环境生物技术--环境污染预防生物技术--课件

第六章第六章 环境污染预防生物技术环境污染预防生物技术1ppt课件环境污染控制环境污染控制环境污染治理环境污染治理环境污染预防环境污染预防清洁生产清洁生产环境生物材料、环境友好材料环境生物材料、环境友好材料废物资源化废物资源化生态农业生态农业2ppt课件清洁生产清洁生产清洁能源清洁能源清洁原料：清洁原料：清洁生产过程清洁生产过程清洁的产品：清洁的产品：新能源开发新能源开发可再生能源利用可再生能源利用现有能源的清洁现有能源的清洁少用或不用有毒有害或稀缺原料少用或不用有毒有害或稀缺原料：减少排放物和废物的毒性和数量：减少排放物和废物的毒性和数量使用中使用后减少各种不利影响使用中使用后减少各种不利影响3ppt课件第一节第一节 煤的生物脱硫煤的生物脱硫生物脱硫的背景生物脱硫的背景煤中硫的存在形式煤中硫的存在形式硫的生物脱除机理硫的生物脱除机理微生物脱硫的工艺微生物脱硫的工艺微生物脱硫技术的发展现状和工艺微生物脱硫技术的发展现状和工艺4ppt课件一、生物脱硫的背景一、生物脱硫的背景化石燃料煤和石油中所含有的硫是环境化石燃料煤和石油中所含有的硫是环境的主要污染源之一。的主要污染源之一。酸雨的危害酸雨的危害脱硫的必要性脱硫的必要性生物脱硫的优势生物脱硫的优势脱有机硫是一个世界性难题，已受到广脱有机硫是一个世界性难题，已受到广泛关注。泛关注。5ppt课件化石燃料煤和石油中所含有的有机硫和无化石燃料煤和石油中所含有的有机硫和无机硫是环境的重要污染源机硫是环境的重要污染源严严重重性性 1998年年我我国国有有一一半半以以上上城城市市降降水水pH低低于于5.6。华华中中地地区区酸酸雨雨出出现现频频率率大大于于70%，降降水水的的年年均均pH低低于于5.0，酸酸雨雨面面积积占占国国土土面面积积的的30%，是是继继欧欧洲洲、北北美美后后世世界界第第三三大大中中酸雨区。酸雨区。迫迫切切性性 随随着着能能源源危危机机的的逐逐步步加加剧剧，开开采采高高硫硫化化石石燃燃料料成成为为必必然然。高高硫硫化化石石燃燃料料必必须须预先经过脱硫处理才能进一步使用。预先经过脱硫处理才能进一步使用。6ppt课件vv酸雨污染酸雨污染酸雨污染酸雨污染现在现在现在现在“酸雨酸雨酸雨酸雨”一词已用来泛指酸性物质以湿沉降（雨、雪）一词已用来泛指酸性物质以湿沉降（雨、雪）一词已用来泛指酸性物质以湿沉降（雨、雪）一词已用来泛指酸性物质以湿沉降（雨、雪）或干沉降（酸性颗粒物）的形式从大气转移到地面上。酸雨中或干沉降（酸性颗粒物）的形式从大气转移到地面上。酸雨中或干沉降（酸性颗粒物）的形式从大气转移到地面上。酸雨中或干沉降（酸性颗粒物）的形式从大气转移到地面上。酸雨中绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料，绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料，绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料，绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料，向大气排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。欧洲是世界上一大向大气排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。欧洲是世界上一大向大气排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。欧洲是世界上一大向大气排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。欧洲是世界上一大酸雨区，美国和加拿大东部也是一大酸雨区。亚洲的酸雨主要酸雨区，美国和加拿大东部也是一大酸雨区。亚洲的酸雨主要酸雨区，美国和加拿大东部也是一大酸雨区。亚洲的酸雨主要酸雨区，美国和加拿大东部也是一大酸雨区。亚洲的酸雨主要集中在东亚，其中中国西南、华南是酸雨最严重的地区，成为集中在东亚，其中中国西南、华南是酸雨最严重的地区，成为集中在东亚，其中中国西南、华南是酸雨最严重的地区，成为集中在东亚，其中中国西南、华南是酸雨最严重的地区，成为世界上第三大酸雨区。由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力世界上第三大酸雨区。由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力世界上第三大酸雨区。由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力世界上第三大酸雨区。由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱，酸雨使欧洲弱，酸雨使欧洲弱，酸雨使欧洲弱，酸雨使欧洲30%30%的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的酸化导致鱼类灭绝。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成酸化导致鱼类灭绝。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成酸化导致鱼类灭绝。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成酸化导致鱼类灭绝。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成了了了了75%75%的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿大大大大43%43%的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有1400014000个湖泊个湖泊个湖泊个湖泊是酸性的。水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫是酸性的。水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫是酸性的。水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫是酸性的。水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫瘠化，导致陆地生态系统的退化。瘠化，导致陆地生态系统的退化。瘠化，导致陆地生态系统的退化。瘠化，导致陆地生态系统的退化。7ppt课件8ppt课件酸雨的危害美国纽约州，阿第伦达克山 1980年 泰德.史匹格尔早春时节的酸雨酸雪污染了河川，造成一场致命的“酸流”，令溪鳟纷纷死于鳃部伤害。(国家地理杂志)9ppt课件酸雨对森林的破坏10ppt课件二、煤中硫的存在形式二、煤中硫的存在形式无机硫：占无机硫：占6070，绝大部分以黄铁矿硫，绝大部分以黄铁矿硫(FeS2,FeS）的形式存在，还有少量硫酸）的形式存在，还有少量硫酸 盐硫，微盐硫，微量的元素硫。量的元素硫。有机硫：与煤中的有机质结合为一体，分布均匀有机硫：与煤中的有机质结合为一体，分布均匀,物物 理法不易脱除。煤中的有机硫主要有噻吩理法不易脱除。煤中的有机硫主要有噻吩 基、巯基、基、巯基、硫醚和多硫链等官能团形式。硫醚和多硫链等官能团形式。11ppt课件有机硫类型有机硫类型烷基烷基-硫醇硫醇环基环基-硫醇硫醇芳香基芳香基-硫醇硫醇二烷基二烷基-硫硫环基环基-硫硫苯并苯并-二氢噻吩二氢噻吩环基烷基环基烷基-硫硫芳香基烷基芳香基烷基-硫硫二烷基二烷基-硫硫噻吩噻吩苯并苯并-噻吩噻吩 噻吩并噻吩并-噻吩噻吩二苯基二苯基-噻吩噻吩硫醇硫醇噻吩类噻吩类硫化物Dibenzothiophene(DBT)12ppt课件煤炭的化学结构模型煤炭的化学结构模型13ppt课件三、硫的微生物脱除机理三、硫的微生物脱除机理1.无机硫的脱除机理无机硫的脱除机理两种观点：两种观点：细菌浸出脱硫细菌浸出脱硫细菌的生化反细菌的生化反 应有助于硫化物在水中的溶解；应有助于硫化物在水中的溶解；微生物助浮脱硫微生物助浮脱硫微生物改变微生物改变矿物表面性质使黄铁矿溶于水。矿物表面性质使黄铁矿溶于水。14ppt课件(1)微生物浸出脱硫的机理微生物浸出脱硫的机理氧化亚铁硫杆菌（氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）和氧化）和氧化硫硫杆菌（硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）是目前对无机硫脱）是目前对无机硫脱除效果最好的微生物；另外还有氧化亚铁钩端螺旋菌除效果最好的微生物；另外还有氧化亚铁钩端螺旋菌（leptospirillum ferrooxidans）,酸热硫化叶菌酸热硫化叶菌（Sulfolobus acidocaldarius）2FeS2+7O2+2H2O 2FeSO4+2H2SO4 (1)2FeSO4+1/2O2+H2SO4 Fe2(SO4)3+H2O (2)FeS2+Fe2(SO4)3 3FeSO4+2S (3)（间接氧化）（间接氧化）2S+3O2 +2H2O 2H2SO4 （4）15ppt课件(2)微生物助浮脱硫的原理微生物助浮脱硫的原理微微生生物物助助浮浮脱脱硫硫法法是是一一种种物物理理洗洗选选技技术术浮浮选选法法和和微微生生物物处处理理相相结结合合的的方方法法。把把煤煤粉粉碎碎成成微微粒粒与与水水混混合合，在在悬悬浊浊液液的的下下面面吹吹进进微微气气泡泡，未未经经微微生生物物处处理理的的情情况况下下，煤煤和和黄黄铁铁矿矿的的微微粒粒浮浮在在水水中中，一一起起浮浮在在气气泡泡上不能分开。上不能分开。细细菌菌的的表表面面化化学学性性质质与与矿矿物物差差别别悬悬殊殊，强强烈烈影影响响矿矿物物在在处处理理过过程程中中的的行行为为。加加入入细细菌菌后后，细细菌菌仅仅能能吸吸附附在在黄黄铁铁矿矿上上，由由于于微微生生物物的的亲亲水水性性和和微微生生物物的的迅迅速速粘粘附附，黄黄铁铁矿矿表表面面由由疏疏水水性性变变为为亲亲水水性性，在在浮浮选选过过程程中中，黄黄铁铁矿矿难难以以浮浮在在空空气气泡泡上上就就下下沉沉到到底底部部，灰分也可同时下沉而被去除。灰分也可同时下沉而被去除。16ppt课件微生物水微生物水黄铁矿黄铁矿煤煤空气空气水水微生物助浮脱硫过程示意图微生物助浮脱硫过程示意图浮选柱浮选柱固液分离固液分离污水处理污水处理回回用用17ppt课件2.有机硫的脱除机理有机硫的脱除机理 以二苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径以二苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径(1)碳架破坏途径(C-C键被切断)(2)碳架保留途径(专一地切断C-S键而保留完整的碳架)18ppt课件有机硫的脱除机理有机硫的脱除机理 （1）碳架破坏途径）碳架破坏途径 这一途径是在从土壤中分离的假单胞菌、这一途径是在从土壤中分离的假单胞菌、贝氏固氮菌、不动杆菌和根瘤菌的混合培贝氏固氮菌、不动杆菌和根瘤菌的混合培养中发现的，养中发现的，DBT的碳架被氧化断裂，而的碳架被氧化断裂，而C-S键依然保留，有机硫仍残留在分解产物键依然保留，有机硫仍残留在分解产物中。由于芳环的分解和溶出，使煤中的含中。由于芳环的分解和溶出，使煤中的含碳量明显下降，热值损失较大。碳量明显下降，热值损失较大。19ppt课件有机硫的脱除机理有机硫的脱除机理 （2）4S途径途径 4S途径中，途径中，DBT经过四步氧化最终生成经过四步氧化最终生成SO42-、SO32-2-羟基联苯羟基联苯(2-HBP)、2-2-二二羟基联苯羟基联苯(DHBP)，对碳原子骨架不发生降，对碳原子骨架不发生降解，使有机碳含量保持不变，煤的热值损解，使有机碳含量保持不变，煤的热值损失小。失小。20ppt课件(1)(1)碳架破坏途径碳架破坏途径(C-CC-C键被切断键被切断)DBT顺顺-1,2-二羟二羟 基基-二苯并噻吩二苯并噻吩顺顺-4-(2-(3-羟羟 基基)噻吩基噻吩基)2-氧氧-3-丁烯酸（丁烯酸（cis-HTOB)反反-4-(2-(3-羟羟 基基)噻吩基噻吩基)2-氧氧-3-丁烯酸（丁烯酸（trans-HTOB)3-羟基羟基-2-甲酰基苯噻吩甲酰基苯噻吩 (HFBT)21ppt课件(2)2)碳架保留途径碳架保留途径(专一地切断专一地切断C-SC-S而保留完整的碳架而保留完整的碳架)(1)DBT;(2)DBT-亚砜；(3)DBT-砜；(4)2-羟基联苯基亚磺酸盐(HPBS);(5)2-羟基联苯基磺酸盐;(6)2-羟基联苯(2-HBP);(7)2-2-二羟基联苯(DHBP)DszC作用作用DszB作用作用DszA作用作用22ppt课件其它含硫化合物的代谢其它含硫化合物的代谢硫醇和烷烃化的硫醇硫醇和烷烃化的硫醇 菌株为排硫硫杆菌（菌株为排硫硫杆菌（Thiobacillus thioparus），），可以通过甲基硫醇氧化酶作用，氧化硫醇定量可以通过甲基硫醇氧化酶作用，氧化硫醇定量生成甲醛，生成甲醛，S0和过氧化氢。和过氧化氢。23ppt课件四、微生物脱硫的工艺四、微生物脱硫的工艺（1）微生物浸出脱硫技术）微生物浸出脱硫技术简单的处理简单的处理空气搅拌式反应器空气搅拌式反应器（2）微生物助浮脱硫）微生物助浮脱硫浮选柱内进行，美国弗吉尼浮选柱内进行，美国弗吉尼亚大学开发的亚大学开发的Microcel微泡浮选微泡浮选柱和美国肯塔基大学开发的肯浮柱和美国肯塔基大学开发的肯浮劳特浮选柱。劳特浮选柱。24ppt课件简简单单的的处处理理：煤煤炭炭上上布布洒洒含含有有微微生生物物的的溶溶液液，水水浸浸透透在在煤煤中中实实现现脱脱硫硫。生生成成的的硫硫酸酸在在底底部部从从煤煤中中去去除除。装装置置简简单单，经经济济，操操作作容易，但处理时间长。容易，但处理时间长。空空气气搅搅拌拌式式反反应应器器：把把粉粉碎碎了了的的煤煤与与含含有有微微生生物物的的溶溶液液在在空空气气泡泡中中进进行行搅搅拌拌脱脱硫硫，比比机机械械搅搅拌拌对对微微生生物物损损伤伤小小，同同时时因因为为能能迅迅速速微微生生物物生生长长必必需需的的二二氧氧化化碳碳和和氧氧气气，可可以以加加快快浸浸出出速速度度及及增增强强浸浸出出效效果果,缩缩短短了了处处理理时间。时间。18182828天能脱去黄铁矿天能脱去黄铁矿90909595。25ppt课件FeSFeS2 2氧化氧化液体液体粉碎粉碎过滤过滤中和沉淀中和沉淀加热加热水洗水洗原煤原煤含菌液体回流含菌液体回流煤成品煤成品沉渣处置沉渣处置加加水水煤炭细菌脱硫工程的工艺过程煤炭细菌脱硫工程的工艺过程粉碎粉碎过滤过滤中和沉淀中和沉淀加热加热原煤原煤含菌液体回流含菌液体回流沉渣处置沉渣处置加加水水水洗水洗煤成品煤成品反应器反应器煤炭细菌脱硫工程的工艺过程煤炭细菌脱硫工程的工艺过程无机硫的微生物脱硫工艺无机硫的微生物脱硫工艺 微生物浸出脱硫微生物浸出脱硫26ppt课件五、微生物脱硫技术的发展现状和趋势五、微生物脱硫技术的发展现状和趋势（1）应用状况）应用状况许多国家对于微生物煤炭脱硫技术的研究，正许多国家对于微生物煤炭脱硫技术的研究，正从以微生物为对象的基础研究逐渐发展到以工艺流从以微生物为对象的基础研究逐渐发展到以工艺流程设计和总体设计为目的的应用研究，致力于工业程设计和总体设计为目的的应用研究，致力于工业技术的开发与应用。技术的开发与应用。美国、荷兰、德国、捷克等报道了半工业化或美国、荷兰、德国、捷克等报道了半工业化或工业性实验，捷克北部三个露天煤矿采用氧化亚铁工业性实验，捷克北部三个露天煤矿采用氧化亚铁硫杆菌脱除褐煤中硫，结果显示，无机硫脱除率平硫杆菌脱除褐煤中硫，结果显示，无机硫脱除率平均为均为78.5，有机硫的脱除率平均为，有机硫的脱除率平均为23.4。中国在。中国在这方面的研究起步较晚，只限于实验室研究。这方面的研究起步较晚，只限于实验室研究。27ppt课件（2）存在的问题及策略）存在的问题及策略a.煤的破碎费用高；煤的破碎费用高；b.反应时间长，反应时间长，c大规模生产中传热是一个棘手问题；大规模生产中传热是一个棘手问题；d.硫氧化产物需进一步处理；硫氧化产物需进一步处理；e.煤炭中的杂质对微生物的抑制作用。煤炭中的杂质对微生物的抑制作用。28ppt课件（2）存在的问题及策略）存在的问题及策略解决策略：解决策略：a.选育和驯化高效脱硫菌，选育和驯化高效脱硫菌，b.利用生物工程技术构建高效脱硫工程菌，利用生物工程技术构建高效脱硫工程菌，c.对脱硫液进行回收处理，实现废物资源对脱硫液进行回收处理，实现废物资源化，避免二次污染化，避免二次污染,d.设计更加合理的工艺流程。重组菌株比设计更加合理的工艺流程。重组菌株比原始菌株具有更高的脱硫效率和广阔的工业应原始菌株具有更高的脱硫效率和广阔的工业应用与环境保护前景。用与环境保护前景。29ppt课件第二节第二节 石油的生物脱硫石油的生物脱硫一、石油中硫的存在形式一、石油中硫的存在形式原油的总硫量在原油的总硫量在0.037.89，大部分为，大部分为有机硫，占总硫量的有机硫，占总硫量的5070；少量的元；少量的元素硫、硫代硫酸盐、素硫、硫代硫酸盐、H2S、FeS2溶解或悬浮溶解或悬浮在油中。有机硫的存在形式有硫醇、硫化物在油中。有机硫的存在形式有硫醇、硫化物和噻吩三大类，主要为噻吩类有机硫，其衍和噻吩三大类，主要为噻吩类有机硫，其衍生物有苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并二氢噻生物有苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并二氢噻吩等。其中，硫醇易于去除，杂环硫较难。吩等。其中，硫醇易于去除，杂环硫较难。30ppt课件二、脱硫的途径和微生物二、脱硫的途径和微生物生物脱硫的研究工作主要集中在红球菌属细菌，生物脱硫的研究工作主要集中在红球菌属细菌，目前红平红球菌（目前红平红球菌（Rhodococcus erythropolis）IGTS8已用于开发商业的生物脱已用于开发商业的生物脱硫技术。硫技术。红平红球菌红平红球菌IGTS8中存在着中存在着120kb的线状质粒，的线状质粒，含有含有dszA、dszB、dszC基因负责催化基因负责催化DBT的脱的脱硫。这些基因已被克隆并测序，表达产物也被硫。这些基因已被克隆并测序，表达产物也被纯化出来。纯化出来。31ppt课件二、脱硫的途径和微生物二、脱硫的途径和微生物假单胞菌广泛存在于石油中，具有许多作为生假单胞菌广泛存在于石油中，具有许多作为生物催化工业应用菌株的优良特性，如具有很高物催化工业应用菌株的优良特性，如具有很高的耐有机溶剂的能力和抗重金属的能力。研究的耐有机溶剂的能力和抗重金属的能力。研究者以假单胞菌为受体菌，将改造的者以假单胞菌为受体菌，将改造的dsz基因在其基因在其中进行表达，比原始菌株能更有效的脱硫，如中进行表达，比原始菌株能更有效的脱硫，如构建的菌株构建的菌株铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌EGSOX24小时能够转小时能够转化化95的的DBT，IGTS8仅为仅为18。32ppt课件脱硫油脱硫油生物反应器生物反应器酶和细胞增殖酶和细胞增殖生物催化剂和水循环利用生物催化剂和水循环利用失效的生物失效的生物催化剂催化剂副产物副产物回收回收高硫油高硫油分离分离油油生物催化生物催化剂和水剂和水O2O2O2O2CO2CO2CO2CO2三、经典的石油生物脱硫工艺流程三、经典的石油生物脱硫工艺流程营营养养物物33ppt课件生物脱有机硫的优势生物脱有机硫的优势生物催化脱硫（生物催化脱硫（BDS）在常温常压下操作，而且）在常温常压下操作，而且能耗比能耗比加氢脱硫技术加氢脱硫技术（HDS）低）低70%-80%。该过程还可回收有机磺酸盐等化学品，可为炼油该过程还可回收有机磺酸盐等化学品，可为炼油厂增加经济效益。厂增加经济效益。采用采用BDS技术的投资额约为加氢脱技术的投资额约为加氢脱硫技术硫技术(HDS)的一半，操作费用比的一半，操作费用比HDS低低10%-25%。据报道，采用据报道，采用BDS可使可使FCC汽油的硫含量从汽油的硫含量从1400ppm降至降至150ppm(以满足整个汽油组分平均硫质量以满足整个汽油组分平均硫质量含量为含量为50ppm的要求的要求)。从整个汽油组分来讲，炼油厂每从整个汽油组分来讲，炼油厂每m3成品汽油的成品汽油的BDS成本成本1.59-2.65US$，低于低于HDS成本。成本。34ppt课件嗜热耐热性微生物的优势嗜热耐热性微生物的优势I.石油炼制过程中的精馏后，即使在石油炼制过程中的精馏后，即使在HDS后的后的油品温度也较高。如用耐热性的微生物可省油品温度也较高。如用耐热性的微生物可省去冷却过程所带来的麻烦，并可提高生物脱去冷却过程所带来的麻烦，并可提高生物脱有机硫的反应速率；有机硫的反应速率；II.耐热微生物所含有的耐温酶类具有重要的生耐热微生物所含有的耐温酶类具有重要的生产潜力和应用前景。脱有机硫的耐热微生物产潜力和应用前景。脱有机硫的耐热微生物酶催化剂热稳定好，反应速度快，较一般常酶催化剂热稳定好，反应速度快，较一般常温微生物优势明显；温微生物优势明显；35ppt课件嗜热耐热性微生物的优势嗜热耐热性微生物的优势III.已发现的具降解已发现的具降解DBT能力的微生物能力的微生物(如红平如红平红球菌、诺卡氏菌红球菌、诺卡氏菌)耐热能力较差，仅能在耐热能力较差，仅能在30oC附近生长和脱硫附近生长和脱硫;一些耐热能力较强的假一些耐热能力较强的假单胞菌、嗜酸热硫化叶菌等微生物能在单胞菌、嗜酸热硫化叶菌等微生物能在50oC左右降解左右降解DBT，但均仅能攻击但均仅能攻击C-C键，而不键，而不能有效脱除能有效脱除DBT中的有机硫；中的有机硫；IV.有必要寻找能耐热、能有效攻击有必要寻找能耐热、能有效攻击C-S键的微键的微生物，如能从自然界筛选到耐热性具碳架保生物，如能从自然界筛选到耐热性具碳架保留途径的脱有机硫菌株最佳，并可填补这一留途径的脱有机硫菌株最佳，并可填补这一领域的研究空白，具有重要的理论价值和应领域的研究空白，具有重要的理论价值和应用前景。用前景。36ppt课件四、技术经济分析四、技术经济分析目前与直接购买低硫油相比仍十分昂贵。生物脱目前与直接购买低硫油相比仍十分昂贵。生物脱硫必须与方便的氢制造技术竞争。可以通过其过硫必须与方便的氢制造技术竞争。可以通过其过程的副产品创造价值。如可以应用程的副产品创造价值。如可以应用BDS从低品味从低品味石油中如高硫的炼油原料获得表面活性剂。石油中如高硫的炼油原料获得表面活性剂。HPBS及其部分衍生物带有很长的烷基侧链时（及其部分衍生物带有很长的烷基侧链时（Cx-HPBS）就成为有效的去污剂。）就成为有效的去污剂。Cx-HPBS是是4S途途径的次末端产物，如果去除径的次末端产物，如果去除dszB基因，就可以产基因，就可以产生大量的生大量的Cx-HPBS。因此生物脱硫有很大的潜在。因此生物脱硫有很大的潜在价值。价值。37ppt课件第三节第三节 生物制浆生物制浆一、造纸废水的污染一、造纸废水的污染造纸工业中的制浆和漂白工序是污造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序染物产生的主要工序。传统的化学漂。传统的化学漂白采用氯或二氧化氯，废水中含大量氯白采用氯或二氧化氯，废水中含大量氯代有机物，具有致癌致畸作用。废水中代有机物，具有致癌致畸作用。废水中还有很高的还有很高的COD、BOD，1985 年更发年更发现废水中含有剧毒二噁英类化合物。现废水中含有剧毒二噁英类化合物。（淮河的污染为例）。（淮河的污染为例）。38ppt课件木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。分枝多聚物。木质素的转化木质素的转化木质素的转化木质素的转化木质素是造纸工业有效利用纤维素的最大障碍，结构非常复杂，与木聚糖形成复合体紧密附着在纤维上，难以去除 39ppt课件传统制浆是用烧碱或硫酸盐高温蒸煮原料，除去传统制浆是用烧碱或硫酸盐高温蒸煮原料，除去木质素降低纤维间的结合力使之理解成浆。木质素降低纤维间的结合力使之理解成浆。影响纸浆得率，并造成环境污染。影响纸浆得率，并造成环境污染。40ppt课件二、生物技术用于造纸的漂白二、生物技术用于造纸的漂白 （1）木聚糖酶的预漂白作用）木聚糖酶的预漂白作用 木聚糖酶对纸浆进行预漂白，可以减少随后的化学漂木聚糖酶对纸浆进行预漂白，可以减少随后的化学漂白用氯量白用氯量3040，废液中有机氯化物与毒性物，废液中有机氯化物与毒性物含量显著减少。木聚糖酶经历了三代发展，第一代含量显著减少。木聚糖酶经历了三代发展，第一代酸性酶，第二代中性酶，第三代碱性酶。第三代木酸性酶，第二代中性酶，第三代碱性酶。第三代木聚糖酶的研究与应用进入高峰期聚糖酶的研究与应用进入高峰期。基因工程、蛋白基因工程、蛋白质工程手段获得的耐热耐碱木聚糖酶以成为研究热质工程手段获得的耐热耐碱木聚糖酶以成为研究热点，几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序点，几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序,在大肠杆菌中表达在大肠杆菌中表达。41ppt课件（2）木质素酶的漂白作用）木质素酶的漂白作用1983年分别发现两种木素降解酶年分别发现两种木素降解酶木素过氧化物木素过氧化物酶与锰过氧化物酶。漆酶作为木素降解酶用于纸酶与锰过氧化物酶。漆酶作为木素降解酶用于纸浆漂白的研究是最晚的。漆酶可以选择性地降解浆漂白的研究是最晚的。漆酶可以选择性地降解木质素，生产纸浆。漆酶是一种含铜的酶蛋白木质素，生产纸浆。漆酶是一种含铜的酶蛋白,最最主要的生产者是担子菌中的主要的生产者是担子菌中的白腐菌白腐菌。漆酶的作用。漆酶的作用需要氧化还原中介物的作用（简单的有机化合物需要氧化还原中介物的作用（简单的有机化合物如如3羟基邻氨基苯甲酸羟基邻氨基苯甲酸3-HAA）。）。42ppt课件（2）木质素酶的漂白作用）木质素酶的漂白作用以后工作：以后工作：选育高产木聚糖酶菌种；筛选生产过氧化物酶的选育高产木聚糖酶菌种；筛选生产过氧化物酶的菌种；基因工程菌。菌种；基因工程菌。利用木聚糖酶和木质素酶共同作用有望完全降利用木聚糖酶和木质素酶共同作用有望完全降解木质素。解木质素。43ppt课件第四节第四节 生物合成替代化工合成生物合成替代化工合成 一、生物合成的优势一、生物合成的优势生生物物合合成成过过程程以以酶酶促促反反应应为为基基础础，通通常常在在常常温温、常常压压下下进进行行，酶酶对对底底物物有有高高度度的的专专一一性性，生生物物转转化化效效率率高高，副副产产物物少少。因因此此投投资资省省，费费用用少少，消消耗耗低低，过过程程稳稳定定，代代替替传传统统的的化化学学过过程程可可以以降降低低污污染染，有有利利于于实实现现工工艺过程生态化，真正实现清洁生产的目标。艺过程生态化，真正实现清洁生产的目标。44ppt课件二、以丙稀酰氨为例生物合成的应用二、以丙稀酰氨为例生物合成的应用1.1.丙稀酰胺的生产方法丙稀酰胺的生产方法以丙稀腈为原料，在催化剂的作用下，进以丙稀腈为原料，在催化剂的作用下，进行水合反应生成丙稀酰胺。行水合反应生成丙稀酰胺。45ppt课件1.1.丙稀酰胺的化学合成法丙稀酰胺的化学合成法 （1 1）硫酸水合法）硫酸水合法丙稀腈和水在硫酸催化剂的作用下，丙稀腈和水在硫酸催化剂的作用下，80-10080-100O OC C进进行水合反应，先生成丙稀酰胺硫酸盐，然后再用碱行水合反应，先生成丙稀酰胺硫酸盐，然后再用碱中和，结晶分离出丙稀酰胺产品和副产品硫酸铵。中和，结晶分离出丙稀酰胺产品和副产品硫酸铵。原料消耗高，收率低，产生大量的含丙稀酰胺的硫原料消耗高，收率低，产生大量的含丙稀酰胺的硫酸盐和废液，污染环境，已被淘汰。酸盐和废液，污染环境，已被淘汰。（2 2）铜催化水合法）铜催化水合法利用骨架铜系列催化剂，丙稀腈与水直接反应生利用骨架铜系列催化剂，丙稀腈与水直接反应生成丙稀酰胺。纯度高，收率高，已实现大规模生产，成丙稀酰胺。纯度高，收率高，已实现大规模生产，是目前生产丙稀酰胺的主要方法。问题：高温高压是目前生产丙稀酰胺的主要方法。问题：高温高压下进行，工艺流程较长，存在一些微量铜离子及齐下进行，工艺流程较长，存在一些微量铜离子及齐聚物和共聚物而影响产品的质量。聚物和共聚物而影响产品的质量。46ppt课件丙稀酰胺的生物催化合成法（3 3）微生物催化水合法）微生物催化水合法 用用产产生生腈腈水水合合酶酶的的微微生生物物细细胞胞固固定定后后，催催化化水水合合生生成成丙丙稀稀酰酰胺胺。高高活活性性、高高选选择择性性、高高收收率率、低低能能耗耗、成成本本低低，无无齐齐聚聚物物和和共共聚聚物物等等副副产产品品，没没有有铜铜离离子子等等杂杂志志，“三三废废”少。少。（4 4）酶催化水合）酶催化水合用用丙丙稀稀腈腈水水合合酶酶和和酰酰胺胺酶酶两两步步转转化化法法是是合合成成丙稀酰胺的最新工艺。丙稀酰胺的最新工艺。47ppt课件生物合成的优势生物合成的优势 以以含含丙丙稀稀腈腈水水合合酶酶为为生生物物催催化化剂剂的的微微生生物物催催化化法法生生产产丙丙稀稀酰酰胺胺，在在常常温温常常压压下下进进行行，而而以以化化学学法法生生产产则则需需在在高高温温进进行行，工工艺艺流流程程常常，因因此此，与与化化学学法法相相比比，微微生生物物催催化化法法生生产工艺要节能合节省投资百分之五十。产工艺要节能合节省投资百分之五十。微微生生物物催催化化法法生生产产丙丙稀稀酰酰氨氨过过程程种种，产产生生“三三废废”少少，而而化化学学法法生生产产过过程程中中，在在催催化化剂剂再再生生，产产品品后后处处理理等等操操作作中中产产生生大大量量的的酸酸、碱碱废废液液。因因此此，微微生生物物催催化化发发有有利利于于环环境保护。境保护。48ppt课件丙丙稀稀酰酰胺胺主主要要用用于于制制造造水水溶溶液液性性聚聚合合物物聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺。在在丙丙稀稀酰酰胺胺的的聚聚合合过过程程中中，通通过过调调节节分分子子质质量量以以及及引引进进各各种种离离子子基基因因，可可以以得得到到各各种种特特定定性性能能的的功功能能高高分分子子聚聚合合物物。聚聚丙丙稀稀酰酰氨氨能能广广泛泛应应用用于于絮絮凝凝，增增稠稠，减减阻阻，凝粘，粘结，阻垢等领域。凝粘，粘结，阻垢等领域。2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 49ppt课件2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （1 1）在水处理中的应用）在水处理中的应用聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺的的酰酰氨氨基基可可与与许许多多物物质质亲亲和和，吸吸附附形形成成氢氢键键生生成成絮絮团团，加加速速物物质质粒粒子子沉沉降降，因因而而聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺是是目目前前世世界界上上应应用用最最广广、效效能能最最高高的的高高分分子子有有机机絮絮凝凝剂剂，其其品品种种有有阳阳离离子子,阴阴离离子子及及非非离离子子型型，适适用用于于不不同同的的处处理理对象。对象。50ppt课件2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （2 2）在造纸工业中的应用）在造纸工业中的应用聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺在在造造纸纸工工业业中中主主要要应应用用于于两两方方面面：一一是是提提高高填填料料、颜颜料料的的存存留留率率以以降降低低原原材材料料的的流流失失和和对对环环境境的的污污染染；二二是是提提高高纸纸张张的的强强度度。另另外外，使使用用聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺还还可可以以提提高高纸纸的的抗抗撕撕性性和和多多孔孔性性，以以改改进进视视觉觉和和印印刷刷性能。性能。51ppt课件2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （3 3）在采油工业中的应用）在采油工业中的应用高高分分子子质质量量的的聚聚丙丙稀稀酰酰胺胺不不仅仅是是一一种种高高效效絮絮凝凝剂剂，也也是是一一种种极极其其优优良良的的增增稠稠剂剂，在在油油田田石石油油开开采采中中可可作作为为多多种种用用途途的的添添加加剂剂，如如用用作作钻钻井井液液添添加加剂剂，压压裂裂液液及及用用于于聚聚合合物物驱油以提高石油采收率。驱油以提高石油采收率。52ppt课件53ppt课件