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1、生物流体概论生物流体概论生物流体概论生物流体概论生物流体与一般生物流体与一般生物流体与一般生物流体与一般流体的流体的流体的流体的单元操作单元操作单元操作单元操作比较比较比较比较生物流体概论生物流体概论生物流体概论生物流体概论讲解重点讲解重点讲解重点讲解重点生物流体概论讲解重点生物流体概论讲解重点生物流体概论讲解重点生物流体概论讲解重点： 生物流体现象、最新的理论，以及在细菌冶金工 业生产中的原理与实践。 同时，也介绍以微生物资源工程为背景的其它工 业领域的生物流体现象。火法冶金工艺细菌冶金与火法冶金细菌冶金与火法冶金细菌冶金与火法冶金细菌冶金与火法冶金细菌冶金技术细菌冶金技术环境友好型环境友好
2、型环境友好型环境友好型环境友好型环境友好型环境友好型环境友好型细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出细菌冶金技术的提出建立对环境友好,符合无废物的“零”排放工业生态 学要求的冶金新工艺冶金新工艺冶金新工艺冶金新工艺,是冶金工业的未来和理想.细菌冶金技术顺应冶金工业的发展方向.生物反应过程简介生物反应过程简介生物反应过程简介生物反应过程简介目前已进行工业生产的主要有：酶催化剂反应过程、细 胞反应过程以及废水的生物处理三类。（1）酶催化反应过程酶催化反应过程酶催化反应过程酶催化反应过程。 采用游离酶或固定化酶为
3、催化剂时的反应过程，称为酶 催化反应过程。（2）细胞反应过程细胞反应过程细胞反应过程细胞反应过程。 采用活细胞为催化剂时的反应过程。（3）废水生物处理过程废水生物处理过程废水生物处理过程废水生物处理过程。 它是利用微生物本身的分解能力和净化能力，除去废水 中污浊物质的过程。废水生物处理过程与微生物细胞反应过程 虽然都是利用微生物的反应过程，但与后者相比，废水的生物 处理过程具有不同的特点。第一讲 绪言第二讲 微生物基础与显微测量技术第三讲 氧化亚铁流杆菌/氧化硫硫杆菌及其应用第四讲 液相中微生物反应速度论第五讲 圆形直管内的生物流体流动分析第六讲 生物流体的流变和剪切特性第七讲 细菌浸出第八讲
4、 微生物浸矿的速度解析第九讲 微生物浸矿过程动力学与数学模拟第十讲 生物冶金工艺设备及矿堆中浸出液流动分析生物流体概论生物流体概论生物流体概论生物流体概论讲解内容讲解内容讲解内容讲解内容第二讲第二讲 微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术微生物的基础与显微技术?第一部分 微生物的基础 第二部分 显微技术液体培养基液体培养基液体培养基液体培养基：将各种培养基组分溶于水即可。微生物的生理微生物的生理微生物的生理微生物的生理（培养基培养基培养基培养基）在微生物体中，有机物能量的释放主要
5、是通过氧化作氧化作氧化作氧化作 用用用用，或更具体地说，是通过释放电子释放电子释放电子释放电子实现的。有机物能量地 降低与其在代谢中释放的电子数目直接相关，有机物所能释 放的电子数目则取决于最终电子受体。有机物的生物氧化可区分为： （一）呼吸； （二）厌氧呼吸； （三）发酵。微生物的能量代谢微生物的能量代谢微生物的能量代谢微生物的能量代谢分批培养时的增殖曲线模式图分批培养时的增殖曲线模式图分批培养时的增殖曲线模式图分批培养时的增殖曲线模式图微生物的增殖类型随着其种类的不同而不同，例如细胞的 裂殖、酵母的芽殖、霉菌或者放线菌的丝状孢子增殖等等有不同 的增殖方式。 图是分批培养时的典型的细胞浓度随
6、时间变化的增殖曲线增殖曲线增殖曲线增殖曲线 模式图模式图模式图模式图。显微技术显微技术显微技术显微技术显微技术显微技术显微技术显微技术是指显微观察时对显微镜的正确使用及良好 的标本、制作和观察技术。显微镜除了放大效果以外，决定显微镜观察效果显微镜观察效果显微镜观察效果显微镜观察效果的还 有两个重要的因素：即分辨率 和 反差。分辨率分辨率分辨率分辨率：是指能辨别两点之间最小距离的能力。反差反差反差反差：是指样品区别于背景的程度。显微镜的种类及原理显微镜的种类及原理显微镜的种类及原理显微镜的种类及原理定量细胞术定量细胞术定量细胞术定量细胞术细菌的形态分析和跟踪测量图像处理图像处理图像处理图像处理主
7、要目的是改善图像质量。图像分析图像分析图像分析图像分析主要作用是获得定量的统计结果或其它需要提取 的量的信息，如灰度和几何参数。定量细胞术定量细胞术定量细胞术定量细胞术第三讲第三讲第三讲第三讲第三讲第三讲第三讲第三讲氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌（T. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidansT. ferrooxidans） 与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆
8、菌与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆菌与氧化硫硫杆菌（T. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidansT. thiooxidans） 及其工业应用及其工业应用及其工业应用及其工业应用及其工业应用及其工业应用及其工业应用及其工业应用氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌为短杆型细菌，细胞的一端有一根鞭毛，具有运 动性。该细菌属于好酸性，能够在PH值为1.34.5范围内繁殖生 长，最佳的PH值在2.5
9、。氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的主要特性氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌也是短杆型细菌，也有一根鞭毛，具有运动性。 该细菌也和氧化亚铁硫杆菌一样，有很强的耐酸性，繁殖可能 的PH值的范围在0.55.5之间，最适合的PH值为2.03.0。其 繁殖温度在1037 范围内，最佳的温度在30附近。注意：氧化流流杆菌氧化流流杆菌氧化流流杆菌氧化流流杆菌不能利用Fe2+和黄铁矿(FeS)作为它的能 源，这一点与氧化亚铁硫杆菌有很大的区别。氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的主要特性细菌浸矿法细菌浸矿法细菌浸矿法细菌浸矿法：利用氧化亚铁硫杆菌，或者氧化硫 硫杆菌等微生物，把矿石中的金属成分溶解到浸
10、矿溶 液中（并以离子或络合离子的形式），然后从浸矿液 中提取单质金属的方法。 优点优点优点优点：工艺简单，成本低廉，适合于低品位矿 石。硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物浸矿浸矿反应浸矿反应浸矿反应浸矿反应：包括细菌浸矿在内，所谓的溶浸法（leaching）， 就是把矿石中含有的有用金属成分通过溶解介质（通常是水溶液） 进行溶解浸矿的方法。但是，硫化物放在纯水中金属成分不能被 溶解出来。矿物浸矿的反应体系需要适合的条件。 问题是如何使硫化物中的金属离子问题是如何使硫化物中的金属离子问题是如何使硫化物中的金属离子问题是如何使硫化物中的金属离子，脱离硫化物的价键结
11、脱离硫化物的价键结脱离硫化物的价键结脱离硫化物的价键结 构构构构，以离子的形态溶解在水中以离子的形态溶解在水中以离子的形态溶解在水中以离子的形态溶解在水中，这是浸矿反应要达到的目的。 因此，有必要从矿物的电化学性质及研究方法方面考虑。在生物 作用下的浸矿反应，即生物氧化过程，该过程属于氧化反应的一 种。 氧化的实质氧化的实质氧化的实质氧化的实质体现在三个方面：1、物质原子失去电子失去电子失去电子失去电子的化学反应,也就是物质与氧化合的过程。 2、脱氢脱氢脱氢脱氢,尤指在氧或其它氧化剂作用时脱氢。 3、通过增加电负性的比例增加电负性的比例增加电负性的比例增加电负性的比例来改变一种化合物。浸矿反应
12、的生物氧化过程硫化矿物浸出反应的实现方法硫化矿物浸出反应的实现方法硫化矿物浸出反应的实现方法硫化矿物浸出反应的实现方法： 生物氧化反应的强度与方向性主要决定于矿物的电极和电 介质（溶液）的氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位。研究矿物的电极电位，可以得到按矿物的电极电位排列而 成的所谓电化学序电化学序电化学序电化学序。一般说来，这些电化学序与矿物被氧化时的 稳定性排序相符。例如，可以通过某硫化物的电极电位硫化物的电极电位硫化物的电极电位硫化物的电极电位，寻找出该硫化物在 生物反应条件下在水环境中实现生物浸矿的条件。硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物浸矿硫化矿物的生物
13、浸矿粗堆浸微生物浮选法选煤中的脱硫原理微生物浮选法选煤中的脱硫原理微生物浮选法选煤中的脱硫原理微生物浮选法选煤中的脱硫原理第四讲第四讲第四讲第四讲第四讲第四讲第四讲第四讲（1 1）液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论（2 2）生物量生物量生物量生物量（菌菌菌菌）的制备的制备的制备的制备生物量生物量生物量生物量（菌菌菌菌）的制备的制备的制备的制备在微生物反应中，微生物起着催化剂的作用，其 反应过程可以总结下面的表示式。液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速
14、度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论反应过程通式反应过程通式反应过程通式反应过程通式代谢产物微生物增值（催化剂）培养基微生物（催化剂）代谢物增长速度代谢物增长速度代谢物增长速度代谢物增长速度基质消耗 速度生长（增殖）速度速度速度速度基质消耗、生长和代谢物的速率基质消耗、生长和代谢物的速率分批培养（batch culture）：把培 养基与微生物（细菌）一起装在烧 瓶或者培养槽等生物反应器内使微 生物增殖，一直到培养完毕，使增 殖的微生物或者代谢产物成分不发 生变化的一种培养方法。分批培养中，需要讨论的速 度有：微生物生长（增殖）速度、 基质消耗速度、代谢产物增长速度。分批培养的分批
15、培养的液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论液相中微生物反应速度论生长（增殖）速度生长（增殖）速度基于微生物细胞内的吸收机构讨论基质的消耗速度比较困难。 目前，采用生长量YX/S的定义公式建立与生长速度的关系式进行相 关的讨论。即，SXBS SYR dtdCR/=基质的消耗速度-RSkg-基质/m7.h与培养基的细胞浓度XL的比，即 每细胞单位质量的基质的消耗速度，称为基质的比消耗速度基质的比消耗速度基质的比消耗速度基质的比消耗速度 （specific consumption rate）kg-基质/kg-细胞.h。即，SXLS YXR/=微生物消耗培养基的量）细胞的
16、生长量（增殖量=SxY/CS：限制基质浓度；Rb:细胞生长速度基质基质基质基质（培养基培养基培养基培养基）消耗速度消耗速度消耗速度消耗速度代谢产物的生产速度代谢产物的生产速度代谢产物的生产速度代谢产物的生产速度如图所示新鲜的液体培养基以一定的体积流量 Fm3/h供给，并以等量体积流量F排出反应器的培养基。反应器 达到完全混合状态时，排出液中的细胞浓度或者培养基的组成成 分，与反应器内的相同。连续培养器连续培养器连续培养器连续培养器氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌 生物量（菌液）的制备生物量（菌液）的制备生物量（菌液）的电能制备原理第五讲第五讲圆直管内的血液流动模型圆直管内的血液流动模型圆直管内的血液流动模型圆直管内的血液流动模型血液流动的模型化血液的流变特性及其非牛顿流体模型
