環(huán)境生物工程(緒論)

1、環(huán)境生物工程課程編號(hào)：X56021027 總學(xué)時(shí)：32 學(xué)分：2教學(xué)內(nèi)容與要求： 本課程教學(xué)基本教材為倫世儀先生選編之現(xiàn)代生物技術(shù)叢書-環(huán)境生物工程。教學(xué)內(nèi)容包含緒論、廢水生物處理工程技術(shù)、危險(xiǎn)性化合物的微生物降解、污染場(chǎng)地的生物修復(fù)、化石燃料的生物脫硫、生物吸附劑的開發(fā)與重金屬的去除、生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用、環(huán)保用酶制劑的生產(chǎn)與應(yīng)用、工業(yè)廢氣生物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、城市生物垃圾的生物處理技術(shù)和環(huán)境工程菌的遺傳改造及其應(yīng)用等十一章。教學(xué)基準(zhǔn)點(diǎn)在于介紹環(huán)境生物工程的基本概念，環(huán)境生物技術(shù)及其在污染防治中的作用。要求通過教學(xué)使學(xué)生系統(tǒng)掌握環(huán)境微生物學(xué)基本原理，了解各種污染物生物處理技術(shù)的基本

2、方法和原理。學(xué)時(shí)分配：緒論 2環(huán)境微生物學(xué)基礎(chǔ) 6給排水生物處理技術(shù) 6大氣污染生物處理技術(shù) 4城市生活垃圾的生物處理技術(shù) 4污染場(chǎng)地的生物修復(fù) 4生物吸附劑的開發(fā)與重金屬的去除 4危險(xiǎn)化合物的微生物降解 2參考書：1.環(huán)境工程微生物學(xué)，林海主編，冶金工業(yè)出版社，20082.現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用，馮玉杰主編，化工出版社，20043.環(huán)境微生物工程，馬文漪主編，南京大學(xué)出版社，1998成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)(20%) + 期末考試(80%)第 二 學(xué) 期月份周次一二三四五六日月份周次一二三四五六日3月1234566月1234537891011121316端午7891011124141516

3、171819201713141516171819521222324252627182021222324252662829303119272829304月1237月暑假12374清明67891045678910811121314151617111213141516179181920212223241819202122232410252627282930252627282930315月18月123456711234567889101112131412910111213141515161718192021131617181920212222232425262728142324252627282929

4、3031153031備注第二學(xué)期：19周繳費(fèi)注冊(cè)：2011年2月19日、20日（20日下午17：00截止）上 課：2月21日清 明 節(jié)：4月5日放假一天 國(guó)際勞動(dòng)節(jié)：5月1日放假一天端 午 節(jié): 6月6日放假一天 暑 假：7月1日至8月27日第一章 緒論 要點(diǎn)： 初步了解環(huán)境生物工程的定義、基本內(nèi)容、解決環(huán)境污染問題的特點(diǎn)和進(jìn)展第一節(jié) 我國(guó)的環(huán)境現(xiàn)狀和生物工程技術(shù)解決環(huán)境污染的特點(diǎn) 隨著人們生活條件的改善和社會(huì)整體文化水平的提高，人類對(duì)生活環(huán)境的要求也在不斷提高，環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)前國(guó)際關(guān)系、經(jīng)貿(mào)合作中的一個(gè)極為重要的問題，也日益影響著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)保持高速度發(fā)展的態(tài)勢(shì)

5、下，對(duì)環(huán)境保護(hù)的壓力將進(jìn)一步加重，節(jié)能減排，開發(fā)新能源，控制污染，改善環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展是我們的目標(biāo)?，F(xiàn)在國(guó)際通行的ISO14000系列國(guó)際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)(2003)，要求企業(yè)承擔(dān)相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)責(zé)任，并對(duì)達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)給予認(rèn)證。沒有得到認(rèn)證的企業(yè)及其產(chǎn)品，在出口時(shí)將有可能面臨被國(guó)外政府以未承擔(dān)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任拒絕進(jìn)口，也將同時(shí)失去參與國(guó)際項(xiàng)目合作與競(jìng)爭(zhēng)的資格。 我國(guó)是世界上環(huán)境污染最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，每年污水排放達(dá)360噸，僅約10%生活污水和70%工業(yè)廢水得到處理，其中約有一半工業(yè)廢水處理設(shè)施的出水達(dá)不到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。全國(guó)七大水系和內(nèi)陸河流的110個(gè)重點(diǎn)河段中，屬4類和5類水體的占約39%；城市

6、地面水污染普遍嚴(yán)重，136條流經(jīng)城市的河流中，屬4類和5類和超過5類標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)78%；約50%的城市地下水受到不同程度的污染；全國(guó)大淡水湖(如滇池、太湖和巢湖)富營(yíng)養(yǎng)化程度逐年加劇；城市垃圾和固體廢棄物與日俱增，工業(yè)廢棄物累計(jì)堆積量超過66億噸，占地超過5萬公頃；全國(guó)600多個(gè)城市中，大氣質(zhì)量符合國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不足1%，貴陽、重慶、北京、蘭州等曾位于世界20大空氣污染最嚴(yán)重城市之列。(以上數(shù)據(jù)截至2002年) 我國(guó)現(xiàn)有的環(huán)保科技水平仍然較低，缺乏實(shí)用科技成果和高技術(shù)人才；僅靠傳統(tǒng)的污染防治技術(shù)和手段已遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)生存環(huán)境質(zhì)量的要求，必須另辟新途徑，生物工程及其與環(huán)境工程的滲透、結(jié)合就是其中

7、之一。 生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快，消耗低，效率高，成本低，反應(yīng)條件溫和及無二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)開發(fā)預(yù)示著廣闊的市場(chǎng)前景，為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限希望，因而受到各國(guó)政府，科技工作者和企業(yè)家的高度重視。目前生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中主要是利用微生物，少部分利用植物作為環(huán)境污染控制的生物。生物技術(shù)已經(jīng)是環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用最為廣泛和重要的單項(xiàng)技術(shù)，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物處理(資源化)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境友好材料的合成、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等環(huán)境保護(hù)的各個(gè)方面都發(fā)揮著極為重要的作用。應(yīng)用生物技術(shù)解決環(huán)境污染問

8、題的特點(diǎn)如下：1. 生物技術(shù)處理污染物時(shí)，最終產(chǎn)物大都是無毒無害、穩(wěn)定的物質(zhì)；(如CO2，水，氮?dú)?，甲?，2. 是有機(jī)廢物資源化的首選技術(shù)；3. 生物反應(yīng)過程通常是在常溫常壓下進(jìn)行；4.生物過程替代化學(xué)過程可降低生物活動(dòng)的污染水平；5.易于大規(guī)模應(yīng)用，且可利用天然水體或土壤作為污染物的處理場(chǎng)所，可大大節(jié)約處理過程費(fèi)用；6.用生物制品代替一切可以取代的化學(xué)品，有助于把人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境污染降到最低程度，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的軌道。 第二節(jié) 生物工程和環(huán)境工程的基本內(nèi)容一、生物工程 生物工程的定義簡(jiǎn)單概括起來歌詞理解為：“利用生物有機(jī)體或其組成部分發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種體系”，或“操縱生物

9、的細(xì)胞、組織或酶，進(jìn)行生物合成、生物轉(zhuǎn)化或生物降解，大規(guī)模地生產(chǎn)預(yù)期產(chǎn)品或達(dá)到特殊目的的一門技術(shù)”。 生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程。1. 基因工程主要涉及一切生物類型所共有的遺傳物質(zhì)-核酸的分離提取、體外剪切、拼接重組、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)、以及擴(kuò)增與表達(dá)等技術(shù)。2. 細(xì)胞工程細(xì)胞工程包括一切生物類型的基本單位-細(xì)胞的離休培養(yǎng)、繁殖、再生、以及細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)乃至染色體與細(xì)胞器的移植與改建等操作技術(shù)。3. 酶工程 酶工程則是利用生物機(jī)體內(nèi)酶所具有的某些特異催化功能，借助固定化、生物反應(yīng)器和生物傳感器等，高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)特定產(chǎn)品的一種技術(shù)。4. 發(fā)酵工程 或稱微生物工程，是給微生物提供最適

10、宜的發(fā)酵條件生產(chǎn)特定產(chǎn)品的一種技術(shù)。 環(huán)境工程相對(duì)而言是個(gè)新興的綜合性學(xué)科，涉及到構(gòu)成人類生存的空氣、水體、土壤、熱和光等各個(gè)方面；既要研究防治污染和公害的技術(shù)與措施，廢物資源化技術(shù)，改革生產(chǎn)工藝，發(fā)展無廢或少廢的閉路生產(chǎn)系統(tǒng)，也要研究自然資源的保護(hù)和合理利用，對(duì)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃和科學(xué)管理；目的在于獲得最優(yōu)的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 環(huán)境工程主要包括水質(zhì)凈化和污染控制工程；大氣環(huán)境污染控制工程；固體廢棄物處理處置與管理工程；噪聲、振動(dòng)與其他公害防治技術(shù)；環(huán)境規(guī)劃、管理和環(huán)境系統(tǒng)工程；環(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；清潔生產(chǎn)技術(shù)的推進(jìn)與應(yīng)用。 第三節(jié) 環(huán)境生物工程的歷史和基本特征 生物工程，特

11、別是發(fā)酵工程可以說是最早涉足于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的工程技術(shù)；利用農(nóng)業(yè)廢物漚制堆肥在我國(guó)農(nóng)村有著十分悠久的歷史；作為廢水生物處理主要方法的活性污泥法也經(jīng)歷了數(shù)十年歷程，并被認(rèn)為是近代生物工程起源的組成部分。1995年12月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)和技術(shù)委員會(huì)在向美國(guó)政府提供的報(bào)告中認(rèn)為，生物工程在解決與環(huán)境管理和質(zhì)量保證有關(guān)的問題方面所起的作用包括，能對(duì)良好的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可將污染物轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，能利用再生資源生產(chǎn)生物可降解材料，可開發(fā)對(duì)環(huán)境安全的產(chǎn)品加工工藝和廢物處置技術(shù)。1992年，國(guó)際上一批學(xué)者開始醞釀成立國(guó)際環(huán)境生物工程學(xué)會(huì)(ISEB)，他們認(rèn)為地球村是基于全球統(tǒng)一的沒有國(guó)界的共同環(huán)境(空氣、水、

12、土地)，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)心越來越要求防止污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的排放和處理已有的污染物，在這方面，生物技術(shù)可以提供確定生物毒害物和處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物的“自然的”方法，應(yīng)該在國(guó)際上支持生物技術(shù)用于解決環(huán)境問題。ISEB的基本目的是通過召開國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，支持各地區(qū)專門的學(xué)術(shù)活動(dòng)，有組織地促進(jìn)環(huán)境生物工程的發(fā)展，加強(qiáng)相關(guān)的信息交流。1993年，第一屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在香港1994年，第二屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在加拿大召開，學(xué)會(huì)成立。秘書組設(shè)在University of Waterloo的化工系。 1996年，第三屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在美國(guó)的Boston東北大學(xué)召開。1997年，在德國(guó)Leipzig召開生物補(bǔ)救的

13、專門會(huì)議。1998年，在北愛爾蘭的Queens University of Belfast 召開了第四屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議1999年，在德國(guó)Leipzig 召開生物聚合物的專門會(huì)議。2000年，在日本京都召開了第五屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。2001年，在德國(guó)Leipzig 召開Phytoremediation 專門會(huì)議。2002年，在墨西哥Veracruz 召開了第六屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，并預(yù)定在美國(guó)Chicago召開第七屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。環(huán)境生物工程是一門由現(xiàn)代生物工程與環(huán)境工程相結(jié)合的新興交叉學(xué)科。凡自然環(huán)境中涉及環(huán)境控制的一切與生物工程有關(guān)的技術(shù)，都可歸結(jié)為環(huán)境生物工程，這是一個(gè)廣義的概念。有學(xué)者認(rèn)為，生物工程

14、中的3個(gè)部分屬于環(huán)境生物工程范疇，即在環(huán)境中應(yīng)用的生物工程，這是相對(duì)于一些高度控制條件下的密閉反應(yīng)器中進(jìn)行的生物工程而言；涉及環(huán)境中的某些可看作為一個(gè)生物反應(yīng)器部分的生物工程；作用于一些必定要進(jìn)入環(huán)境的材料的生物工程。環(huán)境生物工程的定義有多種，如ISEB認(rèn)為是開發(fā)、利用和調(diào)節(jié)生物系統(tǒng)進(jìn)行污染環(huán)境的補(bǔ)救和環(huán)境友好產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。南京大學(xué)的程樹培先生在其環(huán)境生物工程一書中提出利用“直接或間接利用完整的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)境污染以及同時(shí)生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術(shù)系統(tǒng)，稱之為環(huán)境生物工程”。還有一些學(xué)者提出了更為簡(jiǎn)單和通俗的定義-應(yīng)

15、用于環(huán)境污染治理方面的生物工程。等等第四節(jié) 環(huán)境生物工程的研究?jī)?nèi)容環(huán)境生物工程的范圍極為廣泛，涉及多個(gè)學(xué)科，如分子生物學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、基因工程學(xué)、酶工程學(xué)、發(fā)酵工程學(xué)、生態(tài)學(xué)、動(dòng)植物學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等等.有學(xué)者認(rèn)為，環(huán)境生物工程的研究?jī)?nèi)容從技術(shù)難度和理論深度的角度而言，可分為3個(gè)部分，即以基因工程為主導(dǎo)的近代防治污染生物工程(包括構(gòu)建能降解毒害性化合物的高效基因工程菌，創(chuàng)造抗污染型轉(zhuǎn)基因植物)；以廢物的生物處理為主要內(nèi)容(包括在新的理論和技術(shù)支撐下開發(fā)出的一系列廢物強(qiáng)化處理工藝)的治理污染的生物工程；以氧化塘、人工濕地和農(nóng)業(yè)生態(tài)為

16、核心的生物工程。這三個(gè)部分各有特點(diǎn)，第一部分知識(shí)密集，為快速有效防治污染開辟了新途徑；第二部分為控制現(xiàn)時(shí)的環(huán)境質(zhì)量起到了極其重要的作用；第三部分最大限度地發(fā)揮自然的生物環(huán)境系統(tǒng)的自凈化及平衡功能。在目前國(guó)內(nèi)外環(huán)境生物工程研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀中，最有應(yīng)用前景的領(lǐng)域是高效的廢物生物處理技術(shù)、污染事故的現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救和現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)、以及可降解材料的生物合成技術(shù)。我國(guó)的環(huán)境生物工程研究的內(nèi)容主要是以下幾個(gè)方面：高效降解污染物的基因工程菌和抗污染型轉(zhuǎn)基因植物研究；無害化或無污染生物生產(chǎn)工藝技術(shù)研究；生物反應(yīng)器和固定化技術(shù)高效處理廢水的工業(yè)應(yīng)用研究；廢物資源脂工程研究；引入DNA擴(kuò)增和其他生物技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究

17、。 第五節(jié) 環(huán)境生物工程的進(jìn)展與展望 一、 廢水生物處理技術(shù)現(xiàn)代廢水處理技術(shù)(高效，低成本)首當(dāng)推選先進(jìn)的厭氧生物處理技術(shù)。其中的厭氧生物反應(yīng)器是發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域；高效的厭氧反應(yīng)器的關(guān)鍵技術(shù)是：反應(yīng)器中維持高濃度生物量(活性污泥)，使污泥停留時(shí)間與廢水停留時(shí)間分離；如加入載體或填料形成生物膜、培育顆粒污泥等；反應(yīng)器中生物與廢水充分接觸，因而需要合理布水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用很高的液體上升流速，或在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)利用產(chǎn)生的大量沼氣。第一代厭氧反應(yīng)器從1881年法國(guó)“COSMOS”雜志報(bào)道應(yīng)用厭氧生物技術(shù)處理市政污水中的大量易腐敗有機(jī)物起，厭氧生物處理技術(shù)已經(jīng)有了百余年歷史。1896年英國(guó)出現(xiàn)了

18、第一座生活污水的厭氧消化池，所產(chǎn)生的沼氣用于照明。此后，厭氧處理技術(shù)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。1914年美國(guó)有14座城市建立了厭氧消化池；20世紀(jì)40年代在澳大利亞出現(xiàn)了連續(xù)攪拌的厭氧消化池。第一代厭氧生物反應(yīng)器采用污泥與廢水完全混合的模式，污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間相同，厭氧微生物濃度低，處理效果差，一般容積負(fù)荷在45KgCOD/(m3.d)以下。主要用于污泥和糞肥的消化及生活污水的處理。20世紀(jì)70年代，國(guó)際上出現(xiàn)了一批第二代廢水厭氧生物處理反應(yīng)器，是由荷蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境系Lettinga等人開發(fā)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(Up-flow Anaerobic Sludge Bed, UASB)，其

19、中的生物固體顆粒化技術(shù)開辟了全新的生物固定化途徑，在厭氧生物處理技術(shù)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義 (其他種類有厭氧濾器、厭氧流化床等) 。第二代厭氧生物反應(yīng)器表現(xiàn)出的特征是： 具有相當(dāng)高的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷，其容積比傳統(tǒng)裝置減少90%以上； 在不利條件(低溫、沖擊負(fù)荷、存在抑制)下仍具有很高的穩(wěn)定性； 投資小，適合各種規(guī)模和可被結(jié)合在整體的處理技術(shù)中； 處理低濃度廢水的高效率巳具備與好氧處理器競(jìng)爭(zhēng)的能力； 是能源凈生產(chǎn)過程。UASB是第二代廢水厭氧生物處理反應(yīng)器的代表，應(yīng)用率達(dá)到工業(yè)化厭氧反應(yīng)器的65%，全球至少有400多家生產(chǎn)規(guī)模的UASB反應(yīng)器投入運(yùn)行。UASB也存在一些缺點(diǎn)，如高徑比小，占地

20、面積大；難以在大規(guī)模反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)均勻布水；UASB中三相分離器的穩(wěn)定操作較為困難(啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，液體上升流速較小，液-固混合較差，尤其是在低溫，低濃度條件下)；負(fù)荷較高時(shí)，污泥易流失，易造成有毒難降解化合物，非活性物質(zhì)的吸附和積累。為了解決UASB反應(yīng)器在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)的，在其基礎(chǔ)上研發(fā)出了第三代厭氧生物反應(yīng)器，如厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB,Expanded Granular Sludge Bed)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)、厭氧折板式反應(yīng)器(ABR)、厭氧序列式反應(yīng)器(ASBR)、厭氧膜生物系統(tǒng)(AMBS)等。但由于其運(yùn)行控制困難和構(gòu)造太復(fù)雜，目前用于生產(chǎn)實(shí)踐中的第三代厭氧生物反應(yīng)器較少，其

21、代表EGSB和漢IC的容積負(fù)荷超過10 KgCOD/(m3.d)。第三代厭氧生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是： 微生物以顆粒污泥固定化方式存在于反應(yīng)器中，因而單位容積的生物量更高； 能夠承受更高的水力負(fù)荷，并具有較高的有機(jī)污染物凈化能力； 具有較大的高徑比，一般在510以上； 占地面積小，動(dòng)力消耗少。 二、可降解塑料的生物合成數(shù)量巨大的塑料垃圾對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了及其嚴(yán)重的影響，研究和開發(fā)生物可降解塑料迫在眉睫，許多國(guó)家陸續(xù)頒布了一些法規(guī)禁用某些塑料制品，其中對(duì)食品包裝，餐飲用具更是要求嚴(yán)格。我國(guó)現(xiàn)在也已經(jīng)要求零售行業(yè)不得再向顧客免費(fèi)提供一次性塑料袋，餐飲行業(yè)不得再使用一次性塑料餐盒，只允許使用生物可降解塑料餐

22、盒。目前，在眾多的生物可降解材料中，采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的聚-羥基烷酸(PHAs，Polyhydroxyalkanoate聚羥基烷基酸酯)是應(yīng)用環(huán)境生物學(xué)方面的一個(gè)研究熱點(diǎn)。PHAs 作為一種有光學(xué)活性的聚酯，除了具有高分子化合物的基本特性(質(zhì)輕，彈性，可塑性，耐磨性，抗射線等)外，不重要的是其還具有生物可降解性和生物可相容性(有研究表明，PHAs制品在自然環(huán)境中9個(gè)月后基本上可被完全降解，而用合成塑料制成的制品，若要完全降解約需100年時(shí)間)。PHAs 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的主要障礙是生產(chǎn)成本問題。目前對(duì)短鏈PHAs(scl- PHAs，其中最具代表性的如PHB，poly-hydroxybuty

23、rate 聚-羥丁酸)和中鏈PHAs(mcl- PHAs)研究重點(diǎn)主要為以下幾個(gè)方面：采用廉價(jià)底物，如利用有機(jī)廢水和食品廢物發(fā)酵生產(chǎn)PHAs。采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行PHAs的組裝和結(jié)構(gòu)調(diào)控，由此可以獲得某些新性質(zhì)，如使PHAs有較高的潤(rùn)滑性，耐熱和耐油性。構(gòu)建自溶性PHAs生產(chǎn)菌種，簡(jiǎn)化胞內(nèi)產(chǎn)物PHAs的提取過程，降低提取成本。自1998年以來，研究的重點(diǎn)集中于PHAs合成基因的分析，多種PHAs的開發(fā)和轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)PHAs的研究。PHAs通過細(xì)菌培養(yǎng)和植物種植的多種方式來生產(chǎn)，其成本將不斷降低，同時(shí)一些性能更好的PHAs將用于醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域。 三、污染場(chǎng)地的生物修復(fù) 生物修復(fù)(bioremedi

24、ation)被認(rèn)為是現(xiàn)代環(huán)境生物工程的核心內(nèi)容。生物修復(fù)技術(shù)是20世紀(jì)80年代以來出現(xiàn)和發(fā)展的清除和治理環(huán)境污染的生物工程技術(shù)，其主要利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力，將有機(jī)污染物的濃度降低到低于檢測(cè)限或低于環(huán)保部門規(guī)定的濃度，這項(xiàng)技術(shù)正被用于清除土壤、地下水、廢水、污泥、工業(yè)廢料及氣體中的污染物；這些污染物包括石化產(chǎn)品、多環(huán)芳烴、鹵代烷烴、鹵代芳烴等。重金屬雖然不能被生物降解，但通過生物修復(fù)可由微生物將其轉(zhuǎn)移或降解其毒性。 生物修復(fù)(補(bǔ)救)的基本定義：生物修復(fù)是生物特別是微生物催化降解有機(jī)污染物，從而修復(fù)被污染環(huán)境或消除環(huán)境中的污染物的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過程。 在大多數(shù)的環(huán)境中存在著許

25、多土生微生物進(jìn)行的自然凈化過程，由于溶解氧(或其他電子受體)、營(yíng)養(yǎng)鹽的缺乏，該過程進(jìn)展速度很慢，而且有效微生物生長(zhǎng)也常常較為緩慢。故常常采取多種強(qiáng)化措施，如提供電子受體、添加營(yíng)養(yǎng)鹽、接種培養(yǎng)馴化的高效微生物等等。 生物修復(fù)技術(shù)的種類很多，大致可分為原位(in situ)和異位(ex situ)兩類。原位生物修復(fù)無需將土壤挖走或?qū)⒌叵滤橹恋孛嫔咸幚?，其?yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，但難以嚴(yán)格控制。異位生物修復(fù)需要將污染物通過某種途徑從污染現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)走，增加了搬運(yùn)費(fèi)用，但處理過程便于對(duì)修復(fù)進(jìn)行控制。與其他方法相比，生物修復(fù)具有經(jīng)濟(jì)(約為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)的30-50%)、對(duì)環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染，遺留問題少；可最

26、大程度地降低污染物濃度。 生物修復(fù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)須考慮的前提條件是：須有具代謝活性的微生物存在；這些微生物在降解化合物時(shí)須有相當(dāng)在的速率，且能將化合物濃度降解到符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；這些微生物在修復(fù)過程中生成的產(chǎn)物必須無毒性；污染場(chǎng)地不能含有對(duì)微生物菌種有抑制作用的物質(zhì)；目標(biāo)化合物須能被微生物利用；污染場(chǎng)地或生物反應(yīng)器的條件須有利于微生物生長(zhǎng)或保持活性；技術(shù)及運(yùn)行費(fèi)用須盡可能低，至少低于同樣可消除該污染物的其他技術(shù)。四、城市生活垃圾的生物處理隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化水平的不斷提高，人口正向著城市高度集中，這意味著市政公共資源能為更多的人服務(wù)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到最大化。但另一方面，城鎮(zhèn)人口的膨脹和

27、城鎮(zhèn)規(guī)模的極大擴(kuò)張，在解決城市居民衣食住行諸多問題的同時(shí)，如何較好地處理好生活污水和生活垃圾的問題也我們隨之?dāng)[到面前。目前發(fā)達(dá)國(guó)家中城市生活垃圾作為資源再利用的處理率達(dá)到40%，余下的部分則以通用的方式處理，如衛(wèi)生填埋法、堆肥法和焚化法。城市垃圾中均以有機(jī)物質(zhì)為主，據(jù)調(diào)查美國(guó)垃圾有機(jī)物質(zhì)含量達(dá)73.5%(熱值8,700KJ/KG)，日本約為82.9%(熱值9,100 KJ/KG)，中國(guó)約為51%(熱值4,100 KJ/KG)。20世紀(jì)70年代以來，焚化以其處理速率快，減量大，占地少等優(yōu)點(diǎn)獲得了較大地發(fā)展，尤其是在人均國(guó)土面積較少的發(fā)達(dá)國(guó)家。焚化法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能利用可燃燒物產(chǎn)生的熱能發(fā)電，但由

28、于其釋放出大量的微細(xì)煙塵和較多的爐底殘余物，而這二者中均含汞、錫、鉛等微粒，甚至還會(huì)附有二惡英等強(qiáng)致癌物，以至許多國(guó)家已在逐步減少焚化法。 1990年國(guó)外垃圾填埋法與焚化法所占比例國(guó) 別美 日 德 英 法 荷蘭 比利時(shí) 瑞士 丹麥 奧地利填埋處理率%焚化處理率%60 32 72 85 50 50 62 15 32 6525 65 25 15 30 30 29 70 66 24 衛(wèi)生填埋法則是消解速度慢，占地多，減量??；但由于其對(duì)環(huán)境造成的危險(xiǎn)已有比較可靠的預(yù)防方法，且其處理成本低，因此仍是許多國(guó)家處理城市生活垃圾的主要方法。 城市生活垃圾的最新處理技術(shù)是生物反應(yīng)器式填埋場(chǎng)和(bioreacti

29、on landfill,BL)。生物反應(yīng)器式填埋場(chǎng)有厭氧式，好氧式及二者結(jié)合式。生物反應(yīng)器式填埋場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)有：垃圾滲濾液(LC)的回流速率可以強(qiáng)化和調(diào)節(jié)微生物的代謝活性；填埋場(chǎng)廢氣(LFG)產(chǎn)生的高峰期可以控制在選定的時(shí)段內(nèi)，CH4的總量遠(yuǎn)高于衛(wèi)生填埋場(chǎng)，提高了容積利用率；LC的反復(fù)回流，在透過富含厭氧微生物的垃圾層過程中，其中常含有的毒害性化合物會(huì)被降解或去除，與現(xiàn)代衛(wèi)生填埋法相比，大大減少場(chǎng)外后處理費(fèi)用。 生物反應(yīng)器式填埋場(chǎng)的操作要點(diǎn)包括垃圾分撿及預(yù)處理，水分控制，LC回流，微生物活性保持，日覆蓋層設(shè)置，沉降以及穩(wěn)定期的結(jié)束。生物反應(yīng)器式填埋場(chǎng)的可持續(xù)運(yùn)行設(shè)想是：一旦城市的人口達(dá)到零增長(zhǎng)率，

30、則一組BL永久滿足城市生活垃圾填埋處理的需要。如果BL的一個(gè)運(yùn)行周期(從投料到穩(wěn)定化完成的時(shí)間)為6-7年，設(shè)想用3個(gè)BL構(gòu)成一個(gè)這樣的系統(tǒng)(若每個(gè)BL達(dá)到填埋容積的時(shí)間為3年，后續(xù)的穩(wěn)定化需3-4年，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)BL的填埋達(dá)到設(shè)計(jì)容積后，封閉，繼續(xù)按需要回流LC；第二個(gè)BL第4年開始投入使用；第三個(gè)BL第7年投入使用；第8年第一個(gè)BL完成穩(wěn)定化后開始卸空，穩(wěn)定物的分選及完成重新填入的準(zhǔn)備；毎第10年重新開始另一個(gè)循環(huán)。) 五、高硫煤生物脫硫技術(shù) 我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)煤國(guó)的煤消耗國(guó)，煤炭占我國(guó)一次性能源的3/4。我國(guó)高硫煤儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的1/3，且其開采量也在逐年上升；煤的含硫量為0.25-7%，

31、我國(guó)煤炭含硫量是西南地區(qū)平均為3.23%，西北地區(qū)為3.05%，中南地區(qū)為2.02%，華北地區(qū)為1.65%。煤炭中的硫分包括非可燃硫(主要是硫酸鹽)和可燃硫(包括無機(jī)硫和有機(jī)硫)。可燃硫經(jīng)燃燒生成的SO2隨煙氣排入大氣，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國(guó)1997年SO2年排放量達(dá)到2，346萬噸，居世界第一；62%的城市大氣中SO2日平均濃度超過國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.25/m3，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.05，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.15)； 在眾多的煤潔凈、脫硫技術(shù)中，煤的燃前脫硫技術(shù)以其脫硫成本僅為洗滌煙氣脫硫的1/10，且便于大規(guī)模、全面地控制燃煤的二氧化硫和粉塵排放，因而受到各國(guó)的高度重視。與現(xiàn)有的物理、化學(xué)法煤潔凈技術(shù)相

32、比，微生物潔凈技術(shù)具有投資低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、不產(chǎn)生新的污染特點(diǎn)；再與現(xiàn)有的物理洗煤過程相結(jié)合，脫除其中的灰分而煤基本無損失，且可提高煤的燃煤值；煤的微生物潔凈技術(shù)(脫硫脫塵)研究是在生物瀝濾銅、鈾等基礎(chǔ)上發(fā)展而來。相比有機(jī)硫分，黃鐵礦硫(FeS2)較易去除，如利用氧化亞鐵硫桿菌(自養(yǎng)菌，可在幾天時(shí)間里將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸可溶于水而排出，約可去除90%的無機(jī)硫，使某些煤的含硫量降到1%以下)。該方法脫硫效率較高，但需時(shí)較長(zhǎng)，并且要求較大的反應(yīng)器容積和較細(xì)的煤炭粒徑。后來研究人員把煤的物理選煤特低硫煤 硫分0.5% 低硫分煤 0.51-1.0% 低中硫煤 1.01-1.50%中硫分煤 1.51-2.00% 中高硫煤 2.01-3.00% 高硫分煤 3.00%技術(shù)中的浮選法與微生物處理相結(jié)合，即把煤粉碎成微粒與水混合