環(huán)境生物技術在可持續(xù)發(fā)展中的應用(已修改)
2025-01-30 01:57 本頁面
【正文】 第六講 環(huán)境生物技術在可持續(xù)發(fā)展中的應用 環(huán)境生物技術 Environmental biotechnology ? 微生物清潔生產技術 ? 環(huán)境友好材料 ? 微生物的廢物資源化 ? 微生物廢物能源化 ? 環(huán)境微生物污染預防技術 主要內容 微生物的清潔生產技術 ? 微生物冶金技術 據估計，我國銅只能再用 13年，鉛 ，鋅，銻 ，鉬 ，金 8年。我國礦產資源利用率僅為美國的 %，日本的 1/7。對于有限的礦產資源，傳統(tǒng)技術資源利用率很低，經濟可采率還不到 30%，等于另有 70%的資源如果要想得到充分利用，就必須需要依托新技術來完成。 指利用某些微生物或其代謝產物對某些礦物（主要為硫化礦物）和元素所具有的氧化、還原、溶解、吸收（吸附）等作用，從礦石中浸出金屬或從水中回收（脫除）有價（有害）金屬 ? 微生物冶金已有近百年的歷史，但真正快速發(fā)展始于 20世紀 50年代 ? 1958年，美國用細菌浸出銅礦中的金屬銅 ? 1966年加拿大用細菌浸出鈾研究成功 ? 什么是微生物冶金？ ? 直接作用 細菌對礦石有直接氧化的能力 ,具有直接浸提作用 ? 間接作用 細菌生命活動中生成的代謝物作用于礦物，如細菌作用產生硫酸和硫酸鐵，然后通過兩者作為浸溶劑浸出礦石中的目標金屬 ? 聯(lián)合作用 細菌直接作用和化學氧化間接作用共同存在 ? 微生物冶金的原理 ? 對于低品位金屬礦 、 礦冶廢料等處理 ， 使用傳統(tǒng)開采方法 ， 投入產出比較低 ， 而微生物冶金可把傳統(tǒng)方法不能提取出來的金屬浸提出來 ? 濕法冶金的工藝條件易于控制 ， 設備需要簡單 ，成本比較低廉 。 如低品位鈾礦中回收鈾 ， 成本僅為其它方法的一半 ? 微生物冶金特點 ?嗜溫型細菌 氧化亞鐵硫桿菌 (T. ferrooxidans) 、氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxidans)、硫化裂片菌(Sulfoobus theoacidophium) ?嗜熱型微生物 中等嗜熱細菌：磺桿菌屬 嗜熱細菌：葉硫球菌屬、雙向酸酐菌屬、硫球菌屬 ? 用于冶金的微生物 ? 槽浸 ：將細菌酸性高鐵浸出劑與礦石在反應槽中混合，機械攪拌通氣，然后從浸出液中回收金屬。 需要攪拌、加熱、冷卻和通氣設備等，當細菌氧化礦物中的金屬價值較高時，可采用該法，如金、銀、銻及有貴重金屬伴生的銅礦等 ? 微生物冶金的方式 ? 堆浸 ：在傾斜的地面上，用水泥瀝青等砌成不滲漏的基礎盤床，把含量低的礦石堆積在其上，從上部不斷噴灑細菌酸性硫酸高鐵浸出劑，從流出的浸出液中回收金屬。 不需要破碎，不需要翻動。投資低，運行費用低，可露天進行，是應用最多的微生物冶金方法。 ? 原位浸 ：利用自然或認為爆破形成的地面裂縫，將能氧化礦物的酸性水注入礦床中，使目的金屬溶解在液體中，然后從液體中回收金屬 完全在野外進行，不需要人工管理，但效率教低，易受環(huán)境條件影響 ? 冶金微生物 生理狀態(tài)、繁殖速度、活性 ? 礦石特性 堆礦滲透性、礦石粒度、礦漿濃度、礦石的化學成分、礦物的電化學性質 ? 浸礦環(huán)境條件 通氣狀況、 pH、溫度 ? 影響因素 ? 高效冶金微生物的篩選、馴化及應用 ? 難浸金屬微生物的處理 ? 冶金過程中影響因素的調控 ? 冶金提取液的處理 ? 微生物冶金設備的研制 ? 存在的問題 項目針對我國有色金屬礦產資源品位低、復雜、難處理的特點，圍繞 硫化礦浸礦微生物生態(tài)規(guī)律、遺傳及代謝調控機制； 微生物－礦物－溶液復雜界面作用與電子傳遞規(guī)律； 微生物冶金過程多因素強關聯(lián) 2022年國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃（ 973）項目 ? 浸礦微生物的分離、純化、種群生態(tài)規(guī)律、氧化生理、分子遺傳標記 ? 浸礦微生物 Fe、 S氧化酶的結構與功能關系、催化機理、代謝調控 ? 浸礦微生物功能基因克隆 ? 浸礦微生物、礦物結構、表面潤濕性、電性、吸附等界面作用 ? 微生物 礦物 溶液界面電子傳遞規(guī)律 環(huán)境友好材料 在原料采集、產品制造、使用或者再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對地球環(huán)境負荷最小和對人類身體健康無害的材料，具有資源和能源消耗少、對生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點 ? 用于污染物控制的、對環(huán)境有害的已有材料的替代品，可以減少環(huán)境污染 ? 作用于環(huán)境、有利于環(huán)境質量控制和改善、其本身不會產生污染的物質 ? 微生物絮凝劑 ? 城鎮(zhèn)用水及工業(yè)污水的凈化和處理 ? 絮凝沉降是一種簡便、經濟的提高水質處理效率方法，在環(huán)境領域尤其水體環(huán)境中應用非常多 無機小分子： Al2(SO4) FeCl FeSO4 無機高分子：聚合 Fe、 Al鹽（ 30%60%） 復合型無機高分子 天然高分子： 改性淀粉 、殼聚糖、明膠 合成高分子： 聚丙烯酸胺 、聚二甲基二烯丙基氯化銨 、季胺鹽 絮凝劑 無機 有機 ：鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽 復合型有機、無機高分子 國外：聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁 /鐵與活性致混物質等復合絮凝劑 國內：聚合氯化鐵鋁、聚合硅酸硫酸鐵、聚合硅酸硫酸鋁、聚合硅酸鋁化鐵、聚合氯硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵、聚合硅酸鋁鐵、聚合磷酸鋁鐵、硅鈣復合型聚合氯化鐵 ① 使用無機絮凝劑時會給處理水體帶來很多離子 ，需增加脫鹽 、 去離子程序 ， Al會影響人體健康 ② 鐵鹽類絮凝劑腐蝕性強 ， 限制了使用設備 ， 同時鐵離子顏色也會影響水質 。 當處理含硫化物工業(yè)廢水時 ， 容易形成膠體狀 FeS和 Fe2S3混合物 ， 失去絮凝作用 ③ 有機絮凝劑聚丙烯酰胺非常難降解 ， 容易導致二次污染 ④ 盡管天然高分子絮凝劑無毒又容易降解 ， 但其產量有限 ， 活性較低限制了其廣泛應用 ?傳統(tǒng)絮凝劑的不足 是一類由微生物產生的代謝產物 ， 是利用微生物技術 ， 通過細菌 、 真菌等微生物發(fā)酵 、 提取 、 精制而得到的 、 具有生物分解性和安全性的新型 、高效 、 無毒 、 無二次污染的水處理劑 ? 何為微生物絮凝劑 ？ ? 多聚糖 ? 蛋白質（或多肽） ? 脂類 ? DNA 分子量多在 105以上 ? 成分 ? 微生物 ? 絮凝性的微生物達 30多種，主要包括細菌、放線菌、霉菌、酵母菌、藻類等 ? 細菌和真菌居多，藻類最少（藍藻類的環(huán)圈項圈藍細菌、席藻屬 ) ? 典型的絮凝劑產生菌： 醬油
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