(jīng)該地土著微生物的生長，然后通過微生物的作用把石油降解為低危害的產(chǎn)物，并成為食物鏈的一部分。通過生物反應(yīng)器培養(yǎng)，增加有益微生物的數(shù)量，然后再將這些微生物混合類群接種到污染地進(jìn)行生長繁殖。某些公司已將微生物制成菌劑并商品化，能顯著增加油污的降解速率。石油類生物修復(fù)技術(shù)的限制具有降解作用的土著微生物要能完全適應(yīng)特定的待處理的環(huán)境；引入的外源微生物必須能在新的環(huán)境中成活，同時(shí)能與原有的土著微生物競爭；添加的菌劑必須與污染物緊密接觸，在水生環(huán)境要避免被稀釋。重金屬污染的生物修復(fù)重金屬污染環(huán)境對(duì)人類有嚴(yán)重的毒害作用。貢進(jìn)入人體，隨血液透過血腦屏障損害腦組織；鎘進(jìn)入人體血液，可形成鎘硫蛋白，蓄積在腎、肝等內(nèi)臟器官。因?yàn)榻饘俨荒鼙簧锝到?，只能通過生物的吸收從環(huán)境去除。重金屬污染生物修復(fù)方法生物吸附法：利用廉價(jià)的失活細(xì)胞分離有毒重金屬，適用于工業(yè)廢水的處理和地下水的凈化。藻類、地衣、細(xì)菌等。細(xì)胞表面具有金屬絡(luò)合、配位能力的基團(tuán)（如巰基、羧基等）與吸附的金屬離子形成離子鍵或共價(jià)鍵來達(dá)到吸附金屬離子的目的。生物累積法利用生物細(xì)胞的新陳代謝作用，吸收金屬離子并輸送到細(xì)胞內(nèi)部累積起來，從而達(dá)到去除環(huán)境中的金屬污染物的效果。多選用植物，需要能耐受且能積累重金屬的植物種類。芥子草能大