- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
Биологические методы находят все более широкое применение для извлечения металлов из природных, промышленных и бытовых сточных вод. Эти методы в отличие от дорогостоящих физико-химиче- ских характеризуются достаточной простотой и эффективностью. Обычно для этих целей загрязненные металлами воды собирают в от- стойниках и прудах со слабым течением, в которых происходит разви- тие микроорганизмов и водорослей. Эти организмы накапливают рас- творенные металлы внутриклеточно или, выделяя специфические про- дукты обмена, переводят их в нерастворимую форму и вызывают оса- ждение. Многие микроорганизмы способны накапливать металлы в больших количествах, особенно высокой концентрирующей способно- стью отличаются микроводоросли. Процесс извлечения металлов из водных растворов микроводорослями осуществляется следующими путями:
• адсорбцией металлов на поверхности клеток, сопровождаемой пассивным, диффузно контролируемым переносом металлов в цито-
плазму со скоростями, пропорциональными концентрации поверхност-
но связанного металла;
• связыванием поступающих из внешней среды металлов в ком- плексы с металлотионеином и другими веществами непосредственно внутри клетки;
• связывание металлов метаболитами, экскретируемыми водорос-
лями.
Основными процессами извлечения металлов из растворов с уча- стием микроорганизмов являются: биосорбция, осаждение металлов в виде сульфидов, восстановление шестивалентного хрома. Биосорбцией можно из разбавленных растворов извлечь 100% свинца, ртути, меди, никеля, хрома, урана и 90% - золота, серебра, платины, селена.
6.10.7 Обогащение руд
К перспективным направлениям биогеотехнологии металлов от-
носится направление, ориентированное на обогащение руд и концен-
160
тратов. Весьма эффективным представляется применение для этих це- лей сульфатредуцирующих бактерий, на основе чего можно разрабо- тать принципиально новые процессы и существенно улучшить их.
При проведении процессов флотации окисленных минералов свинца и сурьмы применение сульфатредуцирующих бактерий повы- шает на 6%-8% извлечение минералов в результате сульфидизации окислов; в процессах флотации церуссита (PbCO3) извлечение свинца возрастает на 20-25%. Применение сульфатредуцирующих бактерий для десорбции ксантогената позволяет селективно разделить некото- рые минералы (CuFeS2 и MoS2, PbS и ZnS).
Таким образом, биотехнологические методы активно допол-
няют, а в некоторых случаях являются единственными традици- онными методами горнодобывающей промышленности. Методами кучного и подземного выщелачивания сегодня добывают медь, уран, кобальт, марганец. С помощью чанового выщелачивания добывают
драгметаллы – золото, серебро.
Применение биотехнологических методов позволяет увеличить сырьевые ресурсы, обеспечить комплексность извлечения металлов, при этом не требуется сложная горная техника, процессы поддаются
регулированию и автоматизации, позволяют решать многие природо-
охранные задачи. Важным направлением биотехнологических иссле- дований является разработка новых технологий защиты окружающей среды от загрязнения отходами различных промышленных произ- водств и очистка уже загрязненных территорий.