第7章现代生物技术与环境污染治理.ppt

发酵生物反应器的类型： 搅拌式生物反应器—— 内设搅拌装置。使用最广。 鼓泡柱式反应器—— 搅拌主要依赖于引入的空气或其他气体。 气升式反应器—— 内设内置或外置的循环管道，由于引入气体的运动，导致反应器内培养液进行混合，并保持循环流动。 排气口 培养基 气流管 进气口 排气口 气－液分离器 培养基 下行柱 上行柱 进气口 基底 内循环气升式生物反应器 外循环气升式生物反应器 搅拌电机 排气口 培养基 搅拌叶轮 进气口 搅拌式生物反应器 鼓泡柱式生物反应器 排气口 培养基 进气口 7.5.2 发酵工程在环境污染治理中的应用——废物资源化 亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵 发酵技术在环境保护领域中应用十分广泛，废水生物处理装置实际上可以看作一个大型发酵罐，有机污染物在微生物作用下，转化成CO2和水。固体废物的堆肥，垃圾的填埋以及废物资源化等过程均为发酵过程。 亚硫酸盐纸浆废液（俗称红液）中含有较多的木质素盐和相当数量的糖类（亚硫酸盐纸浆废液中可发酵性糖的来源主要是半纤维素）。可用以生产乙醇。 交联法： 利用双功能试剂或多功能试剂的作用，使酶与酶发生交联而进行固定的方法，这种方法可以使酶与带有两个以上的多功能基团试剂分子之间形成共价键，从而使酶固定。交联法不用载体，常用的交联剂有戊二醛、双重氮联苯胺、六甲撑二异氰酸酯等人工合成物。 包埋法： 将酶包裹在凝胶格子中或由半透膜组成的胶囊中。包埋法又可以分为格子型和微胶囊型两种。格子型是将酶包埋在聚丙烯酰胺凝胶、硅胶等网格子中，使酶得以固定。微胶囊型是一种以尼龙、乙基纤维素、硝酸纤维素等薄膜包裹固定酶的技术，使酶存在于类似细胞内，不脱落于囊外。 逆胶束酶： 反应系统中酶以逆胶束的形式被“固定”。所谓“逆胶束”是表面活性剂等两性分子在有机溶剂中自发形成的集聚体。两性分子的亲水性一端连续成逆胶束的极性核，水分子可插入核中；而疏水性一端则进入主体有机溶剂中。酶分子溶于逆胶束中，组成逆胶束酶系统进行酶促反应。 复合法： 以上几种方法交叉使用。 酶 表面活性剂 缓冲剂 有机溶剂 疏水端 亲水端 固定化酶 ④ 固定化酶反应器→ 批量反应器： 将固定化酶与需处理废水分批加入反应器中混和反应，废水达到处理要求的标准时，用过滤或离心法分离固定化酶，回收的固定化酶可供反复使用。此法装备简单，但不能进行连续反应，只适于少量废水的处理。常见的是序批式间歇反应器（Series Batch Reactor，SBR）。 连续反应器： 能进行连续进、出废水，效率较高。柱型填充床反应器使用最为普遍。 细胞固定化 ⊙ 固定化细胞（Immobilized Cells）的特点 微生物细胞自身就是一个天然的固定化酶反应器。用制备固定化酶的方法直接将细胞加以固定，即可催化一系列的生化反应。细胞的固定化技术是固定化酶技术的延伸。 ① 优点→ 固定化细胞比游离细胞稳定性高；催化效率比离体酶高；比固定化酶操作简便，成本低廉，能完成多步酶反应，通常能保留某些酶促反应所必须的ATP、Mg、NAD等，因此，在参与反应时无需补加这些辅助因子。 ② 缺点→ 固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些酶对于人们所要求的某些催化反应则是不需要的，有时甚至是有害的。 ⊙ 细胞固定化方法 所有的酶固定化方法，如载体结合法、交联法和包埋法，均可直接应用于微生物细胞的固定。另外，由于细胞在结构和功能上有其自身的特殊性，特有的方法有自溶酶法和絮凝吸附法。 ① 自溶酶法→ 微生物细胞所具有的酶，从广义上讲是酶的一种固定化形式。只要使细胞自溶酶失活，细胞即可反复使用。 ② 絮凝吸附法→ 多聚电解质等絮凝剂有絮凝微生物细胞的作用。这类絮凝剂有聚丙烯酰胺、聚磺化苯乙烯、聚羧酸、聚乙基胺、聚赖氨酸和活性硅胶等。被絮凝的细胞再经冷冻或干燥处理后，可提高酶活性的稳定性和改善细胞壁的机械性能，使得固定化细胞可以反复使用，降低成本。 ⊙ 固定化细胞制备流程 微生物细胞 包埋剂（聚乙烯醇PVA） 按一定的重量比 混合 用注射器滴入交联剂（饱和硼酸）中 交联 取出固定化细胞用自来水冲洗后备用 废水处理中采用的常见酶类 ⊙ 含酚废水处理中的酶类 ① 过氧化物酶（Peroxidase，POD）→ 过氧化物酶是由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶。它们能催化很多反应，但都