本科課件發(fā)酵工程

本科課件發(fā)酵工程,本科課件,發(fā)酵工程,本科,課件,發(fā)酵,工程 第二節(jié) 氨基酸生產(chǎn)工藝氨基酸是構成蛋白成分目前世界上可用發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸有20多種。氨基酸 碳原子分別以共價鍵連接氫原子、羧基和氨基及側鏈。側鏈不同，氨基酸的性質不同。氨基酸的用途1.食品工業(yè)：強化食品(賴氨酸，蘇氨酸，色氨酸于小麥中)增鮮劑：谷氨酸單鈉和天冬氨酸苯丙氨酸與天冬氨酸可用于制造低熱量二肽甜味劑(-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此產(chǎn)品1981年獲FDA批準,現(xiàn)在每年產(chǎn)量已達數(shù)萬噸。2.飼料工業(yè)：甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造動物飼料 3.醫(yī)藥工業(yè)：多種復合氨基酸制劑可通過輸液治療營養(yǎng)或代謝失調 苯丙氨酸與氮芥子氣合成的苯丙氨酸氮芥子氣對骨髓腫瘤治療有效,且副作用低。4.化學工業(yè)：谷氨基鈉作洗滌劑,丙氨酸制造丙氨酸纖維。氨基酸的生產(chǎn)方法發(fā)酵法：直接發(fā)酵法：野生菌株發(fā)酵、營養(yǎng)缺陷型突變發(fā)酵、抗氨基酸結構類似物突變株發(fā)酵、抗氨基酸結構類似物突變株的營養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵和營養(yǎng)缺陷型回復突變株發(fā)酵。添加前體法酶法：利用微生物細胞或微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基酸。提取法：蛋白質水解，從水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。傳統(tǒng)的提取法、酶法和化學合成法由于前體物的成本高,工藝復雜,難以達到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國的德固沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。它們能生產(chǎn)高品質的氨基酸,可直接用于輸液制劑的生產(chǎn)。日本在美國、法國等建立了合資的氨基酸生產(chǎn)廠家,生產(chǎn)氨基酸和天冬甜精等衍生物。國內生產(chǎn)氨基酸的廠家主要是天津氨基酸公司,湖北八峰氨基酸公司,但目前無論生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質量還難于與國外抗衡。在80年代中后期,我國從日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵以技貿合作的方式引進輸液制劑的制造技術和仿造產(chǎn)品,1991年銷售量為二千萬瓶,1996年達六千萬瓶,主要廠家有無錫華瑞,北京費森尤斯,昆明康普萊特,但生產(chǎn)原料都依賴進口。據(jù)專家估計,到2000年,世界氨基酸產(chǎn)值可達45億美元,占生物技術市場的7%,國內的氨基酸產(chǎn)值可達40億元,占全國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的12%。氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)展的歷史回顧所謂氨基酸發(fā)酵,就是以糖類和銨鹽為主要原料的培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物,積累特定的氨基酸。這些方法成立的一個重要原因是使用選育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。菌株的育種從自然界中篩選有產(chǎn)酸能力的菌株,并建立其培養(yǎng)條件.在確立突變技術和闡明氨基酸生物合成系統(tǒng)調節(jié)機制的基礎上發(fā)展為營養(yǎng)缺陷變異株、抗藥性菌株的育種。隨著重組DNA技術的發(fā)展,接合、轉導、轉染、細胞融合等手段首先用于體內基因重組,是早期用基因重組方法構建生產(chǎn)菌株的嘗試。隨著載體、受體系統(tǒng)的構建及體外基因重組技術的日益完善,氨基酸生物工程菌的構建有了長足的發(fā)展。蘇氨酸等的生產(chǎn)菌株被成功地構建并應用于工業(yè)化生產(chǎn)。2.1用野生株的方法 這是從自然界獲得的分離菌株進行發(fā)酵生產(chǎn)的一種方法。典型的例子就是谷氨酸發(fā)酵。改變培養(yǎng)條件的發(fā)酵轉換法中,有變化銨離子濃度、磷酸濃度，使谷氨酸轉向谷氨酰胺和纈氨酸發(fā)酵 2.2用營養(yǎng)缺陷變異株的方法這一方法是誘變出菌體內氨基酸生物合成某步反應阻遏的營養(yǎng)缺陷型變異體，使生物合成在中途停止，不讓最終產(chǎn)物起控制作用。這種方法中有用高絲氨酸缺陷株的賴氨酸發(fā)酵，有用精氨酸缺陷株的鳥氨酸發(fā)酵，還有用異亮氨酸缺陷株的脯氨酸發(fā)酵。2.3類似物抗性變異株的方法用一種與自己想獲得的氨基酸結構相類似的化合物加入培養(yǎng)基內，使其發(fā)生控制作用，從而抑制微生物的生長。這樣，就可以得到在這種培養(yǎng)基中能夠生長的變異株，而這種變異株正是解除了調控機制的，能夠生成過量的氨基酸。利用此方法發(fā)酵的有:蘇氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、組氨酸和精氨酸。2.4 體內及體外基因重組的方法基因工程包括細胞內基因重組方法和試管內的體外基因重組方法。體內基因重組在應用上又稱為雜交育種，主要方法包括：轉化、轉染、接合轉移、轉導和細胞融合等，這都是在細胞內暫時地產(chǎn)生染色體的局部二倍體，在兩條DNA鏈之間引起兩次以上的交叉，是遺傳性重組現(xiàn)象。細胞內基因重組技術的缺點是，現(xiàn)在只在同種或有近緣關系的微生物之間進行并較難成功。代謝工程在闡明代謝途徑及其調控規(guī)律的基礎上，應用重組DNA技術可以改變代謝途徑分支點上的流量或引入新的代謝步驟與構建新的代謝網(wǎng)絡。其主要步驟為:鑒定目標代謝途徑涉及的酶(特別是限速酶);取得酶基因，必要時可用蛋白質工程技術，如定點誘變，基因剪接等，使蛋白具有新的特點(增強活性或穩(wěn)定性、解除反饋抑制等);將一種或多種異源的或改造后的酶基因與調節(jié)元件一起克隆進目標生物;使調節(jié)元件的作用及培育條件最優(yōu)化。3.1載體-受體系統(tǒng)及克隆表達的研究 3.1.1受體的獲得目前使用的氨基酸工程菌受體主要是大腸桿菌K-12及棒狀桿菌家族，通常是通過誘變選育出的基礎產(chǎn)率較高的菌株。大腸桿菌遺傳背景研究得清楚，載體系統(tǒng)完善，利于工程菌的構建，但它含有內毒素且不能將蛋白產(chǎn)物分泌至胞外，為應用帶來困難。棒狀桿菌能克服這兩個缺點，但載體受體系統(tǒng)研究較晚且有限制修飾系統(tǒng)的障礙，所以獲得利于外源基因導入及表達且能穩(wěn)定遺傳的受體菌是尚待解決的問題。3.1.2載體的構建 有效的載體需要有在受體菌中可啟動的復制起始位點，這可從棒狀桿菌家族內源小質粒中獲得;載體所需的篩選標記及外源基因插入的多克隆位點，可從常用的克隆載體中獲得。3.1.3基因轉移手段由于棒狀桿菌是革蘭氏陽性菌，CaCl2轉化法對它不適用。通常采用的方法有:原生質體轉化、轉導，電轉化，接合轉移。原生質體轉化的方法是較早采用的方法，由于受到原生質體再生條件的局限，效率不高;電轉化方法由于高效，快速被廣泛使用，目前它的轉化效率可達到原生質體轉化法的1001000倍。接合轉移可用于基因在親緣關系遠的物種之間的轉移，并且可將外源基因整合于染色體上，易于穩(wěn)定遺傳。氨基酸發(fā)酵的代謝控制控制發(fā)酵的條件控制細胞滲透性控制旁路代謝降低反饋作用物的濃度消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用促進ATP的積累，以利氨基酸的生物合成控制發(fā)酵的條件專性需氧菌，控制環(huán)境條件可改變代謝途徑和產(chǎn)物?？刂萍毎麧B透性生物素、油酸和表面活性劑，引起細胞膜的脂肪酸成分的改變。青霉素：抑制細胞壁的合成，由于細胞面內外的滲透壓而泄露出來。控制旁路代謝降低反饋作用物的濃度利用營養(yǎng)缺陷型突變株進行氨基酸發(fā)酵必須限制所要求的氨基酸的量。限制精氨酸的濃度可解除反饋抑制，實現(xiàn)鳥氨酸的生物合成。消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用使用抗氨基酸結構類似物突變株的方法。促進ATP的積累，以利氨基酸的生物合成ATP的積累可促進氨基酸的生物合成氨基酸發(fā)酵的工藝控制培養(yǎng)基pH溫度氧培養(yǎng)基1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烴 碳源濃度過高時，對菌體生長不利，氨基酸的轉化率降低。菌種性質、生產(chǎn)氨基酸種類和所采用的發(fā)酵操作決定碳源種類2、氮源：銨鹽、尿素、氨水；同時調整pH值。營養(yǎng)缺陷型添加適量氨基酸主要以添加有機氮源水解液。需生物素和氨基酸，以玉米漿作氮源。尿素滅菌時形成磷酸銨鎂鹽，須單獨滅菌?？煞峙骷?。氨水用pH自動控制連續(xù)流加3、合適C/N氮源用于調整pH。合成菌體生成氨基酸，因此比一般微生物發(fā)酵的C/N高。4、磷酸鹽：對發(fā)酵有顯著影響。不足時糖代謝受抑制。5、鎂：是已糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶和羧化酶的激活劑，并促進葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活力。6、鉀：促進糖代謝。谷氨酸產(chǎn)酸期鉀多利于產(chǎn)酸，鉀少利于菌體生長。7、鈉：調節(jié)滲透壓作用，一般在調節(jié)pH值時加入。8、錳：是許多酶的激活劑。9、鐵：是細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化氫酶的活性基的組成分，可促進谷氨酸產(chǎn)生菌的生長。10、銅離子：對氨基酸發(fā)酵有明顯毒害作用。生長因子：生物素 作用：影響細胞膜透性和代謝途徑。濃度：過多促進菌體生長，氨基酸產(chǎn)量低。過少菌體生長緩慢，發(fā)酵周期長。與其它培養(yǎng)條件的關系：氧供給不足，生物素過量時，發(fā)酵向其它途徑轉化。種類：玉米漿、麩皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜為來源。pH對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制作用機理：主要影響酶的活性和菌的代謝。控制pH方法：流加尿素和氨水流加方式：根據(jù)菌體生長、pH變化、糖耗情況和發(fā)酵階段等因素決定?？刂疲海?）菌體生長或耗糖慢時，少量多次流加尿素，避免pH過高（2）菌體生長或耗糖過快時，流加尿素可多些，以抑制菌體生長。（3）發(fā)酵后期，殘?zhí)巧?，接近放罐時，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困難。（4）氨水對pH影響大，應采取連續(xù)流加。溫度對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制菌體生長達一定程度后再開始產(chǎn)生氨基酸，因此菌體生長最適溫度和氨基酸合成的最適溫度是不同的。菌體生長溫度過高，則菌體易衰老，pH高，糖耗慢，周期長，酸產(chǎn)量低。采取措施：少量多次流加尿素，維持最適生長溫度，減少風量等，促進菌體生長。氧對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸發(fā)酵：生物合成與TCA循環(huán)有關。適宜在缺氧條件下進行的亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸發(fā)酵：菌體呼吸受阻時產(chǎn)量最大。供氧不足時產(chǎn)酸受輕微影響的天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵谷氨酸生產(chǎn)工藝工業(yè)化生產(chǎn)開始于由水解小麥面筋或大豆蛋白質而制取。1957年，日本率先采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，并投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，這是被譽為現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的重大創(chuàng)舉，使發(fā)酵工業(yè)進入調節(jié)代謝的調控階段。目前世界產(chǎn)谷氨酸鈉30噸/年，占氨基酸總量的2/3。我國現(xiàn)已有200余家生產(chǎn)，年產(chǎn)量達15萬噸，居世界首位。產(chǎn)生菌株特點：革蘭氏陽性不形成芽胞沒有鞭毛，不能運動需要生物素作為生長因子在通氣條件下才能產(chǎn)生谷氨酸。谷氨酸生物合成機理：由三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶和氫供體存在下進行還原性氨化作用而得到。一、淀粉水解糖的制備：酸水解或酶水解1、調漿：干淀粉用水調成10-11Bx的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8至pH1.5。2、糖化：蒸汽加熱，加壓糖化25min。冷卻至80下中和。3、中和：燒堿中和，至pH4.0-5.04、脫色：活性炭脫色和脫色樹脂?；钚蕴坑昧繛?.6-0.8，在70度及酸性條件下攪拌后過濾。酶法糖化：以大米或碎米為原料時采用大米進行浸泡磨漿，再調成15Bx，調pH6.0，加細菌a-淀粉酶進行液化，85 30min，加糖化酶60 糖化24h，過濾后可供配制培養(yǎng)基。糖蜜原料：不宜直接用來作為谷氨酸發(fā)酵的碳源，因含豐富的生物素。預處理方法：活性碳或樹脂吸附法和亞硝酸法吸附或破壞生物素。也可以在發(fā)酵液中加入表面活性劑吐溫60或添加中青霉素。二、菌種擴大培養(yǎng)1、斜面培養(yǎng)：主要產(chǎn)生菌是棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬、節(jié)桿菌屬。我國各工廠目前使用的菌株主要是鈍齒棒桿菌和北京棒桿菌及各種誘變株。生長特點：適用于糖質原料，需氧，以生物素為生長因子。斜面培養(yǎng)基：蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉組成的pH7.0-7.2瓊脂培養(yǎng)基，32培養(yǎng)18-24h。2、一級種子培養(yǎng)：由葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵及硫酸錳組成。pH6.5-6.8。1000ml裝200-250ml振蕩，32 培養(yǎng)12h。3、二級種子培養(yǎng)：用種子罐培養(yǎng)，料液量為發(fā)酵罐投料體積的1，用水解糖代替葡萄糖，于32 進行通氣攪拌7-10h。種子質量要求：二級種子培養(yǎng)結束時，無雜菌或噬菌體污染，菌體大小均一，呈單個或八字排列?；罹鷶?shù)為108-109/ml。三、谷氨酸發(fā)酵1、適應期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。措施：接種量和發(fā)酵條件控制使期縮短。2、對數(shù)生長期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急劇下降后維持在一定水平。菌體濃度迅速增大，菌體形態(tài)為排列整齊的八字形。不產(chǎn)酸。12h。措施：及時供給菌體生長必須的氮源及調節(jié)pH，在pH7.5-8.0時流加尿素；維持溫度30-323、菌體生長停止期：谷氨酸合成。措施：提供必須的氨及pH維持在7.2-7.4。大量通氣，控制溫度34-37。4、發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑汀４胧籂I養(yǎng)物耗盡酸濃度不增加時，及時放罐。發(fā)酵周期一般為30h。谷氨酸發(fā)酵控制（1）生物素：作為催化脂肪酸生物合成最初反應的關鍵酶乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合在，進而影響磷酯的合成。當磷酯含量減少到正常時的一半左右時，細胞發(fā)生變形，谷氨酸能夠從胞內滲出，積累于發(fā)酵液中。生物素過量，則發(fā)酵過程菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，你謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。（2）種齡和種量的控制一級種子控制在11-12h，二級控制在7-8h。種量為1。過多，菌體嬌嫩，不強壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸量不高。（3）pH。發(fā)酵前期，幼齡細胞對pH較敏感，pH過低，菌體生長旺盛，營養(yǎng)成分消耗大，轉入正常發(fā)酵慢，長菌不長酸。谷氨酸脫氫酶最適pH為7.0-7.2，轉氨酶最適pH 7.2-7.4。在發(fā)酵中后期，保持pH不變。過高轉為谷氨酰胺，過低氨離子不足。（4）通風：不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐大小要求通風量不同。在長菌體階段，通風量過大，生物素缺乏，抑制菌體生長。在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風供氧，以防過量生成乳酸和琥珀酸，但過大通風，則大量積累a-酮戊二酸。防止噬菌體和雜菌的污染從空氣過濾、培養(yǎng)基、設備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴格把關。四、谷氨酸的提取1、等電點法：操作簡單，收率60。周期長，占地面積大。2、離子交換法：用陽離子交換樹脂提取吸附谷氨酸形成的陽離子，再用熱堿洗脫，收集相應流分，再加鹽酸結晶。谷氨酸發(fā)酵研究新進展繼續(xù)選育各種生化突變菌株：轉化率提高，或可在富含生物素的培養(yǎng)基中保持較高產(chǎn)酸水平。提高原料利用率，拓寬原料來源或簡化操作工藝。生物工程新技術的應用：體外DNA重組的基因工程和原生質體融合技術和固定化細胞技術使產(chǎn)量提高近1倍。改進發(fā)酵工藝：開拓原料，改進流加工藝，通過電子計算機控制發(fā)酵條件。非糖質原料的谷氨酸發(fā)酵醋酸發(fā)酵谷氨酸 機理：醋酸形成乙酰CoA，再進入TCA，因此凡能利用葡萄糖原料的菌種也可作為醋酸發(fā)酵谷氨酸的菌株。以醋酸鈉或醋酸銨與醋酸的混合液為原料，且濃度不超過4。發(fā)酵過程中也需流加以保持pH。韓韓 北北 忠忠 中國農業(yè)大學中國農業(yè)大學 食品學院食品學院Han Bei-zhong,Prof.PhDCollege of Food Science&Nutritional EngineeringChina Agricultural University抗抗 生生 素素 發(fā)發(fā) 酵酵 生生 產(chǎn)產(chǎn) 技技 術術Antibiotics Fermentation Production11.概述概述2.生產(chǎn)前期研究生產(chǎn)前期研究3.生產(chǎn)菌改良生產(chǎn)菌改良4.生產(chǎn)工藝過程生產(chǎn)工藝過程5.發(fā)酵條件的控制發(fā)酵條件的控制6.提取和精制提取和精制1.Introduction2.Research in Lab3.Strain improvement4.Production processing5.Fermentation control6.Isolation&purification 抗抗 生生 素素 發(fā)發(fā) 酵酵 生生 產(chǎn)產(chǎn) 技技 術術Antibiotics Fermentation Production2抗生素抗生素是生物在其生產(chǎn)活動過是生物在其生產(chǎn)活動過程中所產(chǎn)生，并能程中所產(chǎn)生，并能在低微濃度下有選在低微濃度下有選擇性地擇性地抑制或殺滅抑制或殺滅其他微生物或腫瘤其他微生物或腫瘤細胞的細胞的有機物有機物。Antibiotics Any organic substances produced by various organisms that have the power of arresting the growth of other microorganisms or of destroying them.1.概述概述 Introduction3歷史歷史1929年，英國弗萊年，英國弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素明發(fā)現(xiàn)青霉素二戰(zhàn)期間，大規(guī)模二戰(zhàn)期間，大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)世界上最早用于臨世界上最早用于臨床的抗菌素床的抗菌素 History Penicillin was discovered by Fleming in 1929.World War II,fermented in large-scale The first major antibiotic to be commercialized1.概述概述 Introduction4根據(jù)抗生素的作用機制分類根據(jù)抗生素的作用機制分類 (Modes of Action of Antibiotics)抑制細胞壁合成抑制細胞壁合成(Cell Wall Synthesis)：青霉素青霉素抑制細胞膜功能抑制細胞膜功能(Cell Membrane Damage)：多烯類抗生素多烯類抗生素抑制蛋白質合成抑制蛋白質合成(Protein Synthesis)：四環(huán)素四環(huán)素抑制核酸合成抑制核酸合成(Nucleic Acid Synthesis)：絲裂霉素絲裂霉素 分類分類 Classification1.概述概述 Introduction5復制復制翻譯翻譯轉錄轉錄6根據(jù)抗生素的化學結構分類根據(jù)抗生素的化學結構分類-內酰胺類內酰胺類(-lactam)：青霉素類青霉素類 (penicillins)頭孢菌素類頭孢菌素類 (cephalosporins)氨基糖苷類氨基糖苷類(aminoglycosides)：鏈霉素、慶大霉素鏈霉素、慶大霉素大環(huán)內酯類大環(huán)內酯類(macrolides)：紅霉素、麥迪加霉素紅霉素、麥迪加霉素四四 環(huán)環(huán) 類類(tetracyclines)：四環(huán)素、土霉素四環(huán)素、土霉素多多 肽肽 類類(polymyxin)：多粘菌素多粘菌素 分類分類 Classification1.概述概述Introduction7 HNONSCH3CH3HCOO-H-lactam ring-內酰胺內酰胺 環(huán)環(huán)Rnatural penicillin R=CH2-CO-8-內酰胺內酰胺 環(huán)環(huán)9兩性霉素兩性霉素Antibiotics are so complex they can only be synthesized in a living system10產(chǎn)生菌的篩選產(chǎn)生菌的篩選抗菌性試驗抗菌性試驗提取、精制、鑒定提取、精制、鑒定毒性試驗毒性試驗藥理和臨床試驗藥理和臨床試驗Screening of a strainAntimicrobial trialIsolation,purification and identificationToxicological trial Medicinal&clinical trial 2生產(chǎn)前期研究生產(chǎn)前期研究 Research in Lab11 Agar diffusion assayagar plate瓊脂培養(yǎng)基瓊脂培養(yǎng)基lawn of test bacteria測測 試試 菌菌 苔苔filter papers soakedwith test compounds含含 藥藥 物物 濾濾 紙紙zones of inhibition(no growth)抑菌圈抑菌圈12分分 析析 儀儀 器器Analytical instruments現(xiàn)代分析儀器：現(xiàn)代分析儀器：核磁共振核磁共振毛細管電泳毛細管電泳氣相色譜氣相色譜高效液相色譜高效液相色譜質譜質譜Modern analytical instruments:Nuclear magnetic resonance(NMR)Capillary electrophoresis(CE)Gas chromatography(GC)High performance liquid chromatography(HPLC)Mass spectroscopy(MS)AutomationSensitivityAccuracy自動靈敏準確自動靈敏準確13人工誘變法：人工誘變法：紫外線紫外線、X-線、線、r-線線照射照射亞硝基胍亞硝基胍、亞硝酸、亞硝酸、秋水仙素、氮芥等秋水仙素、氮芥等誘變劑處理誘變劑處理Conventional strain selectionPhysical mutagen eg.Ultraviolet RadiationChemical mutagen eg.Nitrosoguanidine(NTG)Improved strain can be selected empirically 3.抗生素抗生素生產(chǎn)菌改良生產(chǎn)菌改良 Strain Improvement14基因工程Genetic Engineering 3.抗生素抗生素生產(chǎn)菌改良生產(chǎn)菌改良 Strain ImprovementRecombinant DNA Technology （DNA重組技術）克隆克隆15Strain Improvement Scale-upStrain出發(fā)菌株出發(fā)菌株Agar plate平板技術平板技術Primaryshake flaskEvaluation搖瓶培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)Secondary shake flask evaluationdifferent media二級搖瓶培養(yǎng)二級搖瓶培養(yǎng)各種培養(yǎng)基各種培養(yǎng)基Lab fermentor evaluationProductionCondition小型發(fā)酵罐小型發(fā)酵罐模擬生產(chǎn)條件模擬生產(chǎn)條件Mastercell bankWorkingcell bankInoculumDevelopment菌種擴大培養(yǎng)菌種擴大培養(yǎng)Pilot plantEvaluation中試生產(chǎn)中試生產(chǎn)ProductionEvaluation生產(chǎn)生產(chǎn)60003003031Possiblerecycle1617Scale-up（比擬放大）比擬放大）models models EL Gadden Jr 200 m3Same productivity?Limitations?模模 擬擬18搖瓶發(fā)酵搖瓶發(fā)酵 Shake-flask fermentation10-50 ml in 125-500 ml flaskBatch onlyLimited control:temperatureSlow metabolizing carbohydrateAmbient pressureBuffers needed to control pHIn-process sampling difficultVolume decrease by evaporationSolid growth on side wallsAntifoam not neededAgitation limited:shaker speedNo control of dissolved oxygen裝液量：10%(250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧19攪攪 拌拌 罐罐 發(fā)發(fā) 酵酵 Stirred tank fermentation10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2 大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓10-100,000 liter vesselsBatch and feed possibleContinuous control:pH,temperatureAmmonium salts or ammonia neededPressure at two atmospheres possibleNo buffers necessary In-process sampling easyVolume increase by sugar feedVery uniform growthAntifoam often requiredWide variety of impellers and bafflesDissolved oxygen controlled by aeration,pressure20搖搖 瓶瓶 發(fā)發(fā) 酵酵 Shake-flask 裝液量：10%(250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2 大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓攪攪 拌拌 罐罐 發(fā)發(fā) 酵酵 Stirred tank 21菌種 種子制備 發(fā)酵 發(fā)酵液預處理 提取及精制 成品包裝Strain Preparation of seed Fermentation Treatment of broth Isolation&purification Package of product4.抗生素生產(chǎn)工藝過程抗生素生產(chǎn)工藝過程Antibiotics Production Processing22A scheme of the material flow in an antibiotic production 23A scheme of the material flow in an antibiotic production 連消連消發(fā)酵罐發(fā)酵罐緩沖罐緩沖罐種子罐種子罐24發(fā)酵生產(chǎn)原料發(fā)酵生產(chǎn)原料 Materials for FermentationCarbon source:Beet&cane molassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanol GlycerolMaltose syrup,corn syrupCottonseed oil,peanut oil,soy oilLard oil Methyl oleate Tallow碳源碳源:甜菜和甘蔗糖蜜甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇乙醇，甲醇甘油甘油麥芽糖漿，玉米糖漿麥芽糖漿，玉米糖漿綿綿籽籽油，花生油，豆油油，花生油，豆油豬油豬油油酸甲酯油酸甲酯油脂油脂25氮源氮源:綿綿籽籽粉粉玉米粉和玉米浸出液玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面大豆粉和大豆面花生粉花生粉菜籽粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液牛血，酪蛋白水解液乳清乳清魚粉魚粉酵母酵母酵母膏酵母膏肉粉和骨粉肉粉和骨粉 Nitrogen source:Cotton seed meal Corn meal&steep liquorSoybean meal&flour Peanut meal Rapeseed mealBeef blood,Casein hydrolysate Whey Fish mealWhole yeastYeast extractMeat&bone meal 發(fā)酵生產(chǎn)原料發(fā)酵生產(chǎn)原料 Materials for Fermentation26 培培 養(yǎng)養(yǎng) 基基Media for Cell Growth&Final productionComponents Range%組組 成成Glucose/sucrose 3.0-5.0 葡萄糖/蔗糖Starch 淀粉 3.0-5.0Corn steep liquor 3.0-5.0Calcium carbonate 0.5-1.0 碳酸鈣Phosphate 磷酸鹽 0.1-0.5Ammonium sulphate 0.1-1.0 硫酸胺Urea 尿素 0.1-0.5Oil 油 0.1-0.5Fermentation 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 Components Range%組組 成成Glucose 0.5-1.0Starch 0.5-5.0Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液Soy flour 1.0-5.0Phosphate 0.1-1.0Ammonium sulphate 0.5-1.0 and fed periodicallyOil 1.0 and fed continuouslyCorn syrup fed continuously 玉米糖漿 連續(xù)加料 Tank seed 種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基27Stirred tank Fermentation 攪拌發(fā)酵攪拌發(fā)酵285.發(fā)發(fā) 酵酵 控控 制制Fermentation Control Sample AnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContaminationPressure probeLevel probepH probeTemp.probeDO probeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed29ScaleWeight SignalPump SpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer Flow Rate Control 流量控制流量控制30發(fā)發(fā) 酵酵 控控 制制 Fermentation control31菌種菌種(strain)：產(chǎn)黃青霉菌：產(chǎn)黃青霉菌(Penicillium chrysogenum)孢子培養(yǎng)孢子培養(yǎng)(spore cultivation)：25 C,6-7 d種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)(seed cultivation)：25 C，2-3 d 發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)(fermentation)：22-26 C,6-7 d加糖控制加糖控制(sugar feeding)：殘?zhí)墙抵粒簹執(zhí)墙抵?.6 青青 霉霉 素素 發(fā)發(fā) 酵酵(1)Penicillin Fermentation32補氮補氮(nitrogen feeding)：氨控制在：氨控制在 0.01-0.05前體前體(precursor)：殘余苯乙酰胺：殘余苯乙酰胺 0.05-0.08溫度控制溫度控制(temperature)：前期：前期 25-26 C 后期后期 23 C通氣與攪拌通氣與攪拌(aeration&stir)：1:0.8 VVM泡沫泡沫(foam)：天然油脂：天然油脂,如豆油如豆油 青青 霉霉 素素 發(fā)發(fā) 酵酵(2)Penicillin Fermentation33Penicillin Fermentation Profile 變化曲線變化曲線34工業(yè)廢水處理微生物與環(huán)保微生物處理腈綸廢水的塔式濾池水污染概述水體自凈：水體中的污染物因被稀釋，水解，氧化，光分解和微生物降解等而去除的能力。自凈能力影響因素：溶氧污染物過量-細菌和藻類大量繁殖-溶解氧下降-厭氧菌大量繁殖-產(chǎn)生帶有惡臭的硫化氫和硫化鐵水環(huán)境保護水環(huán)境保護水是地球上一切生命賴以生存、也是人類生活和生產(chǎn)中不可缺少的基本物質之一。20世紀以來，由于世界各國工農業(yè)的迅速發(fā)展，城市人口的劇增，缺水已是當今世界許多國家面臨的重大問題。防治水污染，保護水資源是當今世界性的問題，更是我國城鄉(xiāng)普遍面臨的當務之急。饑餓與營養(yǎng)不良饑餓與營養(yǎng)不良較之疾病、污染與環(huán)境破壞更為亟待解決的世界性問題。應用生物技術發(fā)展糧食生產(chǎn)，這樣既可提高農作物的生產(chǎn)能力，又能開墾荒蕪地區(qū)，增加種植面積。土地變得沙化農民手里捧如此土地該如何生存大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)礦藏開采投入環(huán)境生產(chǎn)消費排放廢料農田森林中流失的農藥環(huán)境問題包括：固體廢物場地、地下儲存罐（包括：固體廢物場地、地下儲存罐（USTUST）和管道泄漏污染等。和管道泄漏污染等。其中以固體廢物場地、地下儲存罐的污染問題最為突出。其中以固體廢物場地、地下儲存罐的污染問題最為突出。非點源污染主要來自許多擴散性的污染來源。如降水或融非點源污染主要來自許多擴散性的污染來源。如降水或融雪水在徑流過程中攜帶污染物，最后進入地表水和地下水中、雪水在徑流過程中攜帶污染物，最后進入地表水和地下水中、以及農業(yè)灌溉導致的化肥、除草劑、農藥污染等。以及農業(yè)灌溉導致的化肥、除草劑、農藥污染等。固體廢物填埋場的污染固體廢物填埋場的污染 農業(yè)灌溉對土壤和地下水的污染農業(yè)灌溉對土壤和地下水的污染林樹紅第一節(jié)第一節(jié) 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 地球上每年降水量40萬立方千米，占總水量0.03%，約1/4強降落到陸地，其中56%蒸發(fā)和蒸騰，34%形成地面徑流，10%下滲補給地下水。由自然力促成的水循環(huán)稱為水的自然循環(huán)。自然界中的水在太陽照射和地心引力等作用下不停流動和轉化，通過蒸發(fā)、降水、徑流和滲透等方式循環(huán)不止。水的社會循環(huán) 由人的因素促成的水循環(huán)，稱為水的社會循環(huán)。人類為了滿足生活和生產(chǎn)的需要，不斷取用天然水體中的水，經(jīng)過使用，一部分天然水被消耗，但絕大部分卻變成生活污水和生產(chǎn)廢水排放，重新進入天然水體。在社會循環(huán)中，水質不斷發(fā)生變化，其污染程度隨用水性質、方式而變。降水海洋蒸發(fā)地下滲流地面徑流蒸發(fā)給水工業(yè)農業(yè)新陳代謝生活和商業(yè)產(chǎn)品用水冷卻用水灌溉廢水收集處理處置地面水地面水地下水回用水水的循環(huán)示意圖咸水97.5%地球總水量13.9億立方千米，三分之二被水覆蓋2.5%冰帽和冰川地下水易得的江河湖淡水不到總淡水量1%中國水資源問題：南多北少，東多西少、時多時少、總量多人均少畝均少水資源二、水資源的利用現(xiàn)狀二、水資源的利用現(xiàn)狀世界各國和國民經(jīng)濟各部門對水資源的使用情況各有不同，一般可分為：工業(yè)用水：發(fā)電、造紙、人造纖維等部門的需水量最大。農業(yè)用水生活用水“水臟”問題主要是工業(yè)用水過程產(chǎn)生的。水是工業(yè)發(fā)展的基礎，水可以是工業(yè)生產(chǎn)中的一種原料，也可以作為工業(yè)生產(chǎn)流程中的原料有用組分或雜質的浸出滲液，或作為工業(yè)生產(chǎn)工藝的反應介質。生產(chǎn)1噸鋼材需水100m3以上制造1噸尼龍絲大約需水600m3染1萬米布大約需300m3制1噸紙漿大約需水300m3等。目前，我國工業(yè)萬元產(chǎn)值耗水量平均為600-700m3。農業(yè)和工業(yè)是人類社會的兩個用水大戶研究農業(yè)用水過程對于解決我國的“水少”問題具有決定性的作用研究工業(yè)用水過程則對解決我國“水臟”問題具有決定性的作用。我國90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工業(yè)廢水）以每年6.5%的速度增加，預計到2000年城市污水排放量將達到700億m3/a以上。我國八五期間曾有全國污水處理廠達到150座，城市污水處理率達10%的規(guī)劃目標，實際1995年處理率達到了15%。九五期間擬新增污水處理設施，使日處理能力達400萬m3以上，城市排水管網(wǎng)普及面積率達70%75%，污水集中處理率達到20%，縣以上工業(yè)企業(yè)廢水處理率達76.8%目前我國城市工業(yè)水重復利用率約為50%左右（日本80年代末就達到75%以上）”。從這些數(shù)據(jù)可以看出，我國城市污水治理還是相對滯后的，處于欠帳狀態(tài)。三、世界性的水荒三、世界性的水荒遍及世界的許多地區(qū)，由于工業(yè)的膨脹和每人消費量的提高，需水量已增長到超過天然來源的境地。地下水被取竭，而且受到污染。由于人口的增長和經(jīng)濟的大發(fā)展，水質惡化、水資源緊缺的矛盾更加尖銳，第二次環(huán)境問題的高潮開始出現(xiàn)。水污染控制（治理）工程就是以工程技術措施，來防止、減輕或消除水環(huán)境的污染，改善和保持水環(huán)境質量，保障人體健康，以及有效地保護和合理利用水資源。1989年5月聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)首次提出清潔生產(chǎn)的概念，標志著人類工業(yè)生產(chǎn)觀念的一次變革。清潔生產(chǎn)是與高投入、高消耗、粗放經(jīng)營所支持的傳統(tǒng)工業(yè)相對立的，推行清潔生產(chǎn)將導致工業(yè)用水方式的一次革命，這場“工業(yè)革命”是實現(xiàn)工業(yè)領域水資源可持續(xù)利用的必由之路。我國在90年代提出的中國環(huán)境與發(fā)展十大對策，強調了清潔生產(chǎn)。清潔生產(chǎn)正在成為我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施和手段。第二節(jié)第二節(jié) 水體的污染與自凈水體的污染與自凈一、水體污染及水體自凈作用一、水體污染及水體自凈作用二、水污染指標二、水污染指標 一、水體污染及水體自凈作用一、水體污染及水體自凈作用水體：河流、湖泊、沼澤、水庫、地下水、冰川和海洋等“貯水體”的總稱。在環(huán)境科學領域中，水體不僅包括水，而且也包括水中的懸浮物、底泥及水中生物等。從自然地理的角度看，水體是指地表被水覆蓋的自然綜合體。水體污染是指排入水體的污染物在數(shù)量上超過了該物質在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量，從而導致水體的物理特征、化學特征和生物特征發(fā)生不良變化，破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng)，破壞了水體的功能及其在經(jīng)濟發(fā)展和人民生活中的作用。造成水體污染的因素向水體排放未經(jīng)過妥善處理的城市污水和工業(yè)廢水；施用的化肥、農藥及城市地面的污染物，被雨水沖刷，隨地面徑流而進入水體；隨大氣擴散的有毒物質通過重力沉降或降水過程而進入水體等。有些赤潮生物會分泌出粘液，粘在魚、蝦、貝等生物的鰓上，妨礙呼吸，導致窒息死亡。含有毒素的赤潮生物被海洋生物攝食后能引起中毒死亡。人類食用含有毒素的海產(chǎn)品，也會造成類似的后果。環(huán)境工程環(huán)境工程海洋科學海洋科學海洋生物資源海洋生物資源與環(huán)境與環(huán)境 生物工程生物工程人類行為對生態(tài)系統(tǒng)的影響水體自凈作用水體能夠在其環(huán)境容量的范圍以內，經(jīng)過水體的物理、化學和生物的作用，使排入的污染物質的濃度和毒性隨著時間的推移在向下游流動的過程中自然降低，稱之為水體的自凈作用。水體自凈機理物理過程，其中包括稀釋、混合、擴散、揮發(fā)、沉淀等過程，水體中的污染物質在這一系列的作用下，其濃度得以降低；化學及物理化學過程，污染物質通過氧化、還原、吸附、凝聚、中和等反應使其濃度降低；生物化學過程，污染物質中的有機物，由于水體中微生物的代謝活動而被分解、氧化并轉化為無害、穩(wěn)定的無機物，從而使其濃度降低。二、水污染指標二、水污染指標（一）生化需氧量（BOD）：表示在有氧條件下，好氧微生物氧化分解單位體積水中有機物所消耗的游離氧的數(shù)量，常用單位為mgL，這是一種間接表示水被有機污染物污染程度的指標。在20和在BOD的測定條件（氧充足、不攪動）下，以五日作為測定BOD的標準時間，稱之為五日生化需氧量，以BOD5表示。（二）化學需氧量（COD）用強氧化劑重鉻酸鉀，在酸性條件下能夠將有機物氧化為H2O和CO2，此時所測出的耗氧量稱為化學需氧量（COD）。COD能夠比較精確地表示有機物含量，而且測定需時較短，不受水質限制，因此多作為工業(yè)廢水的污染指標。用另一種氧化劑高錳酸鉀，也能夠將有機物加以氧化，測出的耗氧量較COD低，稱為耗氧量，以OC表示。（三）總需氧量（TOD）有機物主要是由碳（C）、氫（H）、氮（N）、硫（S）等元素所組成。當有機物完全被氧化時，C、H、N、S分別被氧化為CO2、H2O、NO和SO2，此時的需氧量稱為總需氧量（TOD）。（四）總有機碳（TOC）：是污水中有機污染物的總含碳量。其測定結果以C含量表示，單位為mgL。（五）懸浮物：是通過過濾法測定的，濾后濾膜或濾紙上截留下來的物質即為懸浮固體，它包括部分的膠體物質，單位為mgL。（六）有毒物質：是指其達到一定濃度后，對人體健康、水生生物的生長造成危害的物質。非重金屬的氰化物和砷化物及重金屬中的汞、鎘、鉻、鉛等，是國際上公認的六大毒物（砷有時與重金放在一起進行研究）。（七）pH值：對水體生物生長有較大影響，也直接影響水處理工藝及裝置的選用。（八）大腸菌群數(shù)：是指單位體積水中所含的大腸菌群的數(shù)目，單位為個L，它是常用的細菌學指標。第三節(jié)第三節(jié) 水體中主要污染物的來水體中主要污染物的來源及其危害源及其危害無機無毒物無機有毒物有機無毒物有機有毒物放射性物質、生物污染物質和熱污染等。所謂無毒害作用是相對而有條件的。一、無機無毒物一、無機無毒物砂粒、礦渣一類的顆粒狀的物質；酸、堿無機鹽類；氮、磷等植物營養(yǎng)物質。2懸浮物的污染危害（1）大大地降低了光的穿透能力，減少了水的光合作用并妨礙水體的自凈作用；（2）對魚類產(chǎn)生危害，可能堵塞魚鰓，導致魚的死亡，制漿造紙廢水中的紙漿對此最為明顯；（3）水中的懸浮物又可能是各種污染物的載體，它可能吸附一部分水中的污染物并隨水流動遷移。（二）酸、堿、無機鹽類的污染物質來源污染水體中的酸主要來自礦山排水及許多工業(yè)廢水。金屬加工酸洗車間、黏膠纖維和酸性造紙等工業(yè)部門排放酸性工業(yè)廢水。雨水淋洗含二氧化硫的空氣后，匯入地表水體也能形成酸污染。水體中的堿主要來源于堿法造紙、化學纖維、制堿、制革及煉油等工業(yè)廢水。酸和堿的污染必然伴隨著無機鹽類的污染。酸、堿污染物危害酸、堿污染物能改變水體的pH值增加水中的一般無機鹽類和水的硬度。（三）氮、磷等植物營養(yǎng)物主要來自于農田施肥、農業(yè)廢棄物、城市生活污水和某些工業(yè)廢水。污水中的氮可分為有機氮和無機氮兩類。2氮、磷污染危害及水體的富營養(yǎng)化（1）藻類在水體中占據(jù)的空間越來越大，使魚類活動的空間越來越少；衰死藻類將沉積塘底。（2）藻類種類逐漸減少，并由以硅藻和綠藻為主轉為以藍藻為主,不適于作魚餌料，而其中有一些種屬是有毒的。（3）藻類過度生長繁殖，將造成水體中溶解氧的急劇變化，嚴重影響魚類生存。二、無機有毒物二、無機有毒物（一）非重金屬的無機毒性物質1氰化物:來源于電鍍廢水、焦爐和高爐的煤氣洗滌冷卻水、某些化工廠的含氰廢水及金、銀選礦廢水等。氰化物在水中的自凈作用氰化物的揮發(fā)逸散。氰化物的氧化分解。2砷（As）:工業(yè)生產(chǎn)排放含砷廢水的有：化工、有色冶金、煉焦、火電、造紙、皮革等，其中以冶金、化工排放砷量較高。（二）重金屬毒性物質重金屬與一般耗氧的有機物不同，在水體中不能為微生物所降解，只能產(chǎn)生各種形態(tài)之間的相互轉化以及分散和富集，這個過程稱之為重金屬的遷移。重金屬在水體中的遷移主要與沉淀、絡合、螯合、吸附和氧化還原等作用有關。重金屬的毒性和對生物體的危害在天然水體中只要有微量濃度即可產(chǎn)生毒性效應微生物不能降解重金屬，相反地某些重金屬有可能在微生物作用下轉化為金屬有機化合物，產(chǎn)生更大的毒性地表水中的重金屬可以通過生物的食物鏈，成千上萬地富集，而達到相當高的濃度重金屬進入人體后能夠和生理高分子物質如蛋白質和酶等發(fā)生強烈的相互作用使它們失去活性，也可能累積在人體的某些器官中，造成慢性累積性中毒，最終造成危害。微生物不能降解重金屬，微生物作用于重金屬主要是改變金屬在環(huán)境中的存在狀態(tài)從而改變它們的毒性。Hg的微生物轉化無機汞（Hg2+）的甲基化無機汞（Hg2+）還原成HgO甲基汞還原成HgO微生物對重金屬的轉化 三、有機無毒物三、有機無毒物（需氧有機物）屬于碳水化合物、蛋白質、脂肪等自然生成的有機物，它們易于生物降解，向穩(wěn)定的無機物轉化。在有氧條件下，由好氧微生物作用下進行轉化，這一轉化進程快，產(chǎn)物一般為CO2、H2O等穩(wěn)定物質。在無氧條件下，則在厭氧微生物的作用下進行轉化，這一進程較慢。首先在產(chǎn)酸菌的作用下，形成脂肪酸、醇等中間產(chǎn)物 繼之在甲烷菌的作用下形成H2O、CH4、CO2等穩(wěn)定物質，同時放出硫化氫、硫醇、糞臭素等具有惡臭的氣體。（一）水體中需氧污染物主要來自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉類加工、罐頭等食品工業(yè)和制革、造紙、印染、焦化等工業(yè)廢水。有機污染物對水體的危害：對漁業(yè)水產(chǎn)資源的破壞。有機無毒物，又稱耗氧(需氧)有機物，或可生物降解有機物。四、有機有毒物四、有機有毒物這一類物質多屬于人工合成的有機物質，如農藥（DDT、六六六等有機氯農藥）、醛、酮、酚以及聚氯聯(lián)苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡膠、人造纖維）、染料等。來源：石油化學工業(yè)的合成生產(chǎn)過程及有關的產(chǎn)品使用過程中排放出的污水。主要污染特征比較穩(wěn)定，不易被微生物分解，所以又稱難降解有機污染物。它們都有害于人類健康，只是危害程度和作用方式不同。這一類物質在某些條件下，好氧微生物也能夠對其進行分解，因此，也能夠消耗水體中的溶解氧，但速度較慢。農藥 石油 洗滌劑 多氯聯(lián)苯 氰和腈 農藥 微生物作用 被氧化 被脫鹵 被還原 被脫烴 ClClClClClClCl大腸桿菌等 脫鹵作用 微生物對有毒有機物的降解 五、石油類污染物五、石油類污染物石油開采、儲運、煉制和使用過程中，排出的廢油和含油廢水使水體遭受污染。石油化工、機械制造行業(yè)排放的廢水也含有各種油類。海洋石油污染的危害：不僅影響海洋生物的生長、降低海濱環(huán)境的使用價值、破壞海岸設施，還可能影響局部地區(qū)的水文氣象條件和降低海洋的自凈能力。工程菌在環(huán)境工程中應用美國 GE 公司構造成功具有巨大烴類分解能力的工程菌，并獲專利，用于清除石油污染。六、其他污染物六、其他污染物放射性污染：鈾礦開采、提煉、純化、濃縮過程均產(chǎn)生放射性廢水和廢物。熱污染：主要來源于工礦企業(yè)向江河排放的冷卻水，其中以電力工業(yè)為主，其次是冶金、化工、石油、造紙、建材和機械等工業(yè)。第四節(jié)第四節(jié) 污水處理技術概述污水處理技術概述一、污水處理方法的分類一、污水處理方法的分類二、污水處理流程二、污水處理流程一、水體污染防治污水處理技術：物理法(篩濾、重力、離心、磁分離、蒸發(fā))化學法：中和、氧化還原、化學沉淀、電解物理化學法：混凝、氣浮、吸附、離子交換、萃取、膜分離(電滲析、擴散滲析、反滲透、超濾)生物法：好氧生物法(活性污泥法、生物膜法)、厭氧生物法、自然生物處理法（一）物理法通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的呈懸浮狀的污染物質（包括油膜和油珠），在處理過程中不改變其化學性質。物理法操作簡單、經(jīng)濟。常采用的有重力分離法、離心分離法、過濾法及蒸發(fā)、結晶法等。（二）化學法向污水中投加某種化學物質，利用化學反應來分離、回收污水中的某些污染物質，或使其轉化為無害的物質。常用的方法有 化學沉淀法：常用于含重金屬、氰化物等工業(yè)生產(chǎn)污水的處理。石灰法、硫化物法和鋇鹽法?；炷ǎ耗壳俺２捎玫幕炷齽┯辛蛩徜X、堿式氯化鋁、鐵鹽（主要指硫酸亞鐵、三氯化鐵及硫酸鐵）等。中和法：向酸性廢水中投加堿性物質如石灰、氫氧化鈉、石灰石等，使廢水變?yōu)橹行?。對堿性廢水可吹入含有CO2的煙道氣進行中和，也可用其他的酸性物質進行中和。氧化還原（包括電解）法（三）物理化學法工業(yè)廢水在應用物理化學法進行處理或回收利用之前，一般均需先經(jīng)過預處理，盡量去除廢水中的懸浮物、油類、有害氣體等雜質，或調整廢水的pH值，以便提高回收效率及減少損耗。萃?。粚⒉蝗苡谒娜軇┩度胛鬯?吸附：利用多孔性的固體物質，常用活性炭 離子交換：利用離子交換劑的離子交換作用來置換污水中的離子化物質 膜分離技術：電滲析法、反滲透、超過濾法 氣提離子交換法主要是利用離子交換樹脂中的離子同原水在的某些離子進行交換而將其除去,使水得到凈化的方法。它已廣泛應用于化工、電子、醫(yī)藥、紡織、電鍍行業(yè)的制取純水、硬水軟化、藥物和食品的脫色和提取、重要化工原料的回收以及污水處理等。反滲透RO膜是用高分子材料經(jīng)過特殊工藝制成的半透膜，它只允許水分子透過，而不允許溶質通過。用高壓泵使處于半透膜一側的原水壓力超過滲透壓時，原水中的水分子就能夠透過半透膜進入另一側，從而獲得純凈水。而原水中的溶解與非溶解的無機鹽，重金屬離子，有機物，菌體，膠體等物質無法通過半透膜，只能留在濃縮水中被放掉。反滲透設備廣泛應用于醫(yī)藥行業(yè)、飲料行業(yè)、電子、電力行業(yè)等。（四）生物法污水的生物處理法就是利用微生物新陳代謝功能，使污水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物被降解并轉化為無害的物質，使污水得以凈化。1好氧生物處理法主要方法有：活性污泥法，生物膜法。適用于處理溶解的和膠體的有機物。不能直接沉淀，可使有機物轉化為無機物。特點：不產(chǎn)生臭氣處理周期短在適當?shù)臈l件下，一般可除去BOD580-90%。污水處理流程格柵沉砂池沉淀池生物曝氣池或生物濾池二沉池混凝、過濾、離子交換、消毒等設備廢水垃圾處理沉渣處理一級處理出水(排放、灌溉)污泥消化池或其他處理設備濃縮池二級處理出水(排放、灌溉)三級處理出(排放或回用)沉渣處理一級處理二級處理三級處理（1）活性污泥法活性污泥：向有機廢水中不斷地充入空氣，使水中有足夠的溶解氧，為好氧微生物生長繁殖創(chuàng)造良好的條件，經(jīng)過一定時間后，就會產(chǎn)生一種褐色絮狀泥粒，其中含有大量的微生物。主要由菌膠團細菌、原生動物和后生動物組成的微生物群體。還含有一些無機物、分解中的有機物和微生物自身代謝殘留物。外觀及特性：外觀呈黃褐色，易于沉淀分離，具有較大的比表面積（20-100cm2/1me），尺寸0.02-0.2mm,比重1.002-1.006之間，含水率99%。組成：由具有活性微生物Ma、微生物自身氧化殘留物Me、吸附在污泥上不能為生物降解的有機物Mi、無機物Mii組成。原理：由污水中繁殖的大量微生物凝絮而成的絨絮狀泥柱，具有很強的吸附和氧化分解有機物的能力。菌膠團能提供營固定生活的原生動物和絲狀菌棲息和附著生長的場所，又能使膠團細菌包圍在膠質中，而不被原生動物所吞噬。過程：1、廢水中溶解性有機物質透過細菌的細胞壁為細菌所吸收，固體和膠體的有機物先附著在細菌體外，被分泌酶變?yōu)槿芙庑晕镔|再滲入細胞。2、細菌通過自身氧化、還原、合成等過程，把一部分有機物氧化成簡單無機物，另一部分轉化成生物體所必需的營養(yǎng)物質，組成新的原生質?；钚晕勰辔⑸铮阂院醚跫毦鸀橹?，也存活有真菌、原生動物、后生動物，構成穩(wěn)定生態(tài)系。l細菌：微生物主要組成部分，以異養(yǎng)性原核細菌為主，1ml正常污泥中含細菌107-108個，細菌種屬與污水中有機成分有關，是有機污染物的分解者，在環(huán)境條件適宜時其世代時間僅為20-30min。l真菌：種類繁多，活性污泥中較多出現(xiàn)的為腐生或寄生的絲狀菌，異常增殖會引發(fā)污泥膨脹。l原生動物：為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物，是首次捕食者。l后生動物：僅在完全氧化型活性污泥系統(tǒng)中出現(xiàn)，是水質非常穩(wěn)定的標志，是生態(tài)系的二次捕食者。l菌膠團：由各種細菌及細菌所分泌的粘性物質組成的絮凝體狀團粒。菌體種類：細菌毛霉、根霉、曲霉、青霉等霉菌各種原生動物類細菌是活性污泥中最重要的成員。球菌、桿菌、螺旋菌、絲狀細菌（硫絲細菌）細菌存在形式：菌膠團由細菌結合成一定形狀的膠團。根據(jù)外形可分為團形，橢圓形，分枝形，垂絲形和蘑菇形。菌膠團的大小影響活性污泥的吸附和絮凝能力。一種廢水處理中可以有一種菌占主要地位，但多種微生物配合才能大幅度降低BOD.真菌酵母和霉菌在活性污泥中都有出現(xiàn)。存在適宜條件：酸性條件，氮源貧乏，在處理某些特種工業(yè)廢水及有機固體廢渣中起重要作用。原生動物以廢水處理中細菌和有機微粒作為食物和能源，在廢水處理中具有重要作用。種類：肉足類、鞭毛類、孢子蟲類、吸管類、纖毛類。在廢水處理中以纖毛類最重要，又以草履蟲和鐘形蟲為代表。污泥培養(yǎng)成熟時，固定型的鐘形蟲增加。微形后生動物是多細胞動物，大多為好氣異養(yǎng)型，對溶解氧需求量大。種類：輪蟲、甲殼蟲和線蟲。后生動物出現(xiàn)，可以認為廢水處理達到水質較好程度。（二）、活性（二）、活性污泥法的基本流程泥法的基本流程 由曝氣池、沉淀池，污泥回流，剩余污泥排除系統(tǒng)組成?；钚晕勰喙ぷ鲄?shù)微生物種類和數(shù)量混合懸浮固體：1L曝氣池混合液中所含懸浮固體的干重。間接反映廢水中微生物濃度?；旌弦簱]發(fā)性懸浮固體：去除混合液中無機物的重量，更接近活性污泥中微生物的重量。污泥沉降比：一定量的曝氣池混合液，靜置30min后，沉降污泥體積與原混合液體積之比。反映曝氣池正常運行時的污泥量，大小也能反映出污泥膨脹等異?，F(xiàn)象。污泥容積指數(shù)：曝氣池中混合液經(jīng)30min靜置后的體積與污泥干重之比。反映污泥的凝聚性和沉降性。污泥負荷：在單位時間內，單位重量的活性污泥能處理的有機物數(shù)量。活性污泥法有多種池型及運行方式，常用的有：普通活性污泥法完全混合式表面曝氣法吸附再生法等。廢水在曝氣池內停留一般為46小時，能去除廢水中的有機物（BOD5）90左右?；钚晕勰喾▽U水的要求及運行pH在6-9之間，不能波動太大。進水中有機物濃度的控制：進水BOD500-1000mg/L。水中養(yǎng)料要具有微生物生長所必需的基本化合物和元素。BOD:N:P=100:5:1。水中有毒物的控制溶解氧：2-4mg/L.2、完全混合式曝氣池l 一般機械曝氣，也可鼓風曝氣，多為圓形，偶見方型或多邊型，分合建與分建兩種。l合建式，分建式。l3、推流完全混合結合式 l在推流式曝氣池中設置多個表曝機。三、活性三、活性三、活性三、活性污污泥的生泥的生泥的生泥的生長規(guī)長規(guī)律律律律及活性及活性及活性及活性污污泥法的運行方式泥法的運行方式泥法的運行方式泥法的運行方式（一）活性污泥增長曲線 l(二)活性污泥的凈化過程 l（三）活性污泥法運行方式活性污泥法運行方式 （一）、活性（一）、活性（一）、活性（一）、活性污污泥增泥增泥增泥增長長曲曲曲曲線線活性污泥微生物生長規(guī)律用增殖曲線表示（底物一次投加，間歇培養(yǎng)）。分為適應期、對數(shù)增長期、減速增長期、內源呼吸期。取決于營養(yǎng)物與微生物比值。適應期；對數(shù)增長期；減速增長期；內源呼吸期；幾個主要參數(shù)幾個主要參數(shù)1、BOD-污泥負荷：有機污染物的量/活性污泥量（F/M）的比值。用NS表示。l F/M=NS=QLA/XVKgBOD/(KgMLSS.d）l Q-污水流量m3/d l La-進水有機物濃度（BOD5）.Mg/L l X-混和液懸浮固體濃度（MLSS）.Mg/L l V-曝氣池容積 m3 含義：曝氣池內單位重量（KG）活性污泥，在單位時間（1d）內能夠接受能降解到預定程度的有機污泥等物量（BOD）。有時為表示有機物去除情況，采取去除負荷Nr：l l l lNS與處理效率，活性污泥特性，污泥生成量，氧化消耗等有很大的關系。l 2、BOD-容積負荷率，單位曝氣時間單位容積承擔的有機底物BOD5的量。l NV=QLa10-3/V（KgBOD5/m3.d）l 3、污泥齡ts，曝氣池中活性污泥量與每日排放的剩余污泥量之比。l4、回流比R，回流污泥量與進水量之比。R=Qr/Q。5、污泥的增長量：X，kg/d。l X=aQ(La-Le)-bXV la-污泥產(chǎn)量，去除1KgBOD5形成的MLSS的KG數(shù)。lB-自身氧化率 lQ-污泥流量M3/D lLa Le-進出水BOD5濃度 lX-混和液揮發(fā)性懸浮物固體濃度MLVSS lV-曝氣池容積，M3 l一般活性污泥中，a=0.30.72，平均0.52，b=0.020.18，平均0.07。(二二)活性活性污泥的泥的凈化化過程程分為吸附階段和代謝階段 吸附階段：污水和污泥在剛開始接觸5-10分鐘內出現(xiàn)了高的BOD去除率。代謝階段：包括合成代謝和分解代謝。1、傳統(tǒng)法（普通）：推流式，有機物濃度和需氧量沿池長降低，供氧量沿池長均勻分布。l 工藝特征：微生物的生長速率沿池長減少，微生物生長處在前池的對數(shù)增長，經(jīng)減速增長到池末的內源呼吸期的完全生長周期。有機物在曝氣池內降解經(jīng)歷第一階段的吸附與第二階段的代謝。l 優(yōu)點：處理效果好，BOD去除率90%以上。l 缺點：抗沖擊性差，池容大、基建費用高，供氧和需氧矛盾。l （三）、活性污泥法運行方式（三）、活性污泥法運行方式2、階段曝氣活性污泥法（分段進水、分步曝氣）通過改善進水方法，解決供氧與需氧矛盾。l工藝特征：污水沿池長分散進入曝氣池。l優(yōu)點：有機底物沿池均勻分布，負荷均衡。解決了供氧與需氧矛盾，提高了曝氣池對沖擊負荷的適應能力。3、吸附再生法（接觸穩(wěn)定法、生物吸附法）l工藝特征：將活性污泥降解有機污染物的兩 l 個過程-吸附與代謝穩(wěn)定，分別在 l 各自的反應器內進行。吸附池：（30-60分鐘），污水與活性很強的污泥接觸，吸附去除水中有機物，進二沉池進行泥水分離。再生池：污泥回流至再生池進行分解合成代謝，使污泥活性得以恢復。優(yōu)點：池容小，基建費用低，抗沖擊性強，吸附池的污泥遭到破壞，可由再生池污泥予以補充。缺點：處理效果低于傳統(tǒng)法，不宜處理以溶解非有機物為主的污水物質。五、活性五、活性污泥法的新泥法的新發(fā)展展 功能：脫氮、除磷 l 效能：提高供氧能力，污泥濃度，微生物代謝功能等。l（一）生物脫氮 l（二）生物除磷l（三）氧化溝l（四）間歇活性污泥法l（五）AB法（2）生物膜法使污水連續(xù)流經(jīng)固體填料（碎石、煤渣或塑料填料）的濾床表面，其表面附著的大量微生物群落可以形成一層黏液狀膜即生物膜生物膜上的微生物吸附和降解水中的有機污染物。生物膜組成生物膜一般呈蓬松的絮狀結構，微孔較多，表面積大，具有強吸附作用。生物膜外表層的微生物一般為好氧菌，內層為厭氧層。生物膜中常見微生物包括好氣菌，厭氣菌和兼性菌。真菌、藻類、原生動物、蚊蠅幼蟲在生物濾池中兼性菌占優(yōu)勢。生物濾池中pH較低則以真菌為主。濾池頂部有陽光處常有藻類生物只提供氧。生物膜法多采用的處理構筑物有生物濾池、塔式濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池及生物流化床等。除此之外，土地處理系統(tǒng)（污水灌溉）和氧化塘皆屬于生物處理法中的自然生物處理范疇。塔式濾池高可達20米，延長了污水、生物膜和空氣的接觸時間。有機負荷為2000-3000（BOD）/立方米/天輕質塑料濾料，附著菌膠團和游離的細菌，下層為原生動物和輪蟲可分層進水、進風注意廢水預處理，防止濾料堵塞占地面積小，適用于大城市處理負荷大的廢水。生物凝聚劑進流污水反應沉降分離澄清污泥無毒性可生物分解排放水2厭氧生物處理法(1)液化發(fā)酵階段：廢水中的可溶性及懸浮性有機物主要被細菌作用，有機酸不斷積累。蛋白質、纖維素、脂肪有機酸、醇類菌種：厭氧或兼性厭氧菌梭狀芽孢桿菌，胞硫弧菌，乳桿菌，大腸桿菌等。纖維素蛋白質脂 肪纖維酶蛋白酶脂肪酶雙糖或單糖多肽和氨基酸脂肪酸和甘油第一階段水解發(fā)酵2)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段脂肪酸、醇乙酸、H2和CO2兩種細菌的共生體S菌氧化乙醇產(chǎn)生H2MOH：以H2為氫供體還原CO2產(chǎn)生甲烷單 糖氨基酸脂肪酸產(chǎn)酸菌乙酸丙酸CO2氫氣醇類可溶性物質簡單化合物第二階段產(chǎn)酸3）產(chǎn)甲烷階段乙酸、甲酸、甲醇、CO2、H2甲烷產(chǎn)甲烷菌，嚴格厭氧菌CO2+4H2CH4+2H2O乙酸丙酸甲烷菌甲烷二氧化碳醇類簡單化合物第三階段-產(chǎn)甲烷優(yōu)點1、操作不消耗動力；2、可以處理高濃度有機廢水；3、副產(chǎn)物甲烷可以作燃料。缺點1、分解有機物的速度慢；2、需要大體積的處理槽；3、BOD的消除率低于好氣處理。常先用厭氧法處理再好氧法處理。沼氣發(fā)酵是復雜的微生物學過程，只有有了大量的沼氣微生物，并使各種類群的微生物得到最佳的生長條件，各種有機物原料才會在微生物的作用下轉化為沼氣。五.沼氣發(fā)酵原理(一)沼氣微生物 沼氣發(fā)酵是指各種有機物在一定的水分、溫度和厭氧條件下，被各類沼氣微生物分解轉化，最終生成沼氣的過程。沼氣微生物不產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌發(fā)酵性細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌耗氫產(chǎn)乙酸菌食氫產(chǎn)甲烷菌食乙酸產(chǎn)甲烷菌1.沼氣微生物的種類不產(chǎn)甲烷菌能將纖維、半纖維、淀粉、蛋白質、脂肪等復雜有機物分解成乙酸、丙酸、丁酸等簡單的小分子量的物質，為產(chǎn)甲烷菌提供基質。不產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌是沼氣發(fā)酵微生物的核心，它們嚴格厭氧，適宜在中性環(huán)境中繁殖，依靠乙酸、二氧化碳和氫生長，并以廢物的形式排出甲烷。產(chǎn)甲烷菌有機質 水解 產(chǎn)酸 產(chǎn)甲烷 沼氣(二）沼氣發(fā)酵過程充足的沼氣發(fā)酵原料質優(yōu)量多的沼氣微生物嚴格厭氧的生態(tài)環(huán)境盡量高的發(fā)酵溫度適宜的酸堿度合適的負荷持續(xù)的攪拌(三)沼氣發(fā)酵條件(一)沼氣發(fā)酵原料原料是沼氣微生物賴以生存和產(chǎn)生沼氣的物質基礎。按物理形態(tài)分為液態(tài)原料和固態(tài)原料；按營養(yǎng)成分為富氮原料和富碳原料。富氮原料通常指動物糞便，這類原料經(jīng)過動物腸胃系統(tǒng)的充分消化，顆粒細小，含有大量低分子化合物和較高的含水量，做沼氣原料，容易分解，產(chǎn)氣很快，發(fā)酵期較短。富氮原料富碳原料通常指秸稈等農作物的殘余物，這類原料富含纖維素、半纖維素、果膠以及難降解的木質素和植物蠟質。干物質含量高，質地疏松，比重小，厭氧分解慢，產(chǎn)氣周期長。富 碳 原 料 沼氣發(fā)酵細菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快2530倍。因此，碳氮比例配成2530:1可以使沼氣發(fā)酵在合適的速度下進行。原料碳氮比 如果碳氮比例失調，就會使產(chǎn)氣和微生物的生命活動受到影響，以致抑制或者停止。原料碳氮比沼氣發(fā)酵微生物包括有機質分解菌和產(chǎn)甲烷菌兩大菌群，人工制取沼氣的核心菌落是甲烷菌群，自然界一切具備厭氧條件和有機物的地方都可以找到它們的蹤跡。（二）沼氣發(fā)酵微生物（三）嚴格的厭氧環(huán)境產(chǎn)甲烷微生物是嚴格的厭氧菌，只能在無氧的生態(tài)環(huán)境中生存和繁殖。人工制取沼氣的首要外因條件是建造一個不漏氣的厭氧發(fā)酵裝置。溫度是制約沼氣產(chǎn)量的重要因素，在10到60的范圍內，沼氣均能正常發(fā)酵產(chǎn)氣。在這一溫度范圍內，一般溫度愈高，微生物活動愈旺盛，產(chǎn)氣量愈高。（四）合適的發(fā)酵溫度溫度對產(chǎn)氣率的影響沼氣發(fā)酵最適宜酸堿度(pH)為 6.87.4，pH值在6.4以下、7.6以上對發(fā)酵都要產(chǎn)生抑制作用。（五）適宜的酸堿度 農村沼氣池的負荷一般用發(fā)酵原料的濃度來表示,其大小由厭氧活性污泥的數(shù)量、活性及發(fā)酵溫度等因素決定。夏季%8%，秋冬季10%12%。（六）合適的負荷靜態(tài)發(fā)酵沼氣池隨著發(fā)酵時間的推移，由下向上逐步分成沉渣層、活性層、清液層、浮渣層。（七）持續(xù)攪拌攪拌可以使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，增強微生物的活性，產(chǎn)氣量可提高30%以上。持續(xù)攪拌光合細苗：一大類能進行光合作用的原核生物的總稱，體內有光合色素，厭氧光照條件下進行光合作用。光合細菌和藻類處理廢水氧化塘凈化廢水原理：菌藻共生的生態(tài)對有機物的好氣分解，有機物的甲烷發(fā)酵和光合作用同時進行的過程。好氣細菌分解有機物的氧來自藻類光合作用中釋放的和大氣擴散進入水體的氧。好氣細菌在代謝過程中除合成自身原生質，還產(chǎn)生CO2，水，無機鹽類等供藻類利用，藻類又為水生動物提供餌料并重新放出CO2。二、污水處理流程二、污水處理流程一級處理：主要是去除污水中呈懸浮狀的固體污染物質，物理處理法中的大部分用作一級處理。經(jīng)一級處理后的污水，BOD只能去除30左右。二級處理：是大幅度地去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機性污染物質（即BOD物質），常采用生物法，去除率（BOD）可達90以上，處理后水中的BOD5含量可降至2030mg/L，一般污水均能達到排放標準。但經(jīng)二級處理后的污水中仍殘存有微生物不能降解的有機污染物和氮、磷等無機鹽類。深度處理往往是以污水回收、再次復用為目的：進一步去除廢水中的懸浮物質、無機鹽類及其他污染物質。常用的有生物脫氮法、混凝沉淀法、活性炭過濾、離子交換及反滲透和電滲析等。（一）城市污水處理的典型流程（二）煉油廠廢水處理的典型流程三、污泥處理、利用與處置三、污泥處理、利用與處置一座二級污水處理廠，產(chǎn)生的污泥量約占處理污水量的0.35（含水率以97計）污泥的成分：很多有毒物質，如病原微生物、寄生蟲卵及重金屬離子等也可能含有可利用的物質如植物營養(yǎng)素、氮、磷、鉀、有機物等。一般污泥處理的費用約占全污水處理廠運行費用的2050。（一）污泥的脫水與干化：污泥在濃縮池內靜止停留1224小時，體積縮小為原污泥體積的1/3。（二）污泥消化：1.厭氧消化：將污泥置于密閉的消化池中，利用厭氧微生物的作用，產(chǎn)生沼氣2污泥好氧消化：利用好氧和兼氧菌，在污泥處理系統(tǒng)中曝氣供氧，微生物分解生物可降解的有機物（污泥）及細胞原生質。3污泥的最終處理 肥料 焚燒 填地或充作筑路材料（一）污泥的脫水與干化微生物處理發(fā)酵工業(yè)廢水的展望直接厭氣處理有機廢水生產(chǎn)酵母蛋白飼料光合細菌處理發(fā)酵工業(yè)潛力巨大，作為餌料和飼料。有微生物，才有我們一方自然凈土清潔生產(chǎn)是指整體預防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，以期減少對人類和環(huán)境的風險。通過用清潔的能源和原材料，采用清潔的工藝和設備，無污染或少污染的生產(chǎn)方式，加上科學的嚴格的管理措施，來實現(xiàn)和產(chǎn)清潔的產(chǎn)品。包括評價生態(tài)系統(tǒng)，轉化污染物質做到無廢排放，開發(fā)和生產(chǎn)對環(huán)境安全的生產(chǎn)工藝和可降解材料。它包含兩個全過程控制生產(chǎn)全過程控制：清潔生產(chǎn)包括節(jié)約原材料和能源，消除或減少有毒有害原材料，盡最大可能減少廢棄物的毒性和排放量。產(chǎn)品生命周期全過程控制：清潔生產(chǎn)旨在減少產(chǎn)品在整個生命周期過程中對人類和環(huán)境的影響。清潔生產(chǎn)的基本內容第一、清潔的能源。清潔利用礦物燃料提高能源利用率加速開發(fā)水能資源優(yōu)先發(fā)展水力發(fā)電積極穩(wěn)妥地發(fā)展核能發(fā)電；開發(fā)利用太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能等可再生新能源。第二、清潔的生產(chǎn)過程。采用少廢、無廢的生產(chǎn)工藝和高效生產(chǎn)設備；盡量少用、不用有毒有害的原料；減少生產(chǎn)過程中的各種危險因素和有毒有害的中間產(chǎn)品；優(yōu)化工藝操作參數(shù)；加強生產(chǎn)自動控制；完善生產(chǎn)現(xiàn)場管理等。第三、清潔的產(chǎn)品。產(chǎn)品應具有合理的使用功能和使用壽命；產(chǎn)品本身及在使用過程中，對人體健康和生態(tài)環(huán)境不產(chǎn)生任何不良影響和危害；產(chǎn)品失去使用功能后，應易于回收、再生和復用等。實施清潔生產(chǎn)基本途徑原材料(能源)有效使用和替代工藝和設備的革新運行操作管理的改進產(chǎn)品改革及重新設計生產(chǎn)系統(tǒng)內部循環(huán)利用