微生物与能源

长治学院（综述）题目能源危机及微生物能源生物科学与技术系院（系）生物技术专业学生姓名杜妮妮学号 12406303摘要人类社会进入经济全球话时代，经济的飞速发展对能源的需求愈来愈大，伴随着的就是环境愈来愈恶劣。

人类在征服自然的同时，也受到大自然的惩罚，甚至威胁到人类的生存和社会上网发展。

本文从科学理性的视角，阐述了当今世界和中国能源危机的现状；再从历史与现实出发分析能源危机背后的产生根源；最后从生物生态学角度提出解决能源的有效措施，并着重介绍微生物能源在各个方面的利用和开发。

关键词：能源危机；环保；污水处理；氢能源；农业的可持续发展目录第一章世界能源危机和中国面临的挑战1.1关于世界能源危机1.2中国面临的挑战第二章微生物能源的开发应用2.1微生物在环保和氢能源开发方面的应用2.1.1微生物在污水处理方面的应用2.1.2微生物在氢能源方面的开发应用2.2微生物与农业可持续发展2.2.1微生物的开发与持续利用2.2.2微生物资源与农业可持续发展结束语参考文献第一章世界能源危机和中国面临的挑战1.1关于世界能源危机能源是人类活动的物质基础。

在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。

在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。

这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。

能源危机通常会造成经济衰退。

经济又与政治文化有着紧密的联系，可见，能源危机是全球性的关键问题，假设地球真的面临了能源危机，那么地球就必然会自我毁灭，因为人们根本无法生存。

能源危机从消费者的观点，汽车或其它交通工具所使用的石油产品价格的上涨降低了消费者的信心和增加了他们的开销。

对经济影响很大，市场经济的能源价格是受供需关系的影响，而供需关系中的供或需改变都可以导致能源价格的突然变化。

虽然一些能源危机是由于市场应对短缺的价格调节而产生，但在某些情况下，危机可能是市场的流通不畅通、缺乏自由市场而导致的。

1.2中国面临的挑战当前世界能源危机，中国能源危机更为严重。

中国是能源小国，水资源严重匮乏。

有关研究结果表明，我国潜在水资源总量为2.7万亿立方米，在世界上仅次于巴西、前苏联、美国和印尼而居第6位，绝对量是丰富的。

但由于人口多，人均水资源占有量却大大低于世界平均水平，仅列世界第88位。

世界人均淡水占有量为12900立方米，我国为2695立方米，还不到世界人均占有量的1/4，仅相当于美国的1/5，加拿大的1/48。

而且随着人口的迅速增长，人均水资源每年都在递减。

如建国初期，我国人均水资源为5400立方米，目前已减少到不足3000立方米。

与此同时，我国在生活生产中消耗的水又在以惊人的速度递增，如1959-1980年，我国年用水量平均增长率为5.2%，用水总量4700亿立方米/年，占多年平均水资源总量的17%，预计到20世纪末，用水总量将达到5500亿立方米/年，占到多年平均经流总量的21%。

用水总量直逼水资源总量，水资源“危机”也就为期不远了。

土地资源的状况与此相类似。

我国土地面积为960万平方公里，仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位，但当考虑人口因素时，我国人均占有土地不足0.01平方公里，约为世界平均数的1/3；我国现有耕地97.3万平方公里，约占世界耕地的7%，居世界第4位，人均耕地约0.001平方公里，约占世界平均耕地的36%；草地总面积400多万平方公里，居世界第二位，人均草场0.0036平方公里，约占世界平均数的56%；林地面积125.3万平方公里，居世界第120位，人均林地面积不足0.001平方公里，约占世界平均水平的18%。

按照一般的观点，这实际上已接近农业承载的极限。

海洋资源一直是我们引以为豪的，我国海域辽阔，总计300万平方公里；海岸线长，总计32647公里；岛屿众多，达6536个；大陆架宽广，黄、渤海全部位于大陆架上，东海大陆架宽200-600公里，南海大陆架宽180-250公里；海深资源丰富，现有海深面积计14.07万平方公里；鱼类繁多，经济鱼类捕捞量400-470万吨；海底石油可观，总面积100多万平方公里，石油地质储量100亿吨；海滨矿砂矿床多，达124个，探明储量4.36亿吨，等等，绝对数量都不少。

但与上述情况一样，若按12亿多中国人口的人均计算，上述各项指标在世界上所处的位置仍然是很低的。

矿产资源可以说是最能体现我国同时作为资源大国与资源小国这个特点的资源种类。

我国累计发现矿床种类162种，其中探明一定储量的148种，发现矿床和矿化点20多万处，控明储量的矿区1.4万多处。

中国无疑是世界上拥有矿种比较齐全，探明储量比较丰富的少数国家之一，而且矿产的总量也多，45种主要矿产保有储量的价值排到了世界的第三位。

虽然如此，但若按人均拥有量计算，我们却还是无法脱掉“贫矿”的帽子。

如我国的原油人均占有量为世界平均水平的13%，煤为99.3%，铁为34%，铜为24%。

除煤以外，均不足世界平均水平的50%，在世界上排行第80位。

总之，我国的资源总量是丰富的，从绝对数上说，在世界上是一个资源大国，但由于我国人口众多，人均资源低于世界平均水平，因此，从相对数来看，我国在世界上又是一个资源小国。

第二章微生物能源的开发应用2.1微生物在环保和氢能源开发方面的应用微生物技术作为生命科学和生物技术的主要分支之一，是它们发展的先导和基础，特别是在解决人类所面临的人口健康、资源紧缺、粮食危机等方面，其具有不可替代的重要作用。

下面将在微生物在污水处理和制氢两个方面论述微生物再换白和能源方面的巨大作用。

2.1.1微生物在污水处理方面的应用水作为生命活动和工农业生产中不可缺少的物质，其在地球上的可利用量不到其总数的1％，随着工农业生产的发展，大量的污水及废水被排入自然水体中造成污染。

因此，污水处理和防止水污染是十分重要的，水体的自净作用在一定程度上是可以抵消污染所产生的变化的，但水体的自净能力是及其有限的，当进入水体的外来污染物数量超过了水体的自净能力时，就会造成水污染，因此工业废水和生活污水必须经过一定程度的净化处理，使水质达到一定标准以后才能排入江河湖泊等水体。

1.活性污泥法活性污泥法又称曝气法，是利用曝气池中填装活性污泥使污水净化的生物学方法。

活性污泥是由污水中繁殖的大量微生物凝集而成的褐色而呈絮状泥粒组成的，具有较强的吸附和氧化有机物质的能力。

活性污泥含有特殊的微生物种群，主要由细菌和原生动物组成，而真菌和后生动物只起次要的作用[8]。

活性污泥中的微生物类群与生物膜中类似，但是真菌也起较大的作用，此外原生动物及诸如蠕虫和昆虫幼虫等后生动物也大量发生。

活性污泥颗粒疏松呈丝絮状，表面积大，所以对污水中的悬浮物、胶体物的吸附能力很强。

吸附的物质在微生物的作用下进行氧化分解。

一般废水在曝气池中停留4～10小时就可完成净化过程，BOD的去除率可达90%以上[9]。

2.生物过滤法生物过滤法也被称为生物膜法。

其主要特点是利用虑池中铺设的虑料上附着的生物膜，对污水中的有机质进行吸附和生化作用，达到去除有害物质的目的。

生物过滤法已得到广泛应用，净化效果较好，一般可使污水的BOD减少50%到90%。

在生物膜的表面，由于污水的不断流过，总是吸附一薄层污水。

污水流过虑料时，悬浮物质被截住，胶体物质被吸附。

污水中的有机污染物就被生物膜中的细菌、真菌吸附并氧化分解，而原生动物又以这些菌为食物，即形成生物膜中的小型食物链。

这对有机污染物的去除意义重大，因为在食物链的每一步，都有一部分有机物因呼吸作用而被转化为二氧化碳。

因此，能将污水中的有机污染物完全降解[1]。

生物膜主要由菌胶团形成菌和丝状菌组成，此外还有大量细菌、真菌、原生动物、藻类以及后生动物。

常见的细菌主要有动胶菌、球衣细菌、白硫细菌、无色杆菌、黄杆菌、假单胞菌、产碱菌等。

在生物膜的底部成分，化能自养菌较多。

真菌主要有镰孢菌、青霉、毛霉、地霉、分支胞霉和各种酵母。

常见的藻类和原生动物主要有席藻、小球藻、丝藻和种虫等［2]。

3.氧化塘法氧化塘是一种大面积敞开式的污水处理塘，是一种与自然水体自净过程极其相似的污水处理方法，起基本原理是利用藻类共生系统来分解污水中的有机污染物，使污水得以净化。

即塘内有机污染物被需氧细菌分解为简单的有机物质、无机物质和二氧化碳，而细菌生存所需要的氧气，主要由藻类的光合作用提供，也可通过池塘表面再曝气和机械通气供氧［10］。

4.厌氧处理法厌氧处理法是在缺氧情况下，利用厌氧微生物分解污水中有机污染物的方法，又称厌氧消化法或厌氧发酵法，其净化效率可达90％。

污水厌氧处理包括一系列复杂的消化和发酵反映。

首先，复杂有机污染物如纤维素、蛋白质、脂肪等，被以兼性菌为主的产酸菌分解成为氢气和二氧化碳，以及简单的有机酸和醇等。

参与此作用的细菌主要有梭菌、假单胞菌、产气杆菌、大肠杆菌、粪链球菌和变形菌等。

随后，由于产甲烷菌的作用，将有机酸、氢气、二氧化碳等转化为甲烷。

参与此作用的微生物主要有甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷八叠菌、甲烷螺菌[3]。

2.1.2微生物在氢能源方面的开发应用氢气比其他能源载体更具有优势，是最好、最清洁的燃料，燃烧产物是水，零排放，对环境无污染，氢的热值高，因为它与氧气反映产生的能源约是液态炭氢化合物的三倍，且可循环利用。

从世界范围来看，各国政府都在加大推进氢能发展的力量，日本、欧盟、美国都构建了自身的氢能源线路图，作为重点发展方向之一，我国也已把氢能列入国家中长期科技发展规划中。

预测未来将步入氢能的时代。

目前，成熟的制氢方法主要有天然气蒸汽重整，天然气的催化裂解，重油的部分氧化，煤的气化和水的电解等，然而这些方法一般成本过高，不能从根本上解决能源问题。

而且有些生产过程还会产生大量的污染性副产物。

微生物制氢因具有无污染、效率高、成本低等优点，在氢能开发及产业化方面展现巨大的潜力，目前已有多种微生物被用来生产氢气。

目前发现的能够产生氢气的微生物很多，按照产氢机制的不同可以分成两类：光合产氢微生物和发酵产氢微生物。

光合产氢微生物可以利用光能产生氢气，包括一些藻类和光合细菌。

藻类主要是绿藻，有关光合细菌产氢的微生物主要集中在红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）、红螺菌属(Rhodomicrobium)、红微菌属(Rhodomicrobium)、着色菌属(Chromatium)、荚硫菌属(Thiopasa)、外硫红螺菌属(Ectothiorhodospira)、绿菌属(Chlorobium)等7个属的20余个菌株，其中研究和报道最多的是红假单胞菌属，在该属中，共有7个种的10多个菌株进行过产氢的相关的研究［4］。