微生物法应用研究及评价.docx

1、微生物法应用研究及评价2012学年-2013学年第二学期选修课程生物化学期末论文微生物法的应用研究及评价院系：化学与材料科学学院应化系姓名：程楚涵学号：08100260提交日期：2012年6月授课老师：周林目 录1.微生物法的特点 31.1使用成品菌株 31.2使用培养的现场菌株 31.3微生物法的缺点和局限性 42.微生物法的应用 52.1微生物法在煤炭脱硫中的应用 52.2微生物法净化沼气 62.3微生物法处理海上钻井废钻井液 62.4微生物处理秸秆技术 73.微生物法的应用指南 74.总结及评价 8参考文献： 9微生物法的应用研究及评价08100260 程楚涵（南京师范大学化学与材料科学

2、学院 2010级应化专业）摘要：本文阐述了微生物法的优缺点及微生物法目前在煤炭脱硫，净化沼气，处理秸秆等方面中的应用，并对其进行了评价。关键词：微生物法 应用指南 1.微生物法的特点微生物法的主要优点是能迅速提高污染介质中为生物浓度，并可望在短期内提高污染物的生物降解速率。然而，无论使用购买的成品菌株或培养的现场菌株，微生物法均有其不足之处。1.1使用成品菌株据观察，成品菌株有时难以适应已含有多种微生物的污染介质。导致这种现象的原因很多，其中最主要的原因是，菌株从自然环境中分离出来后，在实验室中保存的时间越长，它的适应力就越差，返回自然环境后的存活率也就越低。因此，在选购菌株治理环境污染时，必

3、须查明菌株在实验室的保存时间。1.2使用培养的现场菌株通过大量培养一种或数种采自污染现场具有降解能力的菌株，再将其应用于该污染现场的治理，以克服使用成品菌株的一些局限性。但此法也有其局限性。1.3微生物法的缺点和局限性使用现行的微生物分离方法可能会使所得到的菌株并不十分理想，从而使得实验室分离的有效菌株与污染现场所需治理菌株性能之间存在着一定差距。目前常用的分离方法是：将稀释的污染土样或水样溶液加入含有主要营养物（N、P等）和微量营养物（微量元素）的琼脂培养基平皿上，培养一定时间后，待平民上出现一个或多个菌落是，将单个菌落移入其他含有污染物的琼脂培养基平皿中，此时培养出来的菌落通常可降解相应浓

4、度的污染物，进一步研究这些菌落对污染物的降解能力及其对营养物的需要量，就可筛选并培养出降解能力较强的菌株。微生物法假定在平民中培养起来的微生物是污染现场中具有较强活力和重要重用的菌株，但由于琼脂培养基及培养条件往往对细菌具有选择性，故上述假定并不一定符合实际。微生物法通常在纯培养环境中研究所分离的菌株行为，虽然许多微生物具有降解能力，但当它们处于混合微生物群体中时（如自然界）所表现出来的降解能力与它们处于单独培养时相比会有所不同。因此，许多细菌在治理现场污染时所表现出来的降解能力不如其在实验室的讲解能力强。微生物法不太实用于地下污水层的治理。若将菌株直接投放于地下污水层中，仅能使投放点附近区域

5、的治理效果有所改善。另一特殊局限源于国家政策。美国国家环保局（EPA）为了贯彻执行毒物控制条例（TSCA），制定了一系列条文来指导在生物治理过程如何应用微生物方法。EPA在1988年提出在污染现场使用自然菌落群将视为在释放微生物，因此首先必须得到有关部门的许可1。微生物法优点缺点使用成品菌1 可迅速提高微生物浓度2 可能在短期内提高污染物的生物降解速率1 现场适应和保存可能有困难2 没有地区针对性3 与在实验室比较，菌株在现场的降解能力可能有所下降4 可能需多次添加菌5 在水处理中应用，其应用可能受TSCA条文限制使用培养的现场菌1 可迅速提高微生物浓度2 可能在短期内提高污染物的生物降解速率

6、3 比成品菌具有更强的现场生存能力1 现场适应性差2 与实验室相比，菌株在现场的降解能力可能有所下降3 细菌繁殖可能需较长时间4 在水处理中应用，其应用可能受TSCA条文限制2.微生物法的应用2.1微生物法在煤炭脱硫中的应用由于煤中一般都含有一定量的硫分，从而使煤炭在直接燃烧或加工利用过程中，期中所含的硫分大部分转化为SO2排入大气，造成大气质量的恶化2。生物脱硫是利用微生物的代谢作用将沼气中的硫化物转化为单质硫或者硫代硫酸盐和硫酸盐。迄今为止，发现的能够利用硫化物的微生物主要有光合细菌硫细菌和反硝化细菌。微生物脱硫由于其成本低、环境污染小，能回收有价值的硫等优点应用于工业化已经初见成效。其中

7、单阶段利用硫细菌进行脱硫工艺中的关键环节是氧气添加量。两阶段脱硫工艺更好地解决了因硫细菌好氧的特性而导致沼气中氧气残留问题，具有很好的应用价值。硫细菌脱硫工艺目前已经进行了中试和工业生产试验，效果比较理想，之后仍需不断优化工艺，控制溶氧来提高单质硫的转化率。对光合细菌来说，若能通过光反应器的研究和工艺条件的改善解决光照利用率的问题，那么光合细菌在沼气脱硫上将具有很大的应用价值3。2.2微生物法净化沼气在能源危机的背景下，作为重要生物能源之一的沼气已经越来越受到人们重视。沼气的主要成分是甲烷和CO2，其中甲烷占60%70%，CO2占30%40%，此外，沼气中还含有少量H2S、NH3等。虽然微生物

8、法脱除CO2目前仍没有进行工业化应用，但是某些固碳微生物的固碳能力还是很可观的，比如微藻和氢细菌。如果能解决某些固碳微生物好氧特性给沼气净化带来的问题并且找到合适而低廉的电子供体，则这两种高效固碳微生物用于沼气中的净化是具有很好发展前景的。光合细菌固碳工艺中如果能够解决光照耗损大和提升光合细菌的固碳效率的问题，那么光合细菌在净化沼气中 上有很大的发展潜力。通过基因工程等生物技术也可以使得潜在固碳微生物固碳能力得到提升而用于工业沼气净化4。2.3微生物法处理海上钻井废钻井液含油废弃钻井液的生物处理技术，由于具有经济、对环境影响小、不产生二次污染、就地处理、操作简便等突出优点，受到国内外的普遍关注

9、与重视。含油废弃钻井液处理法有：堆肥法、土地处理法等。堆肥法和土地处理法都不适用于钻井现场，尤其是海上钻井含油废弃物的处理。生物反应器，是一种装有营养介质促进微生物处理含油废弃物的容器56。相对而言，生物反应器法对含油废弃钻井液的处理有较好的适用性，但石油降解菌的降解率不高、影响因素复杂，是这一技术的难点所在712。通过实验将筛选的烃类降解菌培养后接种到生物接触氧化池中。在生化处理开始阶段，原油去除比较彻底，因为一方面烃类降解菌对原油的降解作用，另一方面是生物膜填料对原油有一定的吸附作用而致检测结果偏低。运行4 d后生化池中油含量轻微增加可能是随着细菌代谢产物不断增加，且具有表面活性剂作用，将

10、生物膜填料上吸附的油解吸下来造成的。随着生物膜培养时间的延长，生物膜上形成稳定的生态平衡，生化池中含油量由生化前500 mg/L降至2 mg/L以下，降解率达到98%以上，达到了GB4914-2008海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值对外排物含油量的限值要求13。2.4微生物处理秸秆技术目前，植物秸秆的生物高效综合利用已成为研究的热点，开发潜力很大。利用微生物产酶实现植物秸秆降解得到单糖和低聚糖，再通过微生物发酵得到人类亟需的能源、食物和化工原料，如乙醇、乳酸和香兰素等，从而取代目前用淀粉原料发酵生产的各种产品，以及由化工原料合成生产的部分有机产品。这将有利于推动综合治理环境污染,缓解食物短缺

11、和能源危机，具有重大的社会、经济和生态效益。要实现微生物法综合利用植物秸秆，一方面可以先对植物秸秆组分进行有效分离，然后对各组分进行开发利用；另一方面,可从微生物生态学原理出发，筛选高效降解植物秸秆木质纤维类物质的菌株，科学组合菌株，合理构建混合生态体系(或者利用基因重组技术构建工程菌株)，优化微生物菌株的发酵条件，获得各种高附加值的发酵产物，实现植物秸秆生物量的全利用。我国植物秸秆资源丰富,微生物法综合利用植物秸秆具有其他物理化学方法不可替代的优点，对提高植物秸秆资源利用率，保护环境具有重大的意义。如何实现植物秸秆各组分的有效分离及生物转化，如何提高植物秸秆的降解速率及目的降解产物量是实现植

12、物秸秆产业化综合利用的关键所在。国内外已有人进行利用混合发酵方法提高木质纤维素类酶活性的探索，但都是较为简单和随机的混合。若能够从自然界的生物质腐败现象中找出其腐败的规律，并以此为依据建立人工干预机制，构建植物秸秆快速降解微生物生态体系或利用基因重组手段构建工程菌株，这将极大推动植物秸秆高效综合利用，大大提高植物秸秆的附加价值4。3.微生物法的应用指南在下属情况下，采用微生物法进行生物治理能收到较好效果：污染场所形成的时间不长污染场所含浓度很高（如数量级为10-2）的污染物污染场所含浓度较高的有毒金属和有机污染物污染场所需要快速治理污染场所含有的污染物浓度虽然很低，却仍然达不到环境标准4.总结

13、及评价尽管生物治理法目前颇受欢迎，但其应用前景如何较难预测。毋庸置疑，采用生物治理法处理污染土壤和污染水体可使其中的污染物含量大大减少，但目前人们还无法确知污染物浓度究竟应降至哪一水准才能使人和环境免受其害。这就涉及到生物治理持效性问题，且随着时间的推移，环保方面对治理技术的要求将会越来越高1。参考文献：1 向兰，熊运实，王绍玲，郑远扬。微生物法和微生物生态法的评价和选用J。油气田环境保护，1995（5）：24-302 Osorioa F, Torres J C. Biogas purification from anaerobic digestion in a wastewater trea

14、tment plant for biofuel productionJ. Renewable Energy, 2009,34(10): 2164-21713 李晓燕，朱建良，杨晓瑞，陈晓烨，梁金花。微生物法净化造气的研究进展J。环境科学与技术，2012，35（11）：135-1404 巫小丹，徐尔尼，罗玉芬。微生物法高效综合利用植物秸秆新技术的研究进展M，作物杂志，2009.45 何红梅，赵立志，范晓宇。生物法处理压裂返排液的实验研究J。天然气工业，2004,24（7）：71-736 李健，赵立志,刘军等。压裂返排废液达标排放的实验研究J。油气田环境保护，2002,12（3）：26-287Th

15、urman, N. P. A Microbial approach to cleaning used oil-based drilling mudsJ. SPE 23061, 19918 McMillen, S. J. Grag, N. R. Bio-treatment of exploration and production wastesJ. SPE 27135, 19949 Zimmerman, P. K. Robert, J. D. Oil-based drill cuttings treated by landfarmingJ. Oil & Gas Journal, 1991(321

16、): 181-18410 Taylor, G. T. Evaluation of the potential of biodegradation for the disposal of cutting fluid from the machining of uraniumJ. International biodeterioration & Biodegradation, 2007(47): 215-22411 Herman, D. D. J. A marine anaerobic biodegradation test applied to the biodegradation of syn

17、thetic drilling mud base fluidsJ. Soil & Sediment Contamination, 2005(14): 433-44712 Bao, M. T. Chen, Q. G. Li, Y. M. et al. Biodegradation of partially hydrolyzed polyacrylamide by bacteria isolated from production water after polymer flooding in an oil field J. Journal of hazardous materials, 2010(184): 105-11013 范俊欣，包木太，黄贤斌，徐文佳。微生物法处理海上钻井废钻井液J。油气田环境保护，2012，22（4）：34-36