生物技术论文范文（独家整理6篇）,六年级学生的生物论文有400字
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六年级学生的生物论文有400字
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生物技术论文一（1）：题目：生物技术在煤炭清洁化利用中的应用摘要：概述了生物技术在煤炭清洁化领域中的应用和研究进展;分析了生物技术在煤炭清洁化应用中面临的挑战;对未来的研究方向进行了展望并提出了新的研究思路和建议, 为生物技术在煤炭清洁化方面的进一步应用提供了指导。关键词：煤炭; 清洁化利用; 生物技术; 生物转化; 生物脱硫;
随着人们生活水平的提高, 环境保护越来越受到重视, 我国“富煤、少气、缺油”的资源条件, 决定了一定时间内我国的能源结构以煤为主。而大气中二氧化硫释放量的90%、粉尘颗粒排放量的70%、氮氧化物等有毒气体释放量的67%和二氧化碳排放量的70%是由煤炭燃烧产生的生物技术论文一(1): 标题:生物技术在煤炭清洁利用中的应用摘要:概述了生物技术在煤炭清洁利用中的应用和研究进展；分析了生物技术在煤炭清洁应用中面临的挑战。展望了未来的研究方向，提出了新的研究思路和建议，为生物技术在选煤中的进一步应用提供了指导。关键词:煤炭；清洁利用；生物技术；生物转化；生物脱硫；随着人们生活水平的提高，环境保护越来越受到重视。中国“煤多、气少、油少”的资源条件决定了中国能源结构在一定时期内将以煤为主。然而，大气中90%的二氧化硫排放、70%的灰尘颗粒排放、67%的有毒气体(如氮氧化物)排放和70%的二氧化碳排放是由煤燃烧产生的[1]。中国煤炭资源丰富。随着煤炭的开发利用，优质煤炭资源不断减少。现有的许多煤炭资源都是劣质煤，如中高硫煤、低品位煤等。这些劣质煤燃烧会产生大量污染物。因此，为了提高煤炭的利用效率，减少环境污染，有必要对煤炭进行净化。生物技术因其低能耗、低成本和环境友好性，已被应用于煤炭清洁的许多领域。1生物脱硫近年来，燃煤产生的SO2、NOx等大量有毒有害气体造成了严重的大气污染，导致酸雨等环境问题的发生，特别是SO2等硫酸盐气溶胶的释放，导致了严重的雾霾灾害生物技术论文一(2): 题目:现代生物技术在食品工程中的应用摘要:现代生物技术主要包括基因工程技术、蛋白质工程技术、发酵工程技术、基因工程技术、细胞工程技术和酶工程技术。现代生物技术已广泛应用于食品工程，如食品发酵、食品育种、食品检测和食品加工。关键词:现代生物技术；食品工程；申请；习近平在他的第19份报告中明确指出，“食品安全战略应该得到实施，这样人们才能放心食用。”因此，食品工程作为民生工程的重要内容之一，在国家发展中具有很高的战略意义和价值。与此同时，随着生活水平的不断提高，人们对食品工程的发展逐渐提出了更高的要求。如何通过有效的方式满足多样化和个性化的食品需求，是当前食品工程发展面临的一个重要问题。在食品工程的发展中，现代生物技术对食品生产和加工的影响越来越大。现代生物技术是21世纪以来随着现代科学技术和传统生物技术的融合而逐渐丰富和发展起来的一种新型生物技术。随着现代生物技术的快速发展，现代生物技术与食品工程的相关性逐渐增强。随着食品工程技术的快速发展，现代生物技术在食品工程中的应用越来越普遍和有效。基于此，有必要从现代生物技术在食品工程中的应用来探讨食品工程的发展，即通过现代生物技术满足公众对食品的需求，从而实现食品工程的良性发展。1现代生物技术的主要内容至于现代生物技术在食品工程中的应用研究，其发展的前提是明确界定什么是现代生物技术。只有全面掌握现代生物技术的内容，才能在食品工程中进行深入的应用研究。具体来说，现代生物技术一般包括基因工程、蛋白质工程、发酵工程、基因工程、细胞工程、酶工程等方面的生物技术。当然，随着现代生物技术研究的不断发展，其内容也在不断丰富和发展。以下技术只是基于食品工程应用前景的基本介绍。1.1基因工程技术(gene engineering technology)作为一种基于基因开发的现代生物技术，主要通过基因的嫁接和重组引入细胞，从而改变生物体原有的遗传特性，实现品种的新开发。基因工程技术已经解决了将一个生物体的基因整合到另一个生物体中以产生新生物体的问题。1.2作为在基因重组、生物化学、分子遗传学等学科和技术基础上发展起来的工程技术，蛋白质工程技术可以根据受试者的需要，创造出原本不存在的具有新功能的新生物或蛋白质。例如，在现代食品开发过程中，人们常说酶的性能变化是蛋白质工程技术功能的结果，通过蛋白质工程技术可以实现食品功能的创新[1]。1.3发酵工程技术发酵工程技术也可称为微生物工程技术，主要是通过传统发酵技术和基因重组、细胞融合、分子转化等技术实现生物体的改变。现代发酵工程技术主要包括微生物资源的开发利用、微生物菌种的选择和培养、固定化细胞技术、生物反应器设计、发酵条件的利用和自动控制、产品的分离纯化等。发酵工程技术因其优越的功能在现代工业生产中得到广泛应用。2现代生物技术在食品工程中的应用通过以上对现代生物技术内容的总结，可以看出正是生物技术的现代发展推动了食品工程的现代发展，这些生物技术在食品工程中的应用逐渐成为一种普遍现象，这不仅满足了人们对食品质量的需求，也丰富了食品工业的发展道路。2.1现代生物技术在食品发酵工程中的应用发酵作为食品工程的主要环节，是食品生产中的重要过程，现代生物技术在食品发酵生产中的应用也是现代生物技术应用的重点。从基因工程技术的角度来看，其在食品发酵中的应用主要体现在发酵菌种的生产和转化上，就像面包酵母的性能变化一样，改性面包酵母比普通面包酵母高。此外，基因工程技术可以有效改善发酵过程，提高食品质量。例如，在基因工程技术的作用下培养的酿酒酵母可以改进传统的酿造工艺，从而提高葡萄酒产品的香气浓度。2.2现代生物技术在食品育种中的应用现代生物技术在食品育种中的推广效果最为明显和有效。在现代生物技术中，基因工程技术和细胞工程技术被广泛应用于育种。基因工程技术可以在提高生物体的遗传性能方面发挥积极作用。然而，细胞工程技术在育种和细胞培养中具有重要价值。细胞工程技术可以实现远距离遗传物质的直接交换，从而实现遗传资源的创新。同时，它可以生产天然食品添加剂，促进天然药物和食品添加剂的生产[3】。2.3现代生物技术在食品检测中的应用随着我国食品工程技术的发展和对外贸易进一步发展的需要，食品检测与分析逐渐成为食品工程的重点，而食品检测也是保证食品安全的重要手段。现代生物技术在保证食品标准质量、深化食品工程技术研究、探索食品安全问题的根源等方面具有明显的作用。在食品检测方面，广泛应用的现代生物技术是聚合酶链反应技术(PCR)，主要是对生物体外的特定双链基因片段进行高效扩增。聚合酶链反应技术广泛应用于食品病原微生物和食品转基因成分的检测，发挥了巨大的作用。与传统检测方法相比，该技术具有快速、特异、灵敏等特点，是其他传统检测技术无法比拟的。3结论作为传统生物技术现代化的产物，现代生物技术在整个食品工程的主要环节中发挥着极其重要的作用。随着现代生物技术的不断发展，食品工程的发展也面临着巨大的机遇。然而，现代生物技术在食品工程中的应用主要取决于食品工程本身的发展。因此，在明确现代生物技术主要类型和内容的基础上，通过研究其在食品工程中的应用，把握其在食品工业发展中的价值和作用，为更好地发挥其应有的价值提供支持。当然，现代生物技术和食品工程的发展都需要通过不断的创新研究和实践来实现。参考[1]霍玉杰。探索现代生物技术在食品工程中的应用[。《科学技术展望》，2016 (13) :291。[2]吕斌。现代生物技术在食品领域的应用研究[。价值工程，2010 (33) :327。生物技术论文范本第6条导航:第1条:生物技术论文2:转基因生物技术安全管理的现状和发展简述第3条:现代生物技术在环境检测中的作用和价值第4条:现代生物技术的作用和问题简述第5条:生物技术在药用植物开发和保护中的应用前景简要分析第6条:生物技术在农业废弃物处理中的作用研究潘李云迪，杨戈文。现代生物技术在食品检测中的应用[。生物技术公报。2004 (6) :26-29。赵晓峰。生物技术在饮料工业生产中的应用[。现代营销，2012 (1) :176-177。。煤脱硫方法分为三种:预燃烧、预燃烧和后燃烧。燃烧前脱硫被认为是最有效和彻底的去除方法。预燃烧脱硫方法主要包括物理法、化学法和生物法。煤中的硫以无机硫和有机硫的形式存在，[3]。煤中的无机硫可以通过浮选等物理方法有效脱除，但由于有机硫在煤中分布均匀、结合紧密，很难用物理方法分离，而化学法脱除有机硫存在能耗高、反应过程剧烈、控制困难的缺点。物理和化学方法都有一定的局限性，生物脱硫被认为是最有利的脱硫方法。煤的生物脱硫技术是从微生物冶金技术发展而来，即利用微生物自身生理代谢过程中发生的氧化还原反应，在常温常压等温和条件下将煤中的硫转化为可溶性硫酸盐的过程。煤有机脱硫细菌主要包括红球菌、假单胞菌和芽孢杆菌。以二苯并噻吩(DBT)为模型化合物的生物酶降解煤中有机硫有两种方式:儿玉和4S。儿玉途径通过微生物代谢切断DBT的碳碳键，将其转化为水溶性有机物，从而达到脱硫的目的。这种途径会破坏碳结构，并导致煤热值的损失。4S路线的脱硫是在不破坏碳骨架的情况下，专门切断DBT的碳硫键。硫以硫酸根的形式被除去，而不会降低煤的热值，[4-6]。煤的生物脱硫实验已经引起了国内外学者的广泛关注。刘等从青海省义海煤田采集脱硫煤(总硫含量4.97%，有机硫含量3.37%)，从煤中分离出曲霉脱硫菌，并研究了该菌与氧化亚铁硫杆菌协同处理高硫煤样，可脱除煤样总硫的59%；杨宇·等人利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌和尖孢螺旋菌三种混合菌进行柱浸脱硫实验，最终脱硫率为28.66%。研究人员还研究了生物脱硫技术，结合其他物理化学技术进行煤炭脱硫。Agarwal等人使用超声波辅助红球菌属的生物脱硫。结果表明，超声波空化可以促进生物脱硫；使用了氨基介孔磁性载体和吐温80固定化脱硫细菌。脱硫反应3 d后，DBT降解率为75%。生物脱硫技术在煤炭清洁利用中的应用前景是关系到中国能源可持续发展的重要问题。随着我国经济的快速发展，能源的清洁高效利用越来越受到人们的重视，煤炭脱硫技术的研究具有很好的应用价值[。本发明具有良好的生态和经济效益，生物脱硫工艺温和，反应易于控制。然而，由于难以获得稳定高效的脱硫菌株和控制脱硫反应，煤生物脱硫技术的工业应用还有很长的路要走，但其发展空相对较大，具有良好的应用前景。2生物转化煤炭生物转化是指在微生物的作用下，具有复杂结构的煤大分子分解，实现煤的溶解、液化和气化，从而将煤转化为溶解在水中的小分子物质或气体，从中提取有价值的化学物质，并获得制备清洁燃料、工业添加剂和植物生长促进剂的原料。生物降解煤在煤的清洁利用中起着重要作用。煤可以气化或液化成更清洁的燃料，特别是低质量的低品位煤可以被微生物转化，带来更高的经济价值。由于德国[的法库萨和美国的科恩教授等人[报告说，某些真菌可以在煤上生长，并将固体煤转化为黑色溶液，因此经常有微生物转化煤的研究报告。煤生物转化产生的液体是低挥发性的水溶性混合物，相对分子质量为30，000-300，000。其化学结构主要是含有大量羟基的芳香族化合物。该产品含有多种官能团。研究人员提出了许多可能的用途，因此煤的生物转化在工业、农业、畜牧业和医学中具有应用潜力。煤中有许多类木质素结构，特别是低品位褐煤。只要筛选和纯化具有木质素降解能力的微生物，它们就可以作为煤的可溶微生物用于煤的生物降解。可用于煤微生物降解的细菌有多种，包括假单胞菌属、枯草芽孢杆菌属、蜡状芽孢杆菌属等。放线菌包括链霉菌、云芝链霉菌和栗链霉菌。丝状真菌中的酵母菌和曲霉属、曲霉属、土曲霉属、青霉菌属和青霉属的某些菌株也具有对煤的生物转化能力[17-20]。其中云芝、青霉菌和假单胞菌具有较强的液化能力。高效降解菌株的获得、煤炭降解新产品的开发和降解产品新用途的探索将是煤炭微生物转化的主要研究方向。张明旭·等人利用紫外辐射诱变具有木质素降解能力的黄孢原毛平革菌和球形红假单胞菌，并筛选出具有煤降解能力的突变细菌。黄孢原毛平革菌对一毛源褐煤的降解率提高了18.1%，球形红假单胞菌对一毛源褐煤的降解率提高了近4倍。徐菁遥·等人利用紫外诱变技术对球形红假单胞菌及其原生质体进行突变，从中筛选出更高效的煤生物降解转化菌。刘等人利用原位顶空空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术在严格厌氧条件下检测煤层气生物转化项目中的挥发性中间体(有机酸)。结果表明，生物转化过程中产生的挥发性有机酸(C2-C7)为0.01~1.15 mol/L，回收率为80%~105%。煤炭微生物转化利用的研究仍处于探索阶段，但为煤炭清洁利用提供了新思路，具有广阔的应用前景。3废水处理煤炭开采、加工和利用经常产生一些富含无机和有机物质的矿物废水。如果这些废水得不到适当的处理，将对环境造成严重的危害。煤矿区酸性矿井水是煤矿的主要污染源。酸性矿井水的形成是由于煤本身中的硫和与煤相关的黄铁矿(铁S2)，在煤矿开采过程中黄铁矿在水中被氧化形成酸性物质。除SO42外，酸性矿井水中还含有大量的Fe2+离子和其他有毒重金属离子。我国许多煤矿矿井水酸度很高，尤其是高硫煤区。这种矿井水进入地下水系统必然会造成水污染(铁超标、磷超标等)。)。目前酸性矿井水的处理方法是加入石灰石或石灰乳中和，但这种方法石灰投入量大，相对昂贵，不能有效去除液体中的一些金属离子。酸性矿井水生物处理方法的原理类似于生物冶金。它利用微生物的作用氧化和还原矿井水中不溶性或不溶性金属离子的化合价，达到去除金属离子的目的。例如硫化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrosulfide)可以将Fe2+氧化成Fe3+，当接近中性时，大部分Fe3+离子会转化成不溶性高铁沉淀，从而去除废水中的Fe2+。基于微生物将可溶性锰(ⅱ)氧化为不溶性锰(ⅲ/ⅳ)的能力，分析了锰矿生物修复系统中处理煤矿废水的微生物群落。杨宇·[等研究了湖南煤矿排水中的微生物多样性，并分析了不同能源供应下的微生物多样性。煤气化废水是在气体净化和化工产品精制过程中产生的。废水含有多种有机和无机污染物。废水中的主要污染物是酚类化合物和氨。煤气化废水中的污染物未经适当处理排放会对环境造成严重危害。微生物可用于处理煤气化废水中的难降解有机物，实现废水的绿色清洁处理。徐等人采用两段活性污泥法处理煤气化废水。ASP运行1年多，对化学需氧量和总酚的去除率分别达到85%和90%左右。4微生物絮凝剂絮凝剂广泛应用于选煤和煤泥水处理。无机絮凝剂用量大，容易对环境造成二次污染。高分子有机合成絮凝剂不容易降解，也容易对环境造成污染。这些传统絮凝剂有一定的局限性。微生物絮凝剂是微生物产生的次级代谢产物。它主要由蛋白质、糖蛋白、多糖、纤维素等物质组成。它具有可降解、安全、高效、无毒、无二次污染等优点。它越来越受到国内外学者的关注，。张陈侗等人利用具有良好絮凝活性的黄孢原毛平革菌对贫煤、炼焦煤和瓦斯煤浆进行微生物絮凝试验，并对三种煤浆的生物絮凝试验进行了优化。张等人通过正交试验方法研究了黄孢原毛平革菌对煤浆的絮凝作用。结果表明，该菌对煤浆絮凝效果良好。实验的最佳培养条件是将培养2 d的黄孢原毛平革菌与2m·L混凝剂和2m·L肉汤混合，絮凝p·H值为6的破碎液，絮凝率最高为93.5%；葛易捷等人在嘉禾选煤厂采用无机混凝剂和微生物絮凝剂处理高浓度煤泥水。结果表明，添加微生物絮凝剂能显著降低悬浮固体浓度。5其他潜在应用5.1炉渣回收煤燃烧后会产生大量炉渣。这些炉渣主要由应时、莫来石和一些未燃烧的有机物[组成。此外，炉渣还含有一定量的有毒重金属(铜、锌、铅、铬、镉等)。)。这些重金属的有效浸出可以促进煤渣资源的再利用，防止重金属渗入地下水污染环境。武利平·[等研究了炉渣中典型重金属(铜、锌、铬、镉、铅)的含量，探讨了两种浸出工艺中重金属的浸出特征，为炉渣资源化利用模式提供了科学依据。生物金属学已经发展成为一种相对成熟的技术。处理煤渣和从煤渣中回收或去除重金属具有潜在的应用前景。5.2生物脱氮由于煤中含有氮，燃烧会产生氮氧化物等有毒有害气体，造成酸雨和光化学烟雾，造成空气污染。煤中的氮以有机氮的形式存在，主要以六元吡啶、五元吡咯和四元氮盐的形式存在。传统脱氮方法存在能耗高、反应条件苛刻等问题，微生物可以利用天然有机物通过新陈代谢脱氮，反应过程温和，能耗低。虽然关于煤中生物脱氮的报道很少，但微生物脱氮是一种有意义的尝试。杨颜回[35]探讨了微生物法去除碱溶性煤中的有机氮。优势菌处理后，碱溶性煤中氮含量从0.88%降至0.20%。5.3污染物(多环芳烃)的可生物降解煤燃烧不仅会产生H2S、SO2、氮氧化物等酸性气体，还会产生致癌和致突变的多环芳烃(PAHs)，PAHs是PM2.5的主要载体，容易造成烟雾天气，对生态环境造成很大危害。一些研究已经证明多环芳烃是可生物降解的[36-37]，一些研究报告了利用微生物修复多环芳烃污染的环境。微生物降解这些有机物的能力可以用来降解煤中和燃烧后产生的多环芳烃，从而达到清洁利用煤和减少环境污染的目的。6总结与展望就中国能源消费结构而言，在一定时期内，煤炭在中国能源消费结构中仍处于重要地位，煤炭开发利用处理不当将对环境造成严重危害。生物技术具有能耗低、无二次污染、反应条件温和等优点，在煤炭加工利用中的应用是一个非常有潜力的研究方向，但生物技术的产业化和大规模应用往往面临一些问题和挑战。为了促进生物技术在选煤中的应用，高效稳定的菌种一直是需要解决的首要问题。从自然界筛选高效菌株是一种常用的方法，但存在工作量大、结果不理想等问题。随着生物技术的发展，利用突变技术、基因工程、代谢组学等手段对目标菌株进行转化，使该菌株具有稳定高效的能力，这将是今后洁净煤菌株优化的重要方向。生物技术在煤炭清洁利用中的另一个重要发展方向是将生物技术与其他物理化学方法相结合，以达到最佳效果。物理化学方法具有成本高、反应条件苛刻等局限性，而生物方法由于菌株性能稳定性等因素难以实现高效率。结合这些技术有望最大限度地提高效益并取得更好的预期效果。微生物代谢过程分泌多种酶，并能同时进行多种反应。例如，发现红球菌属细菌能够降解煤中的有机硫(DBT)，并且还具有与有机氮相关的代谢途径，因此该菌株是否可以用于处理煤，从而脱硫和脱氮可以同时实现，从而达到减少处理时间和实现各方面清洁的目的。随着新生物技术的不断发展和选煤新领域的发现，生物技术在选煤领域的应用将带来越来越多的经济效益和环保价值。参考文献[1]陈文，徐r .中国洁净煤技术发展[J]。能源政策，2010，38 (5): 2123-2130。[2]李辉。《烟气二氧化硫排放在线监测系统分析》，[。资源节约和环境保护。2016 (3) :94-94。[3]高晋生。煤中硫的化学稳定性与洁净煤技术的发展[。洁净煤技术，1995 (1) :30-31。[4]许洪祥，陈陈璇。煤炭生物脱硫技术的研究与应用[。煤炭技术，2009 (07) :159-160。。我国拥有丰富的煤炭资源, 随着煤炭的开采利用, 高品质的煤炭资源不断减少, 现存的煤炭资源很多是劣质煤, 如中高硫煤、低阶煤等, 这些劣质煤的燃烧会产生大量污染物。因此, 有必要对煤炭进行洁净化处理, 以达到提高煤炭利用效率及减少环境污染的目的。生物技术由于其低能耗、成本低、对环境友好等特点, 已在煤炭清洁化的多个邻域得到应用。1 生物脱硫近年来由于煤炭燃烧产生的大量SO2、NOx等有毒有害气体, 造成严重的大气污染, 导致酸雨等环境问题的发生, 尤其是SO2等硫酸盐气溶胶的释放导致严重的雾霾灾害[2]。煤炭脱硫方法分为燃前、燃中和燃后三种, 对煤炭进行燃前脱硫被认为是最有效和最彻底的脱除手段, 燃前脱硫的方法主要有物理法、化学法以及生物法。煤炭中的硫以无机硫和有机硫两种形式存在[3], 煤炭中的无机硫通过浮选法等物理方法能够有效脱除, 但其中的有机硫, 由于其在煤炭中分布均匀且结合较为紧密, 很难通过物理法将其分离, 而化学法去除有机硫存在能耗高、反应过程剧烈、不易控制等缺点。物理、化学方法均具有一定的局限性, 生物法脱硫被认为是最具优势的脱硫方法。煤炭生物法脱硫技术是从微生物冶金技术拓展过来的, 即在常温、常压等温和条件下, 利用微生物本身生理代谢过程中发生的氧化还原反应, 使煤炭中的硫转化为可溶性硫酸盐的过程。煤炭有机硫脱除菌主要有红球菌、假单胞菌和芽孢杆菌等。以煤炭中有机硫化合物二苯并噻吩 (DBT) 为模式化合物的生物酶作用的有机硫降解方式有Kodama途径和4S途径两种方式 。Kodama途径是利用微生物代谢作用切割DBT中的碳碳键使其转化为溶于水的有机物, 从而达到脱硫的目的, 该途径对碳结构进行了破坏, 会造成煤炭热值的损失。4S途径脱硫则是对DBT中的碳硫键进行专一性切割, 不会破坏碳骨架, 硫以硫酸根的形式进行脱除, 不会降低煤炭的热值[4-6]。利用生物法对煤炭进行脱硫的试验引起了国内外学者的广泛关注。Liu等[9]对中国青海省义海煤田采集的煤 (总硫含量4.97%, 有机硫含量3.37%) 进行脱硫, 从煤炭中分离到曲霉属的硫脱除菌, 并研究了使用该菌和氧化亚铁硫杆菌协同处理高硫煤样品, 可从煤样中去除总硫的59%;杨宇[10]等利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌三种混合菌进行柱浸脱硫实验, 最终脱硫率为28.66%。研究人员还研究了生物脱硫技术结合其他物理化学技术一起进行煤炭脱硫。Agarwal等[11]利用超声波辅助Rhodococcusrhodochrous菌的生物脱硫, 结果表明超声气蚀能够促进生物脱硫;孙昭玥等利用氨基介孔磁性载体固定化脱硫菌配合吐温80使用, 脱硫反应3 d后, DBT降解率为75%。生物脱硫技术在煤炭清洁化利用中的应用前景是关系到我国能源可持续发展的重要问题, 随着我国经济的飞速发展, 人们对能源的洁净化和高效化利用越来越重视, 对煤炭脱硫技术的研究有着良好的应用价值。煤炭生物脱硫技术有着极佳的生态效益和经济效益, 并且生物脱硫过程温和, 反应也易控制。但因为稳定的高效脱硫菌株不易获得、脱硫反应不易控制等问题, 使得煤炭生物脱硫技术的工业化应用还有较长的路要走, 但其开发空间较大, 具有很好的应用前景。2 生物转化煤炭的生物转化是指利用微生物作用将结构复杂的煤炭大分子解降, 实现煤炭的溶解、液化和气化, 使其转化为溶于水的小分子物质或者气体, 从中提取有价值的化学品并获得制取清洁燃料、工业添加剂及植物生长促进剂的原料。生物降解转化煤炭在煤炭清洁化利用中具有重要作用, 可以将煤炭气化或者液化为更为清洁的燃料, 尤其是对品质不高的低阶煤进行微生物转化可使其发挥更高的经济价值[14]。自从德国Fakoussa[15]和美国Cohen教授等人[16]报道了某些真菌能够在煤炭上生长, 并将固体煤转化成黑色溶液后, 利用微生物进行煤的生物转化的研究屡见报道。通过煤炭生物转化产生的液体是一种水溶性混合物, 挥发性较低, 相对分子质量在3万~30万之间, 其化学结构主要是带有大量羟基的芳香族化合物, 该产物含有多种官能团。对此研究者提出了许多可能的用途, 因此煤炭生物转化在工、农、牧、医等方面具有应用潜力。煤炭中特别是低阶褐煤中存在许多类似木质素的结构。只要筛选、纯化具备降解木质素能力的微生物, 就可以作为溶煤微生物应用于煤炭的生物降解。可用于煤微生物降解的菌种有很多, 细菌类代表有假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等;放线菌类中有链霉菌、云芝和栗褐链霉菌等菌株;酵母菌中的一些菌种以及丝状真菌中的曲霉、曲霉菌、土曲霉、青霉菌和小克银霉菌等也具备对煤炭的生物转化能力[17-20]。在这些种属中, 云芝、青霉、假单胞菌的液化能力较强。高效降解菌种的获得、煤降解新产品的开发和降解产物新用途的探索, 将是煤微生物转化的主要研究方向。张明旭[21]等利用紫外线辐射对具有木质素降解能力的黄孢原毛平革菌和球红假单胞菌进行诱变处理, 选育筛选出具有煤炭降解能力的突变菌体, 黄孢原毛平革菌对义马原褐煤的降解率提高了18.1%, 球红假单胞菌对义马原褐煤的降解率提高了近4倍。徐敬尧[22]等利用紫外诱变技术对球红假单胞菌及其原生质体进行突变, 从中选育出更高效的煤炭生物降解转化菌;Liu[23]等在严格厌氧条件下, 使用原位顶空固相微萃取法结合气相色谱—质谱法检测煤炭的甲烷生物转化工程中挥发性中间体 (有机酸) , 结果显示:生物转化过程中产生的挥发性有机酸 (C2-C7) 为0.01~1.15 mol/L, 其回收率为80%~105%。煤炭的微生物转化利用研究目前仍处于探索阶段, 但其为煤的清洁化利用提供了新思路, 具有广阔的应用前景。3 废水处理煤炭的开采、加工利用等过程常会产生一些矿物废水, 里面富含无机和有机物, 如果不正确处理这些污水会对环境造成严重危害。煤炭开采地的酸性矿井水是煤矿的一大污染源, 酸性矿井水的形成是由于煤炭本身含硫以及与煤炭伴生的黄铁矿 (Fe S2) , 在煤炭开采过程在水中被氧化形成酸性物质。酸性矿井水中除含有SO42-外, 还含有大量的Fe2+离子及其他有毒重金属离子[24]。我国很多煤矿的矿井水酸度都很高, 特别在高硫煤地区, 这样的矿井水进入地下水系统中势必造成水体污染 (Fe超标、p H值超标等) 。目前酸性矿井水的处理方法是投放石灰石或石灰乳进行中和, 但该方法石灰投入量大, 成本较为昂贵, 且不能有效去除液体里面的一些金属离子。酸性矿井水的生物处理方法原理相似于生物冶金, 是利用微生物作用将矿井水中的金属离子氧化还原为难溶或不溶解的价态, 达到去除金属离子的目的, 如硫化亚铁硫杆菌能够将Fe2+氧化为Fe3+, Fe3+离子在接近中性时大部分会转化为为不溶性的高铁沉淀, 从而去除废水里面的Fe2+。Chaput等[25]基于微生物具备将可溶性Mn (II) 氧化成不溶性Mn (III/IV) 的能力, 对锰矿生物修复系统中微生物群落进行了分析, 用于处理煤矿废水;杨宇等研究了湖南煤矿排水中的微生物多样性及在对不同能源供给下微生物多样性进行了分析。在煤气净化和化工产品精炼过程中产生煤气化废水, 废水含有多种有机和无机污染物, 废水中的主要污染物为酚类化合物和氨[27]。煤气化废水中的污染物在没有适当处理的情况下排放, 会对环境造成严重危害。利用微生物能够处理煤气化废水中的难处理有机物, 实现对废水的绿色化清洁化处理。Xu等[28]采用两段活性污泥法 (ASP) 处理煤气化废水, ASP运行1 a以上, COD和总酚去除率分别约达85%和90%。4 微生物絮凝剂絮凝剂被广泛应用于选煤和煤泥水处理方面。无机絮凝剂用量大且易对环境造成二次污染, 高分子有机合成絮凝剂不易降解, 也容易对环境造成污染, 这些传统的絮凝剂均具有一定的局限性。微生物絮凝剂是由微生物产生的次生代谢产物, 其主要由蛋白质、糖蛋白、多糖、纤维素等物质组成, 具有可降解性、安全性及高效、无毒、无二次污染等优点, 越来越受到国内外学者的关注[29]。张东晨等[30]利用具有良好絮凝活性的黄孢原毛平革菌对贫煤、焦煤和气煤3种煤泥水进行了微生物絮凝试验, 并对3种煤泥水的生物絮凝试验进行了优化;Zhang等[31]通过正交实验方法研究了黄孢原毛平革菌对煤浆的絮凝效应, 结果表明, 该菌对絮凝煤浆有很好的效果, 实验的最佳培养条件是利用培养2 d的黄孢原毛平革菌与2 m L凝结剂和2 m L肉汤混合, 对p H值为6的破碎液体进行絮凝, 最高絮凝率为93.5%;葛义杰等[32]利用无机凝聚剂和微生物絮凝剂对夹河煤矿选煤厂的高浓度煤泥水进行处理, 结果表明添加微生物絮凝剂可以显着降低悬浮物浓度。5 其他有潜力的应用5.1 炉渣回收利用煤炭燃烧后会产生大量的炉渣, 这些炉渣主要由石英、莫来石和一些未燃尽的有机物组成, 此外炉渣中还含有一定量的有毒重金属 (Cu、Zn、Pb、Cr、Cd等) , 对这些重金属进行有效浸出可以促进煤渣资源的再利用, 而且可以防止重金属渗入地下水污染环境。吴丽萍等研究了炉渣典型重金属 (Cu、Zn、Cr、Cd、Pb) 含量, 并且探索了两种浸出程序中的重金属浸出特性, 为炉渣的资源化利用模式提供科学依据。生物冶金已经发展为一项较为成熟的技术, 利用生物冶金技术处理煤渣, 实现回收或去除煤渣中的重金属, 将是一项很有潜力的应用。5.2 生物脱氮由于煤炭中含有氮元素, 燃烧会产生NOX等有毒有害气体, 引起酸雨和光化学烟雾, 造成大气污染。煤炭中的氮全部以有机氮的形式存在, 主要以六元吡啶、五元吡咯和季氮盐形式赋存。传统的氮脱除方法存在能耗高、反应条件苛刻等问题, 微生物通过代谢能够利用自然界有机物脱氮, 且反应过程温和, 能耗较低。虽然煤炭生物脱氮的研究报道较少, 但利用微生物脱除煤中氮是一种有意义的尝试。杨卉艳[35]对微生物法脱除碱溶煤中的有机氮进行了探究, 经过优势菌种的处理, 碱溶煤中的含氮量由原来的0.88%降至0.20%。5.3 污染物 (多环芳烃) 生物降解煤炭燃烧除了会产生H2S、SO2、NOX等酸性气体外, 还会产生具有致癌、致突变的多环芳烃类 (PAHs) , 而且PAHs是PM2.5的主要承载物, 易引发雾霾天气, 对生态环境造成了极大危害。有研究证明PAHs是可生物降解的[36-37], 已有研究报道利用微生物对PAHs污染的环境进行修复。利用微生物可降解这类有机物的能力, 可以利用微生物对煤炭中和燃烧后产生的PAHs进行降解, 达到清洁化利用煤炭的目的, 减少环境污染。6 总结与展望就我国的能源消费结构来看, 一定时期内煤炭还处于我国能源消费结构的重要位置, 而煤炭的开发利用, 处理不当就会对环境产生严重危害。由于生物技术的低能耗、无二次污染、反应条件温和等优点, 将其应用到煤炭的加工利用中是一个非常有潜力的研究方向, 但生物技术的工业化、大规模化的应用往往面临一些问题和挑战。要想推动生物技术在煤炭清洁化中的应用, 高效稳定的菌株一直是需要解决的首要问题。从自然界中筛选高效菌株是常见的方法, 但存在工作量大、结果不理想等问题。随着生物技术的发展, 利用诱变技术、基因工程、代谢组学等手段对目的菌株进行改造, 使菌株具备稳定高效的能力, 将是未来煤炭清洁化菌株优化的重要方向。生物技术在煤炭清洁化利用中的另一个重要发展方向是将生物技术与其他物理化学方法联用, 以达到最好的效果。物理化学方法存在成本高、反应条件剧烈等局限性, 而生物方法受菌株性能稳定性等因素影响难以达到高效, 将这些技术联用有望实现利益的最大化, 预期效果较好。微生物代谢过程会分泌多种酶, 可以同时进行多种反应。例如红球菌属细菌被发现可以降解煤炭中的有机硫 (DBT) , 而它也有与有机氮相关的代谢途径, 那么是否可以利用该种菌株对煤炭进行处理, 使脱硫与脱氮一同实现, 达到减少处理时间, 实现多方面清洁化的目的。随着新的生物工艺的不断发展以及在煤炭清洁化新领域的发现, 生物技术在煤炭清洁领域的应用将发挥越来越大的经济效益及环保价值。参考文献[1]Chen W, Xu R.Clean coal technology development in China[J].Energy Policy, 2010, 38 (5) :2123-2130.[2]李辉.探析烟气二氧化硫排量在线监测系统[J].资源节约与环保, 2016 (3) :94-94.[3]高晋生.煤中硫的化学稳定性和洁净煤技术的开发[J].洁净煤技术, 1995 (1) :30-31.[4]徐宏祥, 陈宣辰.煤炭生物脱硫技术的研究及其应用[J].煤炭技术, 2009 (07) :159-160.[1]
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