现代环境生物工程

第1章概述

1.1生物技术1

1.1.1生物技术的定义1

1.1.2生物技术的发展1

1.1.3现代生物技术的应用3

1.2环境生物技术5

1.2.1环境生物技术的定义6

1.2.2污染控制技术6

1.2.3环境生物技术的发展7

第2章生物及其代谢

2.1生物9

2.1.1微生物9

2.1.2植物9

2.1.3动物10

2.2新陈代谢11

2.3与环境生物技术密切相关的代谢途径12

2.3.1糖酵解12

2.3.2TCA循环13

2.3.3乙醛酸循环14

2.3.4脂类代谢15

2.3.5蛋白质代谢15

2.3.6能量代谢16

2.4主要元素循环17

2.4.1氧循环17

2.4.2碳循环18

2.4.3氮循环19

2.4.4硫循环20

2.4.5磷循环20

2.4.6铁循环和锰循环21

第3章基因工程

3.1概述23

3.2基因工程技术23

3.2.1工具酶23

3.2.2目的基因26

3.2.3载体技术29

3.2.4目的基因导入技术32

3.2.5重组体的筛选技术34

3.3基因工程技术在环境污染治理中的应用37

3.3.1微生物基因改造38

3.3.2基因工程技术与污染治理40

3.3.3基因工程安全性问题41

第4章酶工程

4.1酶及酶工程42

4.2酶的催化特性及作用原理42

4.2.1酶的催化特性42

4.2.2酶催化反应原理44

4.3酶催化反应动力学45

4.3.1浓度46

4.3.2温度47

4.3.3pH47

4.3.4激活剂48

4.4酶的抑制作用48

4.4.1可逆性抑制作用48

4.4.2不可逆性抑制作用50

4.5酶的生产51

4.5.1微生物发酵产酶51

4.5.2动植物细胞产酶52

4.6酶的分离纯化52

4.6.1沉淀技术53

4.6.2离心技术55

4.6.3色谱分离技术55

4.6.4电泳技术58

4.7酶分子修饰59

4.7.1化学修饰59

4.7.2生物修饰61

4.8酶的固定化技术61

4.8.1酶的固定化方法62

4.8.2固定化酶的性质64

4.9酶在环境污染治理中的应用65

4.9.1几种重要的降解酶65

4.9.2酶在废水处理中的应用68

4.9.3酶在土壤修复中的应用69

4.9.4酶在环境监测中的应用70

第5章细胞工程

5.1细胞及细胞工程72

5.1.1细胞72

5.1.2细胞工程74

5.2细胞工程技术74

5.2.1微生物细胞工程75

5.2.2植物细胞工程76

5.2.3动物细胞工程77

5.3细胞工程在环境污染治理中的应用79

5.3.1细胞融合技术的应用79

5.3.2抗性植物的应用80

5.3.3微生物表面展示技术的应用81

第6章发酵工程

6.1概述84

6.2工业发酵菌种84

6.2.1微生物代谢产物类型85

6.2.2常见微生物及其代谢产物85

6.2.3工业发酵菌种的选育87

6.3发酵工艺及其控制91

6.3.1发酵类型91

6.3.2发酵工艺92

6.3.3发酵方式92

6.3.4发酵过程控制93

6.4发酵设备98

6.4.1机械搅拌式发酵罐98

6.4.2通风搅拌式发酵罐99

6.4.3厌氧发酵设备100

6.5发酵工程在环境保护中的应用100

6.5.1利用废渣液生产单细胞蛋白101

6.5.2利用废渣液生产颗粒复混肥料102

6.5.3亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵102

6.5.4酵母循环系统102

第7章废水生物处理

7.1废水生物处理特性103

7.1.1概述103

7.1.2废水生物处理原理103

7.1.3废水生物处理中的微生物生长特性104

7.1.4废水生物处理中的动力学105

7.1.5影响废水生物处理的因素106

7.2废水生物处理工艺108

7.2.1活性污泥法108

7.2.2生物膜法111

7.2.3厌氧生物处理工艺115

7.2.4其他废水生物处理工艺120

7.3现代生物处理技术在废水处理工程的应用122

7.3.1生物强化技术123

7.3.2废水生物脱氮除磷新技术124

7.3.3生物絮凝剂129第8章废气生物处理

8.1废气生物处理原理137

8.1.1概述137

8.1.2废气生物净化原理137

8.1.3废气生物处理的微生物138

8.1.4废气生物处理的填料139

8.2废气生物处理工艺139

8.2.1生物吸收法140

8.2.2生物洗涤法140

8.2.3生物过滤法141

8.2.4生物滴滤法142

8.2.5新型废气生物处理法142

8.3废气生物处理的影响因素144

8.3.1温度144

8.3.2pH145

8.3.3湿度145

8.4有机废气生物处理发展145

8.4.1微生物净化有机废气145

8.4.2植物净化有机废气147

8.4.3有机废气生物净化的研究热点147

8.5含硫废气的生物处理149

8.5.1脱硫微生物149

8.5.2含硫污染物的脱硫机制150

8.5.3生物脱硫技术150

8.6CO2的生物处理151

8.6.1植物固定CO2151

8.6.2微生物固定CO2152

8.6.3生物固定CO2的发展趋势152

8.7NOx的生物处理154

8.7.1生物法处理NOx的原理154

8.7.2降解NOx的主要微生物154

8.7.3生物法处理NOx的研究现状及发展趋势155

第9章固体废物的生物处理

9.1固体废物157

9.2固体废物堆肥化处理157

9.2.1堆肥的基本原理158

9.2.2好氧堆肥技术160

9.2.3厌氧堆肥技术163

9.3固体废物填埋166

9.3.1填埋的基本原理166

9.3.2填埋渗滤液处理168

9.3.3填埋气体产生、收集与利用169

9.4固体废物的其他生物处理技术171

9.4.1有机固体废物的蚯蚓处理技术171

9.4.2蚯蚓处理的主要影响因素172

9.4.3利用蚯蚓处理固体废物的优势及局限性172

第10章生物修复基础

10.1生物修复的概念174

10.2生物修复特点及原则175

10.2.1生物修复特点175

10.2.2生物修复原则176

10.3生物修复原理176

10.3.1微生物修复176

10.3.2植物修复178

10.3.3动物修复179

10.4生物修复的主要方法179

10.4.1原位生物修复179

10.4.2异位生物修复180

10.5生物修复的影响因素182

10.5.1受体特性182

10.5.2污染物特性187

10.5.3环境条件188

第11章生物修复技术的应用

11.1污染土壤的生物修复189

11.1.1微生物修复技术189

11.1.2植物修复技术190

11.2污染水体的生物修复191

11.2.1污染地表水的生物修复191

11.2.2污染海洋的生物修复193

11.2.3污染地下水的生物修复193

11.3污染大气的植物修复194

11.3.1绿色植物对气态污染物的修复194

11.3.2绿色植物对降尘的修复195

11.3.3绿色植物对生物性污染物的修复196

11.3.4绿色植物的释氧修复196

11.4固体废物污染的生物修复197

11.4.1矿山的生物修复197

11.4.2垃圾场的生物修复198

第12章恢复生态学与技术

12.1恢复生态学形成及发展200

12.1.1恢复生态学概念200

12.1.2恢复生态学的发展历程200

12.1.3恢复生态学的研究内容201

12.2恢复生态工程技术202

12.2.1生态恢复的目标与原则202

12.2.2生态恢复的方式和一般操作程序203

12.2.3生态恢复的技术体系204

12.2.4生态工程技术204

12.3湿地生态恢复206

12.3.1相关概念206

12.3.2湿地生态恢复的指导理论207

12.3.3湿地生态恢复的关键技术209

12.3.4湿地生态恢复的常用模式213

第13章生物质能源

13.1能源215

13.1.1能源的类型215

13.1.2能源发展215

13.2生物质能217

13.2.1生物质能的分类及特点217

13.2.2生物质能的发展218

13.3生物质能源利用技术220

13.3.1物理转化221

13.3.2化学转化221

13.3.3生物转化223

13.4生物技术在生物质能源利用中的应用224

13.4.1生物制沼气224

13.4.2生物制燃料乙醇224

13.4.3生物制氢225

13.4.4生物柴油226

第14章生物制烷

14.1概述227

14.2产甲烷的生化机制227

14.2.1产甲烷菌227

14.2.2产甲烷的生化机制及途径228

14.3产甲烷过程的过程化学和微生物学230

14.3.1过程化学230

14.3.2微生物学233

14.4产甲烷过程的热力学分析234

14.5产甲烷过程的工艺和反应器235

14.6影响产甲烷过程的因素236

14.6.1有机负荷236

14.6.2混合方式236

14.6.3加热方式236

14.6.4气体收集237

14.6.5反应器运行237第15章生物制氢

15.1氢能源238

15.2制氢技术238

15.2.1热化学制氢238

15.2.2裂解水制氢239

15.2.3生物制氢240

15.3制氢微生物及制氢机制241

15.3.1光解水制氢241

15.3.2光发酵制氢243

15.3.3暗发酵制氢244

15.3.4光发酵和暗发酵耦合制氢246

15.4生物制氢反应器247

15.4.1光生物反应器247

15.4.2厌氧发酵制氢反应器249

15.5生物制氢研究展望250第16章生物制醇

16.1概述251

16.1.1生物燃料乙醇特点251

16.1.2生物燃料乙醇的生产252

16.2纤维素生物质生产燃料乙醇253

16.2.1纤维素生物质原料253

16.2.2纤维素生物质的预处理技术254

16.2.3纤维素的水解256

16.2.4纤维素的发酵257

16.3生物燃料丁醇260

16.3.1主要菌株及代谢过程260

16.3.2生产工艺261第17章生物采油与生物制油

17.1生物采油263

17.1.1石油开采263

17.1.2微生物采油原理263

17.1.3油藏微生物264

17.1.4微生物采油工艺266

17.2生物制油267

17.2.1微藻制油268

17.2.2微生物制油271第18章生物燃料电池

18.1燃料电池276

18.2生物燃料电池276

18.2.1工作原理276

18.2.2生物燃料电池构型277

18.3影响生物燃料电池性能的因素279

18.3.1阳极室的操作条件279

18.3.2阴极室的操作条件280

18.3.3电池的外电阻280

18.4生物燃料电池的应用280

第19章环境友好材料生物技术

19.1概述282

19.2环境友好材料分类282

19.2.1可再生天然材料282

19.2.2仿生材料284

19.2.3生物质材料285

19.3可降解塑料286

19.3.1可降解塑料定义286

19.3.2光降解塑料287

19.3.3生物降解塑料288

19.3.4光?采?物双降解塑料291

19.4微生物农药292

19.4.1微生物农药定义292

19.4.2活体微生物杀虫剂293

19.4.3微生物杀菌剂296

19.4.4微生物除草剂299

19.5微生物肥料301

19.5.1微生物肥料定义301

19.5.2微生物肥料的作用机制301

19.5.3重要的微生物肥料303

第20章环境生物监测

20.1概述307

20.1.1生物监测原理和方法307

20.1.2生物监测特点308

20.1.3指示生物308

20.2水环境污染生物监测309

20.2.1监测原理309

20.2.2水污染的生物监测手段和

方法309

20.2.3生物群落监测法311

20.2.4细菌学检验法313

20.2.5生物测试法314

20.2.6发光细菌毒性检测法314

20.2.7其他方法315

20.3空气污染生物监测315

20.3.1植物监测316

20.3.2动物监测318

20.3.3微生物监测319

20.4土壤污染的生物监测319

20.4.1植物监测319

20.4.2动物监测320

20.4.3微生物监测320

20.5生物污染监测321

20.5.1基本概念321

20.5.2生物对污染物的吸收及在体内分布321

20.5.3生物样品的采集和制备323

20.5.4生物样品的预处理324

20.6生态监测325

20.6.1生态监测定义325

20.6.2生态监测的类型及方法325

20.6.3生态监测指标体系326

20.6.4生态监测方案328

20.7生物传感器329

20.7.1生物传感器的原理329

20.7.2生物传感器的分类330

20.7.3生物传感器在环境监测中的应用330

20.7.4生物传感器的发展前景334

参考文献

《普通高等教育"十二五"规划教材现代环境生物工程》注重结构的合理性和知识的完整性，并反映学科发展的前瞻性，可作为高等学校环境工程、环境科学等相关专业的本科生和研究生教材或教学参考书，也可供相关专业的教师和科技人员使用。现代环境生物工程基于自然界物质循环规律，利用微生物、植物、动物的生命代谢活动，将废弃物和危害物转化为资源利用或矿化为自然界的组成成分，是现代生物技术与环境工程的紧密交叉。因此，本书从系统介绍生物代谢、基因工程、酶（蛋白质）工程、细胞工程、发酵工程等基础理论和技术入手，讲述现代生物技术在污染治理、环境修复、生物质能源、环境友好材料、环境生物监测等领域的应用实践。本书注重结构的合理性和知识的完整性，并反映学科发展的前瞻性，可作为高等学校环境工程、环境科学等相关专业的本科生和研究生教材或教学参考书，也可供相关专业的教师和科技人员使用。