環(huán)境生物技術(shù)課件

廢水好氧生物處理工程第一節(jié)生物處理技術(shù)概述

一、生物處理的基本原理生物處理的主體是微生物。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化廣義上可以定義為兩種：礦化和共代謝礦化是將有機(jī)物完全無(wú)機(jī)化的過(guò)程，是與微生物生長(zhǎng)包括分解代謝與合成代謝過(guò)程相關(guān)的過(guò)程。共代謝通常是由非專一性酶促反應(yīng)完成的，不導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量或能量的增加,使有機(jī)物得到修飾和轉(zhuǎn)化，但不能使其分子完全分解。1.好氧生物處理的基本原理在好氧條件下，有機(jī)物在好氧微生物的作用下氧化分解，有機(jī)物濃度下降，微生物量增加。微生物將有機(jī)物攝入體內(nèi)後，以其作為營(yíng)養(yǎng)源加以代謝，代謝按兩條途徑進(jìn)行：合成代謝和分解代謝圖6-1有機(jī)物好氧分解圖示在有機(jī)物的好氧分解過(guò)程中，有機(jī)物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗這三個(gè)過(guò)程是同步進(jìn)行的，也是控制好氧生物處理成功與否的關(guān)鍵過(guò)程。（1）有機(jī)物的降解圖6-2有機(jī)物好氧生物降解的一般途徑（2）微生物的增殖圖6-3靜態(tài)培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)曲線（3）溶解氧的提供溶解氧是影響好氧生物處理過(guò)程的重要因素。充足的溶解氧供應(yīng)有利於好氧生物降解過(guò)程的順利進(jìn)行。溶解氧的需求量與微生物的代謝過(guò)程密切相關(guān)。在不同的好氧生物處理過(guò)程和工藝中，溶解氧的提供方式也不同。2.厭氧生物處理的基本原理厭氧生物處理是在無(wú)氧條件下，利用多種厭氧微生物的代謝活動(dòng)，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物和少量細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程。（1）厭氧生物分解有機(jī)物的過(guò)程圖6-4有機(jī)物厭氧分解過(guò)程■

水解階段複雜有機(jī)物首先在發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶的作用下分解為溶解性的小分子有機(jī)物。該過(guò)程通常比較緩慢，是複雜有機(jī)物厭氧降解的限速階段?！霭l(fā)酵（酸化）階段溶解性小分子有機(jī)物進(jìn)入發(fā)酵菌（酸化菌）細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為揮發(fā)性脂肪酸（VFA),同時(shí)合成細(xì)胞物質(zhì)。■

產(chǎn)乙酸階段發(fā)酵酸化階段的產(chǎn)物丙酸、丁酸、乙醇等，在此階段經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳?！霎a(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷菌通過(guò)以下兩個(gè)途徑之一，將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷。其一是在二氧化碳存在時(shí)，利用氫氣生成甲烷。其二是利用乙酸生成甲烷。（2）水解處理水解處理是指將厭氧過(guò)程控制在水解或酸化階段，利用兼性的水解產(chǎn)酸菌將複雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單有機(jī)物。能降低污染物的複雜程度，提高後續(xù)好氧生物處理的效率。（3）缺氧處理在沒(méi)有分子氧存在的條件下，一些特殊的微生物類群可以利用含有化合態(tài)氧的物質(zhì)進(jìn)行代謝活動(dòng)。二、微生物催化降解的必要條件1.存在含有某種降解酶的微生物。2.微生物必須在目標(biāo)化合物出現(xiàn)的環(huán)境中出現(xiàn)。3.化合物必須是具有適宜酶的微生物可獲得的。4.如果產(chǎn)生降解的啟動(dòng)酶是胞外酶，酶作用的化學(xué)鍵必須暴露以利於催化作用發(fā)生，這種條件並不是總能滿足，因?yàn)樵S多化合物會(huì)發(fā)生吸附。5.催化起始降解的酶如果是胞內(nèi)酶，化合物分子則必須進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的酶作用位點(diǎn)，或者胞外反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步降解。6.由於能作用於多種合成化合物的細(xì)菌或真菌種群或生物量起始濃度較低，環(huán)境條件必須適合具有活性潛力的微生物增殖。三、影響生物降解的因素1.微生物活性2.目標(biāo)化合物特徵3.環(huán)境因素（1）營(yíng)養(yǎng)（2）溫度（3）pH（4）氧第二節(jié)廢水處理技術(shù)概述廢水包括生活污水和工業(yè)廢水工業(yè)廢水是生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水的總稱一、廢水水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)是水污染控制工程的基礎(chǔ)，其

主要作用是：

1）表示水的污染程度

2）表示處理廠的處理效果

3）作為設(shè)計(jì)處理工程的指標(biāo)

4）作為污水排入水體的標(biāo)準(zhǔn)制定、檢驗(yàn)等。

1.生物化學(xué)需氧量（BOD）

生化需氧量表示在有氧的情況下，由於微生物的活動(dòng)，可降解有機(jī)物穩(wěn)定化所需的氧量。BOD越大，表示水體中的有機(jī)物越多，污染越嚴(yán)重。2.化學(xué)需氧量（COD）

化學(xué)需氧量是指在一定條件下水中有機(jī)物與強(qiáng)氧化劑（如K2CrO4,KMnO4)作用所消耗的氧量。水中的COD不僅代表水中有機(jī)物的含量，同時(shí)也包括水中還原性無(wú)機(jī)物被氧化的耗氧量。根據(jù)BOD/COD的比值可以初步評(píng)介廢水的可生化性。一般來(lái)說(shuō)：

BOD/COD>=0.4可生化性較好，適合於用生化處理方法。

BOD/COD=0.3～0.4可生化性一般，可以用生化處理方法。

BOD/COD=0.2～0.3可生化性較差，需馴化後用生化處理方法。

BOD/COD<0.2可生化性很差，不適合於用生化處理方法。3、

懸浮固體（SuspendedSolid,SS）

懸浮固體SS；揮發(fā)性懸浮固體VSS；總固體TS；4、

無(wú)機(jī)性水質(zhì)指標(biāo)

PH；顏色；溫度；氨氮；溶解固體；氯化物。有毒物指標(biāo)：重金屬；硫化物；氰化物；

其他有機(jī)物；三致物質(zhì)及高穩(wěn)定有機(jī)合成化合物。（細(xì)菌總數(shù)；大腸菌指數(shù)。--微生物指標(biāo)）

二、廢水處理的方法按照作用原理和去除對(duì)象可分為：物理法化學(xué)法生物法1.廢水的物理處理法利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)。使用的處理設(shè)備有：格柵、篩網(wǎng)、沉砂池、沉澱池、濾池、氣浮裝置、離心機(jī)等。2.廢水的化學(xué)處理法利用化學(xué)反應(yīng)作用來(lái)分離、轉(zhuǎn)化、破壞或回收廢水中的污染物，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。通常通過(guò)向廢水中投加某些化學(xué)物質(zhì)，從而達(dá)到淨(jìng)化廢水的目的。1）中和處理法酸或堿2）混凝處理法3)化學(xué)沉澱法4）氧化還原法5）吸附法6）離子交換法7）膜分離法3.廢水生物處理法採(cǎi)取一定的措施，使微生物大量生長(zhǎng)和繁殖，從而提高微生物氧化、分解有機(jī)污染物的一種技術(shù)?；钚晕勰喾ㄊ钱?dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種生物處理技術(shù)。生物膜法生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等自然生物處理法穩(wěn)定塘和土地處理法厭氧生物處理法利用兼性厭氧菌和專門厭氧菌在無(wú)氧條件下降解有機(jī)污染物的處理技術(shù)。廢水的脫磷除氮第二節(jié)活性污泥法

一、活性污泥與活性污泥法有機(jī)廢水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的曝氣後，水中會(huì)產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活性污泥。

活性污泥法就是以含於廢水中的有機(jī)污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧的條件下，連續(xù)地培養(yǎng)活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用淨(jìng)化廢水中有機(jī)污染物。普通活性污泥法處理系統(tǒng)如圖7-3?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件：（1）廢水中有足夠的可溶性易降解有機(jī)物；（2）曝氣池中有足夠的氧氣；（3）活性污泥在池中呈懸浮狀態(tài)，可與廢水充分接觸；（4）活性污泥連續(xù)回流，及時(shí)排出剩餘污泥；（5）沒(méi)有對(duì)微生物有毒害作用的物質(zhì)進(jìn)入。二、活性污泥法中的微生物

及其變化規(guī)律（一）微生物種類細(xì)菌：是生物相中的主要成分,形成菌膠團(tuán)原生動(dòng)物：鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲真菌：主要是黴菌，一般呈絲狀後生動(dòng)物：輪蟲類、線蟲類等。（二）活性污泥的增長(zhǎng)曲線

（三）吸附基質(zhì)，代謝，自身繁殖以及消耗水中溶解氧的關(guān)係

三、活性污泥的性能指標(biāo)

活性污泥的性能決定著淨(jìng)化結(jié)果的好壞。（一）混合液懸浮固體

（MLSS）（二）污泥沉降比（SV）

（三）污泥體積指數(shù)（SVI）

（四）污泥密度指數(shù)（SDI）

四、影響活性污泥性能的

環(huán)境因素

（一）溶解氧（DO)不低於2mg/L（二）水溫15～25℃（三）營(yíng)養(yǎng)料碳源、氮源以及微量的鉀，鎂，鐵，維生素等

（四）有毒物質(zhì)重金屬離子鋅，銅，鎳，鉛，鉻等

非金屬化合物酚，醛，氰化物，硫化物等（五）pH6.5～8.5

五、運(yùn)行中常見的問(wèn)題（一）污泥膨脹

廣義地把活性污泥的凝聚性和沉降性惡化，以及處理水渾濁的現(xiàn)象總稱為活性污泥的膨脹。1.絲狀體膨脹2.非絲狀體膨脹（二）污泥上?。?）污泥的緻密和減少

有機(jī)物減少，曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，回流比小而剩餘污泥排放量大，污泥上浮而流失等。（4）泡沫問(wèn)題合成洗滌劑或其他起泡物質(zhì)。六、活性污泥法的發(fā)展1.深水曝氣活性污泥法2.純氧曝氣活性污泥法以純氧代替空氣3.活性炭載體活性污泥法4.活性污泥法除氮除磷5.凝聚劑活性污泥法第三節(jié)生物膜法一、生物膜法的基本原理微生物附著在固體濾料的表面上，在固體介質(zhì)表面形成生物膜，廢水同生物膜相接觸而得到處理，所需氧氣一般來(lái)自大氣。所以又稱為生物過(guò)濾法。（一）生物膜法分類生物濾池是生物膜法中最重要的處理設(shè)備，根據(jù)生物膜與廢水的接觸方法及介質(zhì)的種類，分為：1.潤(rùn)壁型生物膜法如生物濾池生物轉(zhuǎn)盤2.浸沒(méi)型生物膜法接觸氧化法3.流動(dòng)床型生物膜法（二）生物膜的形成及特點(diǎn)在生物膜淨(jìng)化構(gòu)築物中，填充著相當(dāng)多的掛膜介質(zhì)。當(dāng)有機(jī)廢水均勻地淋灑在介質(zhì)表層上後，便沿介質(zhì)表面向下滲流。在充分供氧的條件下，接種的或原存在廢水中微生物就在介質(zhì)表面增殖。這些微生物吸附水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物的生命活動(dòng)，逐漸在介質(zhì)表面形成了粘液狀的生長(zhǎng)有極多微生物的膜，稱為生物膜。生物膜是生物處理的基礎(chǔ)，必須保持足夠的數(shù)量才能達(dá)到淨(jìng)化目的。一般，生物膜厚度介於2～3mm較為理想，膜太厚，會(huì)影響通風(fēng)，造成堵塞。二、生物濾池（一）生物濾池的基本原理1.生物膜構(gòu)造2.生物濾池的基本流程生物膜構(gòu)造剖面示意圖生物濾池的基本流程

（二）生物濾池的基本特徵1.微生物群上層細(xì)菌中下層原生動(dòng)物和微型後生動(dòng)物2.生物鏈長(zhǎng)，污泥量少，當(dāng)負(fù)荷低時(shí)，出水水質(zhì)高度硝化，依靠自然通風(fēng)供氧，運(yùn)行費(fèi)用低。三、生物濾池的構(gòu)造1.池體2.濾料質(zhì)輕、比表面積大和孔隙率高3.布水裝置4.排水系統(tǒng)滲水頂板、集水溝、排水渠高負(fù)荷生物濾池構(gòu)造示意圖旋轉(zhuǎn)布水器示意圖

常用滲水裝置示意圖

（二）影響生物濾池功能的

主要因素1.濾床的比表面積和孔隙率2.濾床的高度3.負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷水力負(fù)荷4.回流5.供氧

廢水生物脫氮除磷技術(shù)第一節(jié)水體中的氮及其危害性第二節(jié)廢水生物脫氮技術(shù)第三節(jié)廢水生物除磷與同步脫氮除磷技術(shù)第一節(jié)水體中的氮及其危害性一、存在形式及其來(lái)源氮以有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種形態(tài)存在於水體中。1.有機(jī)氮蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸和尿素等。來(lái)源：生活污水、農(nóng)業(yè)廢棄物（植物秸稈、牲畜糞便等）、工業(yè)廢水（食品加工、印染、制革、食品加工等）

2.無(wú)機(jī)氮氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。來(lái)源：有機(jī)氮的微生物分解農(nóng)田排水工業(yè)廢水（煉焦、化肥）二、氮污染的危害城市污水中的氮主要以氨氮存在。氨氮消耗水體中的溶解氧。氨氮會(huì)與氯作用生成氯胺，並被氧化為氮。氮化合物對(duì)人和生物有毒害作用。加速水體的“富營(yíng)養(yǎng)化”過(guò)程。第二節(jié)廢水生物脫氮技術(shù)一、生物脫氮的基本原理生物脫氮過(guò)程主要由兩段工藝共同完成：硝化作用：氨氮硝酸鹽氮反硝化作用：硝酸鹽氮?dú)鈶B(tài)氮圖4－2－1生物脫氮過(guò)程示意圖1、硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)由兩組自養(yǎng)好氧微生物完成：亞硝酸鹽細(xì)菌（Nitrosomonas）硝酸鹽細(xì)菌（Nitrobacter）硝化作用是指由硝化菌將氨氮氧化成硝酸鹽氮的過(guò)程。硝化過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一步：亞硝化菌氨氮亞硝酸鹽亞硝化菌包括亞硝酸鹽單胞菌屬和亞硝酸鹽球菌屬。第二步：硝化菌亞硝酸鹽硝酸鹽硝化菌包括硝酸鹽桿菌屬、螺旋菌屬和球菌屬。反應(yīng)式：NH4++1.382O2+1.982HCO3-

0.982NO2-+1.036H2O+1.891H2CO3

+0.018C5H7O2N(1)NO2-+0.488O2+0.01H2CO3+0.003HCO3-

+0.003NH4+NO3-+0.008H2O+0.003C5H7O2N(2)總反應(yīng)式：

NH4++1.86O2+1.982HCO3-

0.982NO3-+1.044H2O+1.881H2CO3

+0.021C5H7O2N（3）由（3）可知：硝化反應(yīng)消耗鹼度和氧氣每氧化1mgNH4+-N為NO3--N需消耗7.14mgCaCO3,需氧4.57mg硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：1）好氧條件，並保持一定的鹼度。2）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過(guò)高，BOD5應(yīng)在15～20mg/L以下。3)適宜溫度是20～30℃，15℃時(shí)速度下降，5℃時(shí)完全停止。4）污泥齡必須大於其最小的世代時(shí)間。5）重金屬、高濃度的NH4+-N和NOx-－N對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用。2、反硝化過(guò)程是指由一群異養(yǎng)微生物，將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，在無(wú)氧或低氧條件下還原轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮或氮氧化物的過(guò)程。反硝化細(xì)菌包括：假單胞菌屬、反硝化桿菌屬、小球菌屬、嗜氣桿菌屬、堿桿菌屬等。反硝化過(guò)程中NO2-和NO3-的轉(zhuǎn)化是通過(guò)反硝化細(xì)菌的同化作用和異化作用來(lái)完成的。其中異化作用去除的氮占70～75％。NO2-+3H(電子供體－有機(jī)物）?N2+H2O+OH-NO3-+5H(電子供體－有機(jī)物）?N2+2H2O+OH-

可見，反硝化過(guò)程產(chǎn)生部分鹼度，但同時(shí)需要有機(jī)物，如果污水中沒(méi)有足夠的有機(jī)物，一般投加甲醇。反硝化反應(yīng)的影響因素：1）碳源2）pH6.5～7.53）溶解氧0.5mg/L以下4）溫度20～40℃二、生物脫氮工藝（一）活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝是由Barth開創(chuàng)的所謂3級(jí)活性污泥法流程，包括氨化、硝化、反硝化三項(xiàng)反應(yīng)過(guò)程。圖4-2-2活性污泥傳統(tǒng)脫氮工藝（3級(jí)活性污泥法流程）圖4-2-32級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)

圖4-2-4單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)三、生物脫氮原理的新認(rèn)識(shí)及

相應(yīng)工藝最近的一些研究表明：硝化過(guò)程不僅有自養(yǎng)菌完成，異養(yǎng)菌也可以參與硝化作用；某些微生物在好氧條件下也可以進(jìn)行反硝化作用。理論解釋：1.微環(huán)境的存在，是同時(shí)硝化反硝化現(xiàn)象的最主要原因；2.從微生物發(fā)展的角度也提出可能存在的、目前尚未被認(rèn)識(shí)的微生物菌種（如好氧條件下的反硝化細(xì)菌）能使同時(shí)硝化反硝化現(xiàn)象發(fā)生。缺氧一好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)

（A/O法）是於80年代初期開創(chuàng)的工藝流程，其主要特點(diǎn)是將反硝化反應(yīng)器置放在系統(tǒng)之首，故又稱為“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”。

圖4-2-5

缺氧一好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)系統(tǒng)的特徵：（1）反硝化反應(yīng)器在前，BOD去除、硝化兩項(xiàng)反應(yīng)的綜合反應(yīng)器在後；（2）反硝化反應(yīng)以原廢水中的有機(jī)物為碳源；（3）硝化液回流；（4）反硝化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的鹼度可補(bǔ)償硝化反應(yīng)消耗鹼度的一半左右；

（5）流程簡(jiǎn)單，不需外加碳源。系統(tǒng)的不足之處：（1）沉澱池如運(yùn)行不當(dāng)，池內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，污泥上浮，處理水水質(zhì)惡化。（2）系統(tǒng)的脫氮率較低，一般在85％以下。第三節(jié)廢水生物除磷與同步脫

氮除磷技術(shù)一、除磷技術(shù)的發(fā)展污水除磷技術(shù)的發(fā)展起源於生物超量吸磷現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)50年代到60年代初，Srinath等人在污水處理廠的生產(chǎn)性運(yùn)行中，觀察到生物超量吸磷的現(xiàn)象。70年代的研究工作弄清了生物除磷所需的運(yùn)行條件，並有意識(shí)的將其工程化。

80年代到90年代，通過(guò)全面的基礎(chǔ)研究及生產(chǎn)性研究和工程運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，污水生物除磷的理論及技術(shù)均獲得了重大進(jìn)展及突破。二、生物除磷的基本原理廢水中磷的存在形式：磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-

和PO43-）、聚磷酸鹽和有機(jī)磷。生物除磷就是利用聚磷菌(polyphosphateaccumulationorganisms,PAOs)一類的細(xì)菌，過(guò)量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)儲(chǔ)藏在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。1.聚磷菌的磷過(guò)量攝取在好氧條件下，聚磷菌ADP+H3PO4+能量ATP+H2OH3PO4的大部分是通過(guò)主動(dòng)輸送的方式從外部環(huán)境攝入的，一部分用於合成ATP,另一部分則用於合成磷酸鹽。這一現(xiàn)象就是“磷的過(guò)量攝取”。2.聚磷菌的放磷在厭氧條件下，聚磷菌體內(nèi)的ATP水解，放出H3PO4和能量，形成ADP,即：

ATP+H2OADP+H3PO4+能量三、生物處理過(guò)程中除磷途徑小結(jié)研究結(jié)果表明，超量除磷主要是生物作用的結(jié)果，但生物超量除磷並不能完全解釋某些條件下出現(xiàn)的除磷性能，生物誘導(dǎo)的化學(xué)除磷可能是生物除磷的補(bǔ)充。在生物除磷系統(tǒng)中磷的去除可能包括下列5種途徑。生物超量除磷污泥含磷量可達(dá)3％－7％正常磷的同化作用微生物合成消耗磷正常液相沉澱pH陽(yáng)離子濃度加速液相沉澱生物膜沉澱細(xì)菌反硝化作用使膜內(nèi)pH升高，導(dǎo)致磷從液相進(jìn)入無(wú)機(jī)相。四、影響生物除磷過(guò)程的因素1.溶解氧磷攝取過(guò)程要求充足的氧，放磷的過(guò)程應(yīng)保持絕對(duì)厭氧的條件。2.污泥齡一般污泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩餘污泥量較多，可以取得較高的除磷效果。3.溫度和pH值5～30℃pH6～84.BOD負(fù)荷較高的BOD負(fù)荷可取得較好的除磷效果。5.硝酸氮和亞硝酸氮抑制磷的釋放五、生物除磷工藝1.福斯特利帕（Phostrip）除磷工藝它是1972年開發(fā)的一種將生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的一種工藝。圖4-3-1福斯特利帕除磷工藝流程本工藝的特點(diǎn)：1.除磷效果好處理水磷低於1mg/L2.污泥含磷高2.1～7.1％3.石灰用量低。存在問(wèn)題：流程複雜，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用高；沉澱池（Ⅱ）底部可能形成缺氧狀態(tài)，而釋放磷。2.厭氧－好氧除磷工藝圖4-3-2厭氧－好氧除磷工藝流程本工藝流程簡(jiǎn)單，建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用都較低，厭氧反應(yīng)器能夠保持良好的厭氧狀態(tài)。存在的問(wèn)題有：由於微生物對(duì)磷的吸收有一定限度，故除磷率難以進(jìn)一步提高；沉澱池易於產(chǎn)生磷的釋放現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)排泥和回流。

六、同步脫氮除磷工藝1.巴登福（Bardenpho)同步脫氮除磷工藝Bardnard首先發(fā)現(xiàn)了硝化/反硝化過(guò)程中除磷的效果，並最先研究和開發(fā)了既能脫氮又能除磷的污水處理工藝，如Bardenpho工藝

本工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是各項(xiàng)反應(yīng)都反復(fù)進(jìn)行兩次以上，各反應(yīng)單元都有其首要功能，並兼行二、三項(xiàng)功能，脫氮、除磷效果良好。存在的問(wèn)題是工藝複雜，反應(yīng)器單元多，運(yùn)行繁瑣，成本高。

2.A-A-O法同步脫氮除磷工藝圖4-3-7A-A-O法同步脫氮除磷工藝流程

本工藝存在問(wèn)題：1）脫氮效果難以提高；2）污泥增長(zhǎng)受到一定限度，除磷效果也不易提高；3）沉澱池溶解氧含量不宜過(guò)高，防止迴圈液對(duì)缺氧反應(yīng)器的干擾。

3.福列德克斯（Phoredox）脫氮除磷工藝是巴登福工藝的改進(jìn)，主要是在第1厭氧反應(yīng)器之前再加一厭氧反應(yīng)器，以強(qiáng)化磷的釋放，從而能夠保證在好氧條件下，有更強(qiáng)的吸收磷的能力，以提高除磷效果。

廢水厭氧生物處理技術(shù)第一節(jié)厭氧生物處理的基本原理一、厭氧生物處理過(guò)程及其特徵厭氧生物處理過(guò)程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由多種微生物的共同作用，使有機(jī)物分解並生成CH4和CO2的過(guò)程。厭氧分解過(guò)程圖3-1有機(jī)物的厭氧分解過(guò)程圖3-2厭氧生物處理的四階段理論（1967年，Bryant)

有機(jī)物質(zhì)

Ⅰ發(fā)酵細(xì)菌長(zhǎng)鏈脂肪酸、醇類

Ⅱ產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌乙酸H2/CO2

Ⅲ產(chǎn)甲烷細(xì)菌

CH4圖3-3厭氧生物處理的三階段理論（1979年）第一階段：水解發(fā)酵階段

水解

糖酵解多糖單糖乙醇和脂肪酸

水解

脫氨基蛋白質(zhì)氨基酸脂肪酸和氨第二階段：產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段，由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2。第三階段：產(chǎn)甲烷階段，由產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸、H2和CO2，產(chǎn)生甲烷。厭氧生物處理的主要特徵：1.能量需求大大降低，還可產(chǎn)生能量。不需供氧，相反卻能生產(chǎn)出沼氣。污泥產(chǎn)量極低。厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感。高溫厭氧菌和中溫厭氧菌的適宜溫度範(fàn)圍分別為55℃和35℃左右。4.處理後廢水有機(jī)物濃度高於好氧處理。厭氧微生物可對(duì)好氧微生物所不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解（或部分降解）。6.處理過(guò)程的反應(yīng)較複雜。

二、厭氧消化微生物（一）發(fā)酵細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌)1.屬別包括梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真細(xì)菌屬和雙歧桿菌屬。大多數(shù)為專性厭氧菌，也有大量兼性厭氧菌。2.功能通過(guò)胞外酶將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成脂肪酸、醇類等。

（二）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌1.屬別包括互營(yíng)單胞菌屬、互營(yíng)桿菌屬、梭菌屬和暗桿菌屬。為絕對(duì)厭氧菌或是兼性厭氧菌。2.功能把各種揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸

H2，反應(yīng)如下：乙醇：CH3CH2OH+H2OCH3COOH+2H2丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2(三）產(chǎn)甲烷細(xì)菌最常見的是：產(chǎn)甲烷桿菌、產(chǎn)甲烷球菌、產(chǎn)甲烷八疊球菌、產(chǎn)甲烷螺菌和產(chǎn)甲烷絲菌等。產(chǎn)甲烷菌都是絕對(duì)厭氧菌,在分類學(xué)上屬於古細(xì)菌?？煞譃閮深悾海?）利用乙酸產(chǎn)生甲烷

CH3COOHCH4+CO2

(2)利用H2和CO2合成CH4

4H2+CO2CH4+2H2O三、厭氧微生物的培養(yǎng)上世紀(jì)60年代末Hungate開創(chuàng)了絕對(duì)厭氧微生物的培養(yǎng)技術(shù)。

(一）Hungate滾管法（二）充氮厭氧培養(yǎng)袋法原理利用NaBH4或KBH4與水反應(yīng)生成氫氣，在催化劑鈀的作用下，H2與袋內(nèi)的O2生成水。（三）焦性沒(méi)食子酸去氧法在鹼性溶液中。（四）厭氧罐培養(yǎng)法

(五）倒扣平板法四、產(chǎn)甲烷菌－古細(xì)菌與

三原界系統(tǒng)在對(duì)各大類生物的16SrRNA核苷酸順序的同源性測(cè)定的基礎(chǔ)上，R.H.Whittaker和L.Marhulis提出了三原界學(xué)說(shuō)（圖3－4）

產(chǎn)甲烷菌在分類學(xué)上屬於古細(xì)菌（Archaebacteria)與真細(xì)菌相比，古細(xì)菌有特點(diǎn)：（1）細(xì)胞膜的類脂結(jié)構(gòu)古細(xì)菌所含的類是不可皂化的。（2）細(xì)胞壁成分獨(dú)特而多樣不含胞壁酸、

D型氨基酸和二氨基庚二酸（3）核糖體的16SrRNA其核苷酸順序獨(dú)特，不同於真細(xì)菌和真核生物。（4)tRNA成分順序獨(dú)特，不存在T(5)蛋白質(zhì)合成的起始密碼始於甲硫氨酸與真核生物相同。（6）對(duì)抗生素等的敏感性對(duì)青黴素、頭孢黴素、D-環(huán)絲氨酸和氯黴素不敏感，而對(duì)白喉毒素十分敏感。（7）生態(tài)條件獨(dú)特嚴(yán)格厭氧菌：產(chǎn)甲烷菌極端嗜鹽菌嗜熱嗜酸菌五、厭氧生物處理微生物群體

間的關(guān)係（一）不產(chǎn)甲烷細(xì)菌（包括發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌）為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)。（二）不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。（三）不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì)。（四）產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除回饋抑制。（五）不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值?？傊趨捬跎锾幚矸磻?yīng)器中，不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌相互依賴，互為對(duì)方創(chuàng)造與維持生命活動(dòng)所需要的良好環(huán)境和條件，但又互相制約。六、厭氧生物處理的影響因素（一）溫度

（二）pH值產(chǎn)甲烷菌的最適pH值範(fàn)圍為6.8～7.2

高溫消化（55℃左右）的反應(yīng)速率為中溫消化（35℃左右）的1.5～1.9倍，產(chǎn)氣率較高，但甲烷含量較低。新型反應(yīng)器處理廢水的厭氧消化反應(yīng)在常溫（20～25℃）下進(jìn)行。

厭氧發(fā)酵體系中的pH值除受進(jìn)水pH的影響外，還取決於代謝過(guò)程中自然建立的緩衝平衡。（三）氧化還原電位嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行正?；顒?dòng)的基本條件，用氧化還原電位來(lái)表示反應(yīng)器的含氧濃度。不產(chǎn)甲烷菌:+100~--100mV

產(chǎn)甲烷菌:--150~--400mV(四）營(yíng)養(yǎng)對(duì)C、N等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求略低於好氧微生物。但由於不能合成某些必要的維生素或氨基酸，故需補(bǔ)充鉀、鈉、鈣等金屬鹽類，以及鎳、鋁、鈷和鉬等微量金屬。（五）有機(jī)物負(fù)荷以向每立方米消化池中，在1日內(nèi)可投加的有機(jī)物量或BOD量來(lái)表示（kg／（m3.d)（六）有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)會(huì)對(duì)厭氧微生物產(chǎn)生不同程度的抑制，使厭氧消化過(guò)程受到影響甚至遭到破壞。抑制性物質(zhì)：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物以及某些人工合成的有機(jī)物。厭氧微生物可降解蒽醌類燃料、偶氮燃料、含氯的有機(jī)殺蟲劑等在好氧條件下難以降解的合成有機(jī)物。

2－氯丙醇、1－氯丙烷、2－氯丙烷、丙烯醛和甲醛等對(duì)厭氧微生物有毒害作用。七、厭氧生物處理與好氧生物處理的區(qū)別（一）起分解作用的微生物類群不同。（二）好氧處理有機(jī)物所需時(shí)間比用厭氧法處理短的多，沒(méi)有臭氣產(chǎn)生。（三）厭氧生物處理對(duì)環(huán)境要求與好氧生物處理不同。（四）厭氧法的降解較不徹底，放熱少，反應(yīng)速度低，處理的有機(jī)物負(fù)荷低。（五）處理對(duì)象不同厭氧生物處理多用於處理沉降的有機(jī)污泥和高濃度的有機(jī)廢水；而好氧生物處理則多用於處理有機(jī)污染濃度較低或適中的廢水。近年來(lái)，開發(fā)了好氧技術(shù)和厭氧技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用的方法，大大推進(jìn)了生物處理技術(shù)的研究和應(yīng)用。八、厭氧生物處理工藝的發(fā)展化糞池、雙層沉澱池厭氧接觸法第二代廢水厭氧處理反應(yīng)器（厭氧濾池、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧附著膜膨脹床、下行式固定膜反應(yīng)器和厭氧流化床等。第二節(jié)厭氧消化池一、消化池類型與構(gòu)造厭氧消化池主要用於處理城市廢水廠的污泥，也用於處理固體含量很高的有機(jī)廢水。（一）消化池的分類根據(jù)消化池頂結(jié)構(gòu)不同分為：固定蓋消化池浮動(dòng)蓋消化池根據(jù)消化池運(yùn)行方式的不同分為：傳統(tǒng)消化池高速消化池1.傳統(tǒng)消化池

又稱低速消化池，池內(nèi)不設(shè)加熱和攪拌裝置。消化速率很低，消化時(shí)間長(zhǎng)，只有在規(guī)模小的廢水處理廠才採(cǎi)用。2.高速消化池

設(shè)有加熱和攪拌裝置，厭氧微生物與有機(jī)物得到充分的接觸，消化速率高，消化期一般為15天，被廢水處理廠廣泛採(cǎi)用。（二）消化池的構(gòu)造由池頂、池底和池體三部分組成。攪拌設(shè)備：機(jī)械攪拌：泵攪拌螺旋槳式攪拌噴射泵攪拌沼氣攪拌：氣提式攪拌豎管式攪拌氣體擴(kuò)散式攪拌加熱設(shè)備：1.池內(nèi)蒸汽直接加熱設(shè)備簡(jiǎn)單，局部污泥易過(guò)熱，影響微生物的正常活動(dòng)，增加污泥的含水率，從而增加消化池容積。2.池外加熱污泥預(yù)熱後投配到消化池中，易於控制，有利於殺死寄生蟲卵，不會(huì)對(duì)厭氧微生物產(chǎn)生不利影響。但加熱設(shè)備較複雜。

廢物資源化生物技術(shù)第一節(jié)廢物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白第二節(jié)纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精第一節(jié)廢物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白一、前言1.單細(xì)胞蛋白的概念單細(xì)胞蛋白（Single-Cell-Protein,簡(jiǎn)稱SCP)一詞是由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT)的CarrollWilson教授於1966年首先提出的。通常SCP是指通過(guò)培養(yǎng)單細(xì)胞生物而獲得的生物體蛋白質(zhì)，又稱微生物蛋白，包括細(xì)菌、放線菌中的非病源菌、酵母菌、黴菌和微型藻類等。2.開發(fā)SCP的意義◆人們的需要◆微生物蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值微生物菌體的70％～85％為水分，幹物質(zhì)中的主要成分是糖類、蛋白質(zhì)、核酸、脂類及灰分。粗蛋白的含量：細(xì)菌：40％～80％酵母菌：35％～60％絲狀真菌：15％～50％

◆單細(xì)胞蛋白的主要用途：作為人類食品作為飼料作為工業(yè)原料（微生物培養(yǎng)基成分、合成纖維的親水劑、各種填料、增稠劑、乳化劑及穩(wěn)定劑等）3.SCP生產(chǎn)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

二、生產(chǎn)SCP的微生物生產(chǎn)SCP的微生物種類較多，根據(jù)原料不同，可以分為如下幾類：（1）以碳水化合物為原料，如釀酒酵母，假絲酵母，木黴和青黴等。（2）以碳?xì)浠衔铮ㄊ停樵希俳z酵母菌（3）以甲醇為原料，細(xì)菌為主（4）以乙醇為原料，酵母菌為主，其次是細(xì)菌和黴菌。（5）以甲烷為原料，細(xì)菌為主（6）利用CO2為碳源，氫為能源，如氫單胞菌（7）利用光能，如小球藻、螺旋藻及光合細(xì)菌等。細(xì)菌：生長(zhǎng)速度快，蛋白質(zhì)含量高，能利用糖類和烴類，但個(gè)體小，分離困難，且蛋白質(zhì)不如酵母菌易於消化吸收。絲狀真菌：易於回收，但生產(chǎn)速度慢，蛋白質(zhì)含量較低。藻類：纖維質(zhì)的細(xì)胞壁不易為人體消化，且具有富集重金屬的問(wèn)題。酵母菌：個(gè)體大，易於分離、回收，且蛋白質(zhì)易於吸收，目前生產(chǎn)上採(cǎi)用較多。三、生產(chǎn)SCP的基質(zhì)1.適於生產(chǎn)SCP的有機(jī)物需滿足的條件：價(jià)廉易於被微生物降解原料能常年可靠地供應(yīng)並能夠安全、經(jīng)濟(jì)地儲(chǔ)存能經(jīng)濟(jì)地將原料運(yùn)往工廠品質(zhì)穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)2.用於生產(chǎn)SCP的常見廢棄物：農(nóng)業(yè)廢棄物，需經(jīng)粉碎、堿處理以提高可消化性。烴類及其衍生物高濃度有機(jī)廢水固體廢棄物工業(yè)廢氣四、SCP生產(chǎn)的工藝技術(shù)圖5-1單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝過(guò)程五、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中應(yīng)該

考慮的問(wèn)題微生物的培養(yǎng)不受季節(jié)、氣候和地區(qū)的限制，所以微生物蛋白生產(chǎn)易於實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。但SCP的廣泛使用還存在如下一些問(wèn)題：（1）核酸含量高（2）毒性物質(zhì)存在的可能性（3）在人類消化管道中消化得很慢，會(huì)使使用者產(chǎn)生消化不良或過(guò)敏等癥狀。（4）比其他來(lái)源的蛋白質(zhì)，如大豆蛋白質(zhì)更昂貴。單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中應(yīng)該考慮的問(wèn)題：（1）菌種應(yīng)增殖速度快，營(yíng)養(yǎng)要求低，易於培養(yǎng)，可連續(xù)發(fā)酵，菌體收量大；（2）原料低廉，能大量供給，或直接利用工農(nóng)業(yè)廢料；（3）菌體分離回收容易；（4）不易被雜菌污染；（5）生產(chǎn)過(guò)程排放廢水少；（6）菌體蛋白質(zhì)含量高，氨基酸組成好；（7）無(wú)毒性、病原菌及致癌物質(zhì)；（8）適口性好；（9）易於儲(chǔ)藏、包裝。第二節(jié)纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精一前言二用於酒精生產(chǎn)的纖維素原料

▲農(nóng)作物纖維廢物

▲森林和木材加工工業(yè)廢物

▲工廠纖維和半纖維素廢物

▲城市廢纖維垃圾三纖維的預(yù)處理天然纖維素水解程度非常低，通常只有10％～20％物理法化學(xué)法微生物法1.氫氧化鈉處理法

0.1～0.15g

處理費(fèi)用：66~69美元/噸物料缺點(diǎn)：被處理物料的體積密度很低2.溶劑處理法

Cadoxen:由乙烯二胺和鎘氧化物組成的鹼性溶液。5h可水解80％左右，而未經(jīng)處理的最高水解率為20％Cadoxen溶劑可以回收利用。3.稀酸預(yù)處理法半纖維素在100℃以下就能較好地溶解在稀酸中。4.分解木質(zhì)素的微生物處理法四、纖維素酸水解植物纖維酸水解的機(jī)理主要是指纖維素和半纖維素的水解纖維素實(shí)質(zhì)上是一種己聚糖半纖維素則主要是戊聚糖無(wú)機(jī)酸（硫酸和鹽酸）可作為水解反應(yīng)的催化劑。無(wú)機(jī)酸催化纖維素分解的機(jī)理：實(shí)踐證明，在一定的範(fàn)圍內(nèi)，纖維素水解反應(yīng)的速度與酸的濃度呈正比。而且，溫度升高，酸水解反應(yīng)的速度也加快。纖維素水解過(guò)程中要減少已生成單糖的進(jìn)一步分解。2.濃酸水解濃酸水解纖維素的過(guò)程如下：缺點(diǎn)：Ⅰ酸必須回收利用，鹽酸可以採(cǎi)用真空蒸餾的方法來(lái)回收，而硫酸則不能。

Ⅱ要採(cǎi)用防腐蝕的容器，且容器的體積還必須大。3.稀酸水解酸濃度為0.3％～3％，溫度為100～200℃

此時(shí)主要是大部分半纖維素溶解於酸溶液中，纖維素和剩下的半纖維素則呈不溶解狀態(tài)。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)上纖維的水解可以分階段進(jìn)行。4.序列階段酸水解1979年，美國(guó)的Ladisch提出採(cǎi)用濃酸和稀酸水解的纖維素序列三階段酸水解法。第一階段預(yù)水解水解和萃取半纖維素第二階段主水解纖維素水解成寡糖和葡萄糖第三階段後水解階段寡糖的水解5.影響酸水解的因素（1）原料的種類和粉碎度（2）酸的種類和用量（3）液比係數(shù)水解時(shí)液體和纖維素原料的比例叫做液比係數(shù)。液比係數(shù)增加，產(chǎn)糖量增加，但水解液中糖的濃度下降，酸的用量增加。一般液比係數(shù)是5～10（4）水解時(shí)間和溫度溫度高，酸水解的速度加快，但生成的單糖的分解速度也加快，故一般採(cǎi)用高溫稀酸短時(shí)水解6.稀酸水解的幾種常用方法固定水解法是最原始的方法。水解液在整個(gè)水解過(guò)程完成後一次性排出，水解生成的糖的分解現(xiàn)象嚴(yán)重。分段水解法是將半纖維素和纖維素的水解分階段進(jìn)行，可以保證兩者的水解都在各自最適宜的條件下進(jìn)行。滲濾水解法是將稀酸溶液從水解器上部不斷淋人，水解液從下部連續(xù)排出。稀酸常壓水解法主要用於木質(zhì)纖維素的預(yù)處理和玉米芯等半纖維素含量高的原料的酸水解。該法可使大部分半纖維素分解。五、纖維素酶水解纖維素酶水解的理論（1）纖維素酶的來(lái)源凡是不僅能利用可溶性纖維素衍生物，而且可以利用天然木質(zhì)纖維素的菌都能分泌纖維素酶系統(tǒng)。（2）纖維素酶系統(tǒng)由三個(gè)基本成分組成內(nèi)切β-1,4葡聚糖酶類（CX酶)，作用於纖維素大分子的內(nèi)部，隨機(jī)切割β-1,4葡萄糖苷鍵

外切β葡聚糖酶類(C1酶)，也叫微晶纖維素分解酶，作用於纖維素分子鏈的非還原性末端，產(chǎn)物是葡萄糖和纖維二糖。β-1,4葡萄糖苷酶(Cb酶)，水解纖維二糖和短鏈寡糖為葡萄糖。(3)纖維素酶水解機(jī)制六、纖維質(zhì)原料酒精生產(chǎn)

工藝流程1.酸水解酒精生產(chǎn)工藝流程下圖是前蘇聯(lián)木材酸水解製造酒精的主要工藝流程。2.酶水解酒精生產(chǎn)工藝流程（1）分別水解、發(fā)酵工藝圖5-2-10Berkeley纖維素酶水解生產(chǎn)酒精流程（2）同步水解、發(fā)酵工藝圖5-2-11Gulf-Arkansas纖維素同步水解、發(fā)酵流程

生物表面活性劑

第一節(jié)生物表面活性劑概述

一、前言表面活性劑是當(dāng)今生物技術(shù)中常用的和重要的化合物。它可以減少液體、固體和氣體介面間的表面或介面張力，使其在水或其他液體中容易混合或擴(kuò)散因而廣泛應(yīng)用於現(xiàn)代工業(yè)的幾乎每一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)今世界表面活性劑的年產(chǎn)量已超過(guò)300萬(wàn)噸，產(chǎn)值高達(dá)約40億美元。目前大多數(shù)市售的表面活性劑主要來(lái)自石油的化學(xué)產(chǎn)品。生物表面活性劑：具有特別高表面活性的生物分子稱為生物表面活性劑。它可以來(lái)源於微生物、植物以及動(dòng)物，其中微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑是一類具有特別高的表面活性的生物分子，具有較好的兩親性和介面優(yōu)先分配的能力，而且比較適合於工業(yè)化生產(chǎn)。生物表面活性劑與合成表面活性劑相比具有以下優(yōu)勢(shì)：●具有特別高的表面活性和乳化活性；●生物可降解性；●沒(méi)有毒性或者毒性低於化學(xué)表面活性劑；●可在極端的溫度和酸堿條件下使用。二、生物表面活性劑的基本特性

生物表面活性劑由親水和疏水部分組成，親水部分由單糖、二糖或多糖、羧酸、氨基酸或肽組成，而疏水部分往往是飽和、不飽和或羥基取代的脂肪酸。對(duì)於一些高分子量的表面活性劑分子，如蛋白質(zhì)－多糖絡(luò)合物，其親水和疏水部分由不同的分子提供。（一）特性和功能生物表面活性劑可將發(fā)酵液表面張力降低到0.03N/m以下，將正構(gòu)烷烴的介面張力降低到0.13N/m以下。一些生物表面活性劑也表現(xiàn)出較好的熱與化學(xué)穩(wěn)定性。（二）生理學(xué)功能生物表面活性劑的生理學(xué)功能都與生物表面活性劑的兩親性有關(guān)。1.可以增強(qiáng)非極性底物的乳化作用和溶解作用，從而促進(jìn)微生物在非極性底物中的生長(zhǎng)。2.抗生性生物表面活性劑（主要為脂肽和甘油酯）具有殺蟲活性。這是由於它具有兩親性，能溶解大多數(shù)細(xì)胞膜成分而具有抗生素功能。三、生物表面活性劑的類型微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑的類型主要取決於所採(cǎi)用的微生物。從化學(xué)類型可分為：（一）糖脂和分枝菌酸脂分枝菌酸脂海藻糖脂鼠李糖脂槐糖脂（二）肽和聚合物益沐神（Emulsan)

由乙酸鈣不動(dòng)桿菌產(chǎn)生莎梵婷（Surfactin)

由枯草芽孢桿菌生產(chǎn)（三）脂肪酸（四）磷脂第二節(jié)生物表面活性劑的生產(chǎn)一、生物表面活性劑的合成及其遺傳學(xué)（一）生物合成1.概論生物表面活性劑的生物合成途徑多種多樣，有從頭合成疏水部分、親水部分或者兩者都合成，對(duì)於那些非從頭合成的組分通過(guò)改良碳源如糖類、烷烴等來(lái)生產(chǎn)，各種不同碳源基質(zhì)常常能被結(jié)合進(jìn)生物表面活性劑，形成一屬有關(guān)的分子。

在脂肽中，脂和肽部分都由烷烴直接合成。糖脂如海藻糖脂是一個(gè)典型的化合物，其親水部分（海藻二糖）不受碳基質(zhì)的影響，而脂肪酸部分則取決於進(jìn)料烷烴的鏈長(zhǎng)。以烴類為基質(zhì)生產(chǎn)的生物表面活性劑是生物表面活性劑中的一大類，許多微生物都可以以烴類為單一碳源生長(zhǎng)。酵母菌和真菌主要利用直鏈飽和烴，細(xì)菌則除了降解異構(gòu)烴或環(huán)烷烴以外，還利用不飽和烴和芳香族化合物。

微生物降解烴類存在的主要問(wèn)題是烴的憎水性。各種微生物以不同方式解決這一問(wèn)題。細(xì)菌和酵母菌通過(guò)分泌離子型表面活性劑，使培養(yǎng)基中的烴基質(zhì)乳化。另一些微生物則產(chǎn)生非離子表面活性劑?？傊跓N基質(zhì)培養(yǎng)時(shí)，各種微生物都產(chǎn)生有利於烴基質(zhì)被動(dòng)擴(kuò)散而進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)的效應(yīng)，這是通過(guò)由微生物產(chǎn)生的一大類物質(zhì)起作用。這類物質(zhì)也就是所謂的“生物表面活性劑”。

微生物以烴類為基質(zhì)產(chǎn)生出生物表面活性劑可能由兩方面的原因：（1)當(dāng)生物表面活性劑為胞外產(chǎn)物時(shí)，它有利於烴類乳化；（2）當(dāng)生物表面活性劑為胞壁結(jié)合型時(shí)，有利於烴類穿透漿膜外周間隙2.脂肪酸的合成在生物表面活性劑生產(chǎn)中，脂肪酸的碳鏈範(fàn)圍通常很窄，主要是C16酸、C18酸及C20酸。（1）乙醯－CoA的來(lái)源

細(xì)菌中

酵解

丙酮酸脫氫酶葡萄糖丙酮酸乙醯－CoA

酵母菌和黴菌中乙醯－CoA通過(guò)與肉毒堿或草醯乙酸反應(yīng)透過(guò)線粒體。當(dāng)以乙醇或乙酸等C2基質(zhì)作為生長(zhǎng)培養(yǎng)基時(shí)，乙醯－CoA就會(huì)直接合成。（2）乙醯－CoA的羧基化乙醯－CoA被乙醯－CoA羧化酶羧化成丙二醯－CoA，然後作為C2供體，以乙醯為單位在合成脂肪酸中逐步使碳鏈延長(zhǎng)。（3）碳鏈的延伸過(guò)程乙醯基與丙二醯基縮合，產(chǎn)生C4單元，然後還原，脫水，C4單元進(jìn)一步還原，形成丁醯基，丁醯基與另一個(gè)丙二醯基縮合，按上述過(guò)程迴圈，產(chǎn)生C6單元，如此反復(fù)迴圈直至形成長(zhǎng)鏈醯基。（4）從烷烴生物合成脂肪酸雖然非極性的烴類基質(zhì)不溶於水，也不易被氧化，但在微生物產(chǎn)生的表面活性劑的作用下，微生物可以利用烷烴供其生長(zhǎng)。烷烴和有關(guān)化合物異化作用的結(jié)果，合成得到的脂肪酸再被用於構(gòu)成表面活性劑中的類脂部分。脂肪酸的去向：直接結(jié)合成更為複雜的類脂；通過(guò)其他代謝途徑進(jìn)一步代謝；作為許多微生物的培養(yǎng)基質(zhì)，，用來(lái)合成生物表面活性劑。3.類脂的合成生物表面活性劑的非極性憎水部分通常是由一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)鏈醯基構(gòu)成的類脂基。儘管由全程合成或由烴氧化生成脂肪酸在胞外可以以游離形式存在，但當(dāng)胞內(nèi)脂肪酸濃度大於某一極限時(shí)，細(xì)胞就不能耐受其毒性，因此，脂肪酸在細(xì)胞外必須以某種酯化形式存在，以減少對(duì)細(xì)胞的毒性。真核細(xì)胞中最常見的類脂儲(chǔ)藏形式時(shí)脂肪酸與甘油形成的甘油單、雙、三酯，細(xì)菌中則可形成多種脂肪酸酯。（二）遺傳學(xué)

生物表面活性劑合成的遺傳學(xué)分析還處?kù)对缙陔A段，利用DNA技術(shù)控制生物表面活性劑生產(chǎn)進(jìn)展很慢，目前用遺傳工程生產(chǎn)生物表面活性劑的例子只有將乳糖利用基因在銅綠假單胞菌中的表達(dá)，使得其在乳糖或乳酪清中得以生長(zhǎng)並生產(chǎn)鼠李糖脂。

最近，用B.Subtilis生產(chǎn)表面活性劑所需的srfA基因，已被置於一個(gè)可誘導(dǎo)促進(jìn)因數(shù)的控制之下，從而表面活性劑的生產(chǎn)僅僅依賴於在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中加入誘導(dǎo)物isopropyl-β-galactoside(IPTG)，其他具有增強(qiáng)生物表面活性劑生產(chǎn)的重組微生物也已經(jīng)得到。二、生物表面活性劑的生產(chǎn)生產(chǎn)生物表面活性劑的微生物可分為三類：完全以烷烴為碳源生產(chǎn)表面活性劑，如Arthrobactersp;

僅以水溶性底物為碳源，如Bacillussp;

以烷烴和水溶性底物為碳源，如Pseudomonassp

與其他微生物發(fā)酵一樣，生物表面活性劑生產(chǎn)的目的是獲得最大的產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率和最終濃度。另外，減少其他代謝產(chǎn)物的積累十分重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響產(chǎn)品的物理性質(zhì)和提取過(guò)程。（一）培養(yǎng)基1.碳源是影響生物表面活性劑結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的關(guān)鍵。加入烷烴對(duì)生物表面活性劑的生產(chǎn)既可能起誘導(dǎo)作用，也可能起阻礙作用。生物表面活性劑前體物質(zhì)（蔗糖）的加入可以形成甘油脂親水支鏈的組成部分，同樣脂肪酸部分的結(jié)構(gòu)也受烷烴鏈長(zhǎng)的左右。2.氮、磷、金屬離子和其他添加劑等營(yíng)養(yǎng)成分也可能會(huì)影響生物表面活性劑的生產(chǎn)。例如，BacilluslichenifomisJF-2的脂肽生物表面活性劑的生產(chǎn)中，將磷濃度從100mmol/dm3降低至50mmol/dm3，可將產(chǎn)量從35mg/dm3提高到110mg/dm3。多價(jià)離子對(duì)生物表面活性劑生產(chǎn)的影響可能與氮代謝有關(guān)。青黴素或氯黴素等抗生素的加入增強(qiáng)或抑制生物表面活性劑的生產(chǎn)。3.此外，像許多其他發(fā)酵一樣，培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基pH和溶解氧水準(zhǔn)或攪拌速率對(duì)生物表面活性劑生產(chǎn)也具有重要影響。（二）發(fā)酵

大多生物表面活性劑在微生物生長(zhǎng)的穩(wěn)定期和對(duì)數(shù)期都釋放到培養(yǎng)基中。生物表面活性劑的生產(chǎn)可以在低稀釋率下通過(guò)分批或連續(xù)發(fā)酵進(jìn)行。對(duì)於可以通過(guò)休止細(xì)胞產(chǎn)生的生物表面活性劑，可以通過(guò)固定化酶進(jìn)行生產(chǎn)，並可以結(jié)合具有吸附柱的生物反應(yīng)器。除傳統(tǒng)的液態(tài)發(fā)酵技術(shù)外，其他發(fā)酵操作也已被應(yīng)用於生物表面活性劑的生產(chǎn)。例如，利用重組Bacillussubtillus在豆腐殘?jiān)瞎虘B(tài)發(fā)酵生產(chǎn)Surfactin,其產(chǎn)量是液體發(fā)酵的4倍以上。第三節(jié)生物表面活性劑的合成代謝調(diào)節(jié)一、生物表面活性劑生產(chǎn)中的代謝調(diào)節(jié)生物表面活性劑合成前體的代謝途徑有多種，在某種程度上取決於主要碳源的性質(zhì)。從碳水化合物合成糖脂表面活性劑時(shí)，有關(guān)的微生物代謝主要是糖解和脂肪形成；當(dāng)以烴類為基質(zhì)時(shí)，主要是脂解和糖原異生。（一）碳水化合物分解代謝的機(jī)理

微生物產(chǎn)生生物表面活性劑常常以烴類為基礎(chǔ)，然而也能以碳水化合物為基質(zhì)。雖然生物表面活性劑分子由糖和類脂兩部分構(gòu)成，但在以碳水化合物為基質(zhì)時(shí)，整個(gè)分子的合成速度受類脂的合成速度所控制。因此，影響碳水化合物基質(zhì)中脂肪酸形成的因素同樣也可能影響生物表面活性劑的合成。

圖7-1從從碳水化合物基質(zhì)合成生物表面活性劑前體的中間代謝

A一磷酸果糖激酶B一丙酮酸激酶C一異檸檬酸脫氫酶

D——ATP／檸檬酸裂合酶和丙酮酸脫氫酶A、B、C和D為關(guān)鍵酶（二）烴代謝的控制機(jī)理

脂肪酸可以從烴，如正構(gòu)烷烴合成得到。然後，脂肪酸基可以很方便地構(gòu)成表面活性劑分子。但是，由於表面活性劑分子中還含有糖部分，它的合成必須經(jīng)由糖異生途徑，即通過(guò)β-氧化將脂肪酸氧化到乙醯一CoA，或?qū)⑵鏀?shù)碳脂肪酸氧化到丙醯一CoA

。這樣，在異檸檬酸裂合酶的作用下，經(jīng)過(guò)蘋果酸、乙醛酸迴圈，烴類氧化得到的乙醯一CoA最終轉(zhuǎn)化成草醯乙酸。它隨後由磷酸烯醇式丙酮酸羧基激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸。

圖7-2從烴基質(zhì)合成生物表面活性劑前體的中間代謝·A一異檸檬酸裂合酶B一蘋果酸合成酶C一磷酸烯酸式丙酮酸羧基激酶

D—1，6－二磷酸果糖酶A、B、C和D為關(guān)鍵酶（三）生物表面活性劑合成的調(diào)節(jié)

生物表面活性劑的合成可通過(guò)油性物質(zhì)的誘發(fā)作用、葡萄糖等物質(zhì)的代謝抑制、限氮及限多價(jià)陽(yáng)離於以及其他作用方法調(diào)節(jié)。此外，改變微生物生長(zhǎng)速度常常會(huì)使生物表面活性劑過(guò)量生產(chǎn)。溫度對(duì)生物表面活性劑合成也有調(diào)節(jié)作用。目前研究最多的是烴和其他不溶於水的物質(zhì)誘發(fā)微生物生產(chǎn)生物表面活性劑的調(diào)節(jié)方式。

據(jù)認(rèn)為，烴的存在對(duì)生物表面活性劑的生成起誘導(dǎo)作用，且發(fā)現(xiàn)在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中添加烴時(shí)生長(zhǎng)的細(xì)胞在形態(tài)學(xué)上有顯著的差異。烴的類型可能也很重要。例如不動(dòng)桿菌生產(chǎn)的乳化劑對(duì)特定烴類有一定的專一性。

第四節(jié)生物表面活性劑的應(yīng)用與前景一、生物表面活性劑的應(yīng)用1.生物表面活性劑在石油工業(yè)中的應(yīng)用（1）利用微生物和微生物表面活性劑回收巖層中的石油。（2）利用微生物表面活性劑降低石油粘滯度和淨(jìng)化貯油罐。2.生物表面活性劑在採(cǎi)礦工業(yè)中的應(yīng)用生物表面活性劑可促進(jìn)無(wú)機(jī)礦質(zhì)的分散。乙酸鈣不動(dòng)桿菌產(chǎn)生的陰離子多糖可防止石灰石水混物發(fā)生絮凝，使其產(chǎn)生10％的分散，也可促使石灰石裂解為小顆粒。3.生物表面活性劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用乳化可在食品原料形成一定的濃度、質(zhì)地和分散相中發(fā)揮重要作用。生物表面活性劑可作為乳化劑用於食品原料的加工，也可用於麵包和肉類生產(chǎn)，改善麵粉的流變學(xué)特徵，以及部分裂解的脂肪組織的乳化。4.生物表面活性劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用近年來(lái)，鑒於化學(xué)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，全球科學(xué)家均十分關(guān)注利用生物表面活性劑對(duì)作物病蟲害進(jìn)行生物防治。生物表面活性劑可使粘重土壤親水化，進(jìn)而增加其可濕性，令肥料和農(nóng)藥均勻地分佈於土壤。還可增加有機(jī)磷殺蟲劑地溶解度。5.生物表面活性劑在醫(yī)藥中的應(yīng)用已證實(shí)微生物產(chǎn)生的表面活性劑可供藥用。例如銅綠假單胞菌產(chǎn)生的鼠李糖脂、枯草芽孢桿菌和地衣狀芽孢桿菌產(chǎn)生的脂肽，以及南極假絲酵母產(chǎn)生的甘露赤蘚糖脂都有抗微生物活性。6.生物表面活性劑在保健化妝品中的應(yīng)用微生物表面活性劑具有一定的保濕能力，且可與皮膚相容。假絲酵母以棕櫚油和葡萄糖作為碳源可產(chǎn)生100～150g/L的槐糖脂。已生產(chǎn)出一種含有1摩爾槐糖脂和12摩爾丙二醇的皮膚保濕劑。7.生物表面活性劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用（1）用生物表面活性劑消除海域中的石油污染。已發(fā)現(xiàn)例如銅綠假單胞菌SB30等所產(chǎn)生的乳劑可將海灘中的石油迅速分散為微滴。（2）利用微生物表面活性劑消除土壤中的烴污染

Bai等（1997）利用銅綠假單胞菌產(chǎn)生的陰離子鼠李糖脂生物表面活性劑，消除了沙柱中84％或22％的殘餘烴類（十六碳烷烴）。（3）用微生物表面活性劑消除多環(huán)芳族烴和脂族烴只有少數(shù)微生物可降解土壤中具有4個(gè)以上稠合芳香環(huán)的多環(huán)芳族烴。微生物表面活性劑可通過(guò)增溶作用或乳化作用，使吸附於土壤有機(jī)物質(zhì)的烴脫落。（4）用生物表面活性劑消除土壤中的金屬污染將微生物表面活性劑加入土壤，可促進(jìn)土壤中重金屬的脫附。例如Tan等（1994）曾利用銅綠假單胞菌ATCC9027產(chǎn)生的鼠李糖脂消除土壤中的鎘污染。8.生物表面活性劑在其他方面的應(yīng)用微生物表面活性劑還可用於水處理、紙漿合造紙工業(yè)、紡織工業(yè)、陶瓷工業(yè)、鈾礦開採(cǎi)、木材防腐、瀝青和水泥。

生物農(nóng)藥第一節(jié)生物農(nóng)藥概況第二節(jié)微生物農(nóng)藥第三節(jié)農(nóng)用抗生素第四節(jié)源於植物的生理活性物質(zhì)第五節(jié)動(dòng)物源農(nóng)藥第一節(jié)生物農(nóng)藥概況一、生物農(nóng)藥的發(fā)展在農(nóng)藥的發(fā)展歷史中，生物農(nóng)藥是最古老的一類。

《周李·秋官》就有“莽草熏之”“焚牡菊，以灰灑之”等防治害蟲的記述；

19世紀(jì)以來(lái)，應(yīng)用生物成分防治有害物從經(jīng)驗(yàn)上升到科學(xué)的試驗(yàn)階段，如除蟲菊、魚藤和煙草等的應(yīng)用；20世紀(jì)早期，蘇蕓金桿菌（B.thuringiensis)的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了微生物農(nóng)藥的發(fā)展；

20世紀(jì)30年代以來(lái)，幾類植物內(nèi)源激素先後被發(fā)現(xiàn)和利用，20世紀(jì)40年代後，由於有機(jī)合成農(nóng)藥的發(fā)展，使生物農(nóng)藥的研究和開發(fā)被忽視而發(fā)展緩慢；

20世紀(jì)60年代，化學(xué)農(nóng)藥的弊端暴露出來(lái)，生物農(nóng)藥的研究又受到重視；最近的幾十年，生物農(nóng)藥得到了長(zhǎng)足發(fā)展，中國(guó)近三年生物農(nóng)藥增長(zhǎng)了80％，2000年銷售額所占比例由9％上升至20％。二、生物農(nóng)藥的內(nèi)涵

過(guò)去，生物農(nóng)藥就是指“微生物農(nóng)藥”。後來(lái)，其概念發(fā)展為“相對(duì)於化學(xué)農(nóng)藥而言的天然資源的生理活性物質(zhì)，用於農(nóng)藥的有微生物、植物（除蟲菊、煙鹼等）、昆蟲（性引誘劑、變態(tài)激素等）。迄今為止比較公認(rèn)的定義是，生物農(nóng)藥是可以用來(lái)防治病、蟲、害等有害生物的生物體本身及源於生物，並可作為“農(nóng)藥”的各種生理活性物質(zhì)。

生物農(nóng)藥一般可分為直接利用生物體和利用來(lái)源於生物體的生理活性物質(zhì)兩大類。三、生物農(nóng)藥的優(yōu)缺點(diǎn)

由於化學(xué)農(nóng)藥大都是抗生物降解的毒害性化合物，能通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)積累，已造成嚴(yán)重污染，故作物保護(hù)從化學(xué)防治向生物防治轉(zhuǎn)化是發(fā)展的趨勢(shì)。目前全世界已註冊(cè)的生物農(nóng)藥約有60多種，年銷售額為2.5～3億美元。1.生物農(nóng)藥的優(yōu)點(diǎn)（1）對(duì)有害物選擇性高，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響較小；（2）對(duì)非靶標(biāo)昆蟲、益蟲和人很少或沒(méi)有影響；（3）昆蟲不易產(chǎn)生抗性；（4）在環(huán)境中無(wú)殘留。2.生物農(nóng)藥的局限性（1）已獲批準(zhǔn)使用的種類較少，僅有20多種；（2）殺蟲速度緩慢；（3）一些製劑在環(huán)境中不穩(wěn)定；（4）生產(chǎn)成本較高。四、生物農(nóng)藥研究展望

隨著人們對(duì)化學(xué)農(nóng)藥弊端和環(huán)保重要性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，生物農(nóng)藥將是21世紀(jì)農(nóng)藥研究重點(diǎn)，以下幾個(gè)方面將會(huì)受到重視。作用機(jī)制獨(dú)特的生物農(nóng)藥品種將是研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。如生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、行為調(diào)控化學(xué)物質(zhì)等。生物與化學(xué)方法相結(jié)合，開發(fā)生物化學(xué)農(nóng)藥。生物技術(shù)向生物農(nóng)藥研究滲透。如轉(zhuǎn)B.t.抗蟲棉等的成功。第二節(jié)微生物農(nóng)藥■細(xì)菌殺蟲劑■病毒殺蟲劑■真菌殺蟲劑■放線菌殺蟲劑■線蟲殺蟲劑■拮抗微生物■微生物除草劑一、細(xì)菌殺蟲劑細(xì)菌殺蟲劑是目前研究和利用的較多的一類微生物農(nóng)藥。根據(jù)細(xì)菌對(duì)昆蟲的致病性，將其分為4類：（1）含晶孢子形成桿菌，如蘇蕓金芽孢桿菌（簡(jiǎn)稱B.t.);（2）專性病原菌，如日本甲蟲芽孢桿菌（B.popilliae);（3）兼性病原菌，如銅綠假單胞菌和球形芽孢桿菌等；（4）潛在病原菌，如粘質(zhì)沙雷氏菌。細(xì)菌殺蟲劑中最典型的、研究歷史有90年之久的例子是芽孢桿菌屬（Bacillus）。其中以蘇蕓金芽孢桿菌、日本甲蟲芽孢桿菌、球形芽孢桿菌、緩病芽孢桿菌（B.lentimorbus）等研究得最多。蘇蕓金芽孢桿菌（B.thuringiensisBerliner)是以德國(guó)的蘇蕓金（Thruingen)地方名命名的。1909年德國(guó)蘇蕓金的一個(gè)麵粉廠，發(fā)現(xiàn)一批染病的地中海粉螟幼蟲，由柏林納首先分離出這種細(xì)菌，1915年命名為蘇蕓金芽孢桿菌。蘇蕓金芽孢桿菌（其製劑簡(jiǎn)稱B.t.製劑）是目前商業(yè)開發(fā)最為成功的微生物殺蟲劑。主要用於防治棉、菜、果等150多種鱗翅目及其他多種害蟲，藥效比化學(xué)農(nóng)藥高55％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年世界B.t.的銷售額已達(dá)9.84億美元。（一）作用機(jī)制1.蘇蕓金芽孢桿菌的形態(tài)和生活史蘇蕓金桿菌是營(yíng)養(yǎng)體較粗壯、直形、能產(chǎn)生芽孢的桿狀細(xì)菌。一般具周生鞭毛，微動(dòng)或不動(dòng)，單個(gè)存在或2-4個(gè)相連呈短鏈。革蘭氏染色陽(yáng)性。營(yíng)養(yǎng)體一般在30℃經(jīng)24－48h，在菌體偏端處產(chǎn)生卵圓形芽孢，隨著芽孢的產(chǎn)生，在孢子囊的另一端產(chǎn)生一個(gè)菱形或正方形的伴孢晶體。芽孢是休眠體，在適宜條件下，吸水萌發(fā)形成新的營(yíng)養(yǎng)體，並重複上述發(fā)育階段。所以蘇蕓金桿菌的生活過(guò)程是：芽孢營(yíng)養(yǎng)體孢子囊（內(nèi)含芽孢和伴孢晶體）釋放出芽孢和晶體2.蘇蕓金桿菌所產(chǎn)生的殺蟲毒素（1）伴孢晶體毒素（δ－內(nèi)毒素）所有蘇蕓金桿菌的菌株在正常條件下，都能形成伴孢晶體，伴孢晶體是一種大分子蛋白質(zhì)，是一種原毒素。伴孢晶體所以對(duì)某些昆蟲有害，就在於這些昆蟲的消化道內(nèi)pH值是鹼性反應(yīng)（pH8.9以上），並且它的消化液中含有胰蛋白酶類和糜蛋白酶類，十分適合晶體水解，且水解後產(chǎn)生具有毒性末端的多肽。

而伴孢晶體對(duì)脊椎動(dòng)物是無(wú)毒的，除了脊椎動(dòng)物腸道pH值呈酸性反應(yīng)外，還由於脊椎動(dòng)物消化液中含的主要是胃蛋白酶類。蘇蕓金桿菌對(duì)鱗翅目昆蟲所引起的癥狀一般表現(xiàn)為行動(dòng)遲緩、嘔吐、腹瀉、停止進(jìn)食，導(dǎo)致最後死亡。（2）熱穩(wěn)定性外毒素（β－外毒素）熱穩(wěn)定性外毒素於1959年發(fā)現(xiàn)，由於它對(duì)家蠅有毒，也叫蠅毒素。它是細(xì)胞分泌的一種水溶性耐熱穩(wěn)定性毒素，120℃，15min的熱處理，仍保持活性。這種毒素在菌體生長(zhǎng)過(guò)程中，在芽孢和晶體形成前即已產(chǎn)生，24h達(dá)到最大量。不是所有的蘇蕓金桿菌的各菌株都能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性毒素，只有幾種血清型中的一些變種可產(chǎn)生。另外，β－外毒素的產(chǎn)生與培養(yǎng)方法、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基成分和環(huán)境的pH值等因素有關(guān)。

熱穩(wěn)定性毒素不是蛋白質(zhì)類物質(zhì)，而是腺嘌呤核苷酸的衍生物。它的殺蟲譜系比伴孢晶體廣，遍及鱗翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目和直翅目等多種昆蟲。昆蟲感病後表現(xiàn)為抑制發(fā)育、蛻皮後死亡，阻止化蛹及畸形變態(tài)等。熱穩(wěn)定性毒素對(duì)高等動(dòng)物無(wú)大的毒害作用。（3）其他毒素

α－外毒素也叫卵磷脂酶C，這種毒素不是蘇蕓金桿菌所特有的，是許多溫血?jiǎng)游锖腿梭w的病原菌，如產(chǎn)氣莢膜梭菌也能產(chǎn)生。蘇蕓金桿菌產(chǎn)生的這種毒素能殺死19種葉蜂幼蟲，對(duì)老鼠也有毒。

β－外毒素這種毒素是一種或多種未鑒定的酶類，能使卵黃瓊脂變清。由於未證明其毒性，是否為真正的毒素尚待研究。不穩(wěn)定性外毒素這種毒素對(duì)空氣、日光、氧氣都很敏感，加熱60℃以上，10～15min即被破壞?；瘜W(xué)成分已知有17種氨基酸和一個(gè)或多個(gè)低分子量（200-2000）的肽類，目前還不知整個(gè)混合物有毒還是僅一種特殊的肽類有毒。（二）對(duì)害蟲的釋放方式

蘇蕓金桿菌雖然有很高的環(huán)境安全性，但是，在典型的田間條件下（如紫外線降解和雨淋），蘇蕓金芽孢桿菌在植物葉片上的停留時(shí)間只有幾小時(shí)甚至更短。1980s美國(guó)孟山都公司將蘇蕓金芽孢桿菌的內(nèi)毒素蛋白基因克隆到寄生在植物上的假單胞菌中，其中能夠表達(dá)蘇蕓金芽孢桿菌內(nèi)毒素蛋白的假單胞菌為死菌，這樣可保護(hù)蘇蕓金芽孢桿菌蛋白免遭環(huán)境降解。為提高殘留活性，還有的在生產(chǎn)B.t.製劑時(shí)加入抗紫外保護(hù)劑及其他添加劑。（三）用遺傳工程手段改進(jìn)B.t.製劑B.t.製劑由於其本身存在的一些局限性，不能被人們廣泛接受，近年來(lái)人們採(cǎi)用遺傳工程技術(shù)來(lái)改造B.t.製劑。遺傳工程應(yīng)用在B.t.製劑上的主要研究目的是擴(kuò)展其用途及生物活性譜。例如，已經(jīng)商品化的產(chǎn)品就是將分別編碼對(duì)膜翅目活性和編碼對(duì)鱗翅目活性的兩個(gè)質(zhì)粒接合在一個(gè)菌種上，因而其對(duì)膜翅目和鱗翅目昆蟲均有活性。（四）生產(chǎn)方法

採(cǎi)用傳統(tǒng)的分批深層發(fā)酵技術(shù)。培養(yǎng)基成分為：大豆粗粉15g/L,葡萄糖5g/L，澱粉5g/L。