环境生物技术整理

环境生物技术整理考试时间:地点:第一章绪论1.环境生物技术存在的问题及前景。问题：1）反应速度不如化学法快，并且反应器及占地面积均较大。2）在运行中又是会产生污泥膨胀和流失，剩余污泥也很难处理。3）对原水水质有一定的要求，否则将会妨碍微生物的生长。4）对于一些人工合成物，特别是难生化降解的物质，常见的微生物尚无能为力。5）活的有害菌体从实验室泄露到环境中会造成不良后果。6）大规模工程微生物的应用可能影响生态系统。前景：1）和环境生物技术相关的潜在产业范围几乎是无限的，最突出的一个领域就是关于废弃物的处理。所有商业性生产都会产生垃圾，许多情况下这些垃圾是可以生物降解的。2）生物清洁剂如酶清洁剂在制药业和酿造业中处理加工机器中的有机残余物。3）生物传感器的应用发展为制造业、工程设计、食品和饮料行业带来机会，广泛应用于多种过程的监测，尤其是在污染的评估和污染控制领域。4）环境生物技术具备生态友好和经济有效的特点，是一种极具前景的生产方法。第二章环境污染及其治理基础1、大气污染：有害、有毒气体和悬浮物质介入大气中，其浓度超过了大气环境的容许量，致使大气质量恶化，对人类及动、植物产生直接或间接危害的现象。污染物类型：煤炭型、石油型、混合型、特殊型：事故性泄露或人为排出有毒害气体水体污染：人类在生产、生活过程中产生的有害、有毒物质进入水体，其量超过了水体的自净能力，引起水质恶化，降低了水的使用价值，造成对环境、人体和其他生物的危害现象。类型：分为生理性污染（感官性污染）、物理性污染、化学性污染、生物性污染土壤污染：污染物在土壤中的累积浓度超过土壤环境容量，引起土壤质量恶化的现象。土壤污染源：农药和化肥的使用、污水灌溉、废渣侵蚀、大气和水质污染的间接影响。土壤污染危害：植物生理功能失调，农作物生长发育不良，并会通过食物链的不断积累和浓缩，危害人体健康。2.世界八大公害事件事件时间地点危害原因马斯河谷烟雾1930年12月1-5日比利时马斯河谷1周内死亡60多人，数千人患呼吸道疾病工业区密集，排放大量有害气体，并在近地面层积累，导致该地区气候反常，雾层浓厚多诺拉烟雾1948年10月26-31日美国多诺拉全镇人口43%（5911人）的人发病，患者出现胸闷、干咳、头痛、腹痛、呕吐及眼病，死亡17人工厂密集，排放大量有害气体并积累在近地面层，加上该地区连续几天出现大雾天气洛杉矶光化1952年12月美国洛杉矶400多65岁以上老人死亡大量排放碳氧化合物、氮氧化合物等有害气体，光照作用下,生成光化学烟雾九州水俣病1950年~1972年日本九州水俣镇964人死亡，2842人被确认为水俣病患者，受害居民1万余人长期食用被甲基化汞和汞废水污染的水产等伦敦烟雾1952年12月5-8日英国伦敦4天内死亡近4000人，事后2个月中又陆续死亡8000多人居民燃烧烟煤取暖以及工业废气和二氧化硫等的大量排放四日哮喘病1961~1972年日本四日市到1972年患者增至800余人，整个日本高达6000人冶炼和工业燃油产生大量废气，致使居民出现支气管炎、哮喘、肺气肿及肺癌等呼吸道疾病神通川河骨痛病1955~1961日本神通川河流域1963~1968年“骨痛病”患者已有258人，死亡128人炼锌、炼铅厂排出大量含镉废水，污染河水、土壤及农作物，长期食用含镉河水和稻米所致大牟田米糠油污染1968年3月日本北九州、爱知县一带几十万只火鸡突然死亡；到8月份患者达5000人，并快速蔓延，实际受害达13000多人粮食加工厂在生产米糠油时混入多氯联苯，人及家禽食用污染的米糠油而中毒发病3、生物富集性：一些污染物即使在环境中出现的量很小，也能被活的生物体摄取，并且随着时间的延长在组织中富集。4、污染物的控制策略。1）稀释和分散：包括经过物理的分散作用而引起的污染物稀释。空气流动能很好地将气体排放物扩散和稀释。大量的水体或河流都有好的分散和稀释潜力。流动的水比静止的水能更快地分散污染物。通过土壤的转移也是一种分散和稀释的途径，土壤中的水在物质迁移中起了重要的作用。土壤中的动植物群落的活性对污染控制也起着促进作用。2）浓缩和封存：把有害物质聚集在一起，以防止泄露到周围环境中。采用哪种策略取决于具体情况，特别是应该更多地考虑环境体系的敏感性，有时2种策略同时采用。5、优先污染物：指的是在众多的污染物中筛选出的潜在危险大、毒性大、范围广、难降解的并作为优先研究与控制对象的污染物。我国水中优先控制污染物黑名单为68种。6、持久性污染物（POPs）定义：有机氯、有机汞等一类很难生物降解或不能降解的有机毒物，由于它们的化学性质稳定，很难被生物降解，因而会长期存在于环境中，这类有机毒物被称为持久性有机污染物。危害：可以通过生物富集作用，被脂肪组织大量吸收放大到原始值的7万倍；很稳定，可在环境中存在数十年；引起人类致癌、过敏、损伤中枢及周围神经系统，通过改变激素引起内分泌失调而破坏生殖与免疫系统；不仅危害当代，还影响下一代。7、污染物的富集（Bioenrichment）：生物有机体或处于同一级营养上的生物种群（包括动物、植物），从周围环境中通过蓄积难分解有机毒物或某些重金属、类金属及其化合物等，使生物体内此类物质的浓度远高于环境介质中浓度的现象。生物富集因子（BCF）：生物机体内污染物的浓度与该污染物在环境介质中的浓度之比。8、污染物在环境中的自净作用定义：指通过物理的、化学的、生物的作用，逐步消除污染物达到自然净化的过程。1）物理净化：污染物由于稀释、扩散、凝聚、吸附等作用使污染物质沿着物流方向降低2）化学净化:污染物由于氧化、还原、化合、分解等使污染物质浓度沿物流方向降低的过程。3）生物净化:依靠生物的降解或转化等作用将环境中的有机污染物逐渐变为无机物质的过程。9、废水有机物污染指标1）生化需氧量（BOD）：水温为20℃的条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量。BOD5：指水温为20℃，5d的生化需氧量作为度量污染水体中的有机物浓度。优点：a）反映了微生物氧化有机物的状况，直接从卫生学角度阐明被污染的程度。缺点：a）测定时间需5d，仍有点长，难以及时指导生产实践；b）如果污水中难生物降解的有机物浓度较高，BOD5测定结果误差较大；c）某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质，或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质，就会影响测定结果。BOD20：20d生化需氧量，已完成了可生物降解有机物的碳氧化过程，称总生化需氧量BODu。2）化学需氧量（COD）：用强氧化剂（我国法定用重铬酸钾）在酸性条件下将有机物氧化成CO2与H2O所消耗的氧量，以CODcr表示，简写为COD。优点：a）由于重铬酸钾的氧化能力极强，可较完全地氧化水中各种性质的有机物，能较精确地表示污水中有机物的含量；b）测定时间只需几个小时，且不受水质影响；缺点：不仅代表水中有机物含量，还包括了水中还原性无机物被氧化的耗氧量，存在误差。3）可生化性指标（BOD5/COD）：BOD5/COD的比值可以作为污水是否适宜于采用生物处理的判别标准，称为可生化性指标，比值越大，越容易被生物处理。几点说明：a）CODBOD20BOD5b）BOD5≈(0.7-0.8)BOD20c）BOD5/COD0.3的污水才适合采用生物处理第三章环境污染控制的微生物方法和原理1、菌胶团：在纯培养或混合培养中，细菌之间按照一定的排列方式互相黏集在一起，由公共荚膜包围形成一定形态的细菌基团，称为菌胶团。2、诺卡式菌（放线菌）：对腈类化合物的分解能力较强，石化总厂用于丙烯腈废水处理。3、水体富营养化：水体中氮、磷等物质的富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象。湖泊—水华，海洋—赤潮。4、原生动物在废水处理方面的作用1）原生动物在整个生物生态系统中占重要地位，它们是生物链的一个重要环节。2）在废水生物处理中起重要作用。在好氧的活性污泥处理中，负责除去悬浮于水相中的细菌，从而有助于获得细菌含量相对低的清洁的出水。这种方式对活性污泥工艺中的细菌类群施加了一种选择性压力：仅那些聚集成絮状的细菌最终能够存活，正符合活性污泥工艺要求。3）原生动物可作为指示生物，用以反映活性污泥和生物膜的质量以及废水处理的效果。常见指示类原生动物：草履虫、钟虫、鞭毛虫、纤毛虫、大变形虫等5、微型动物在污水生物处理中的作用小结：（联系上题）1）促进菌胶团絮凝作用：菌胶团絮凝作用是污水生化处理中的重要过程，它决定了污水生化处理工艺过程的连续性，并直接影响污水处理效果和出水水质。2）在污水处理过程中，可以吞噬游离细菌和微小颗粒。3）分解污水中的有机物：原生动物能直接分解代谢一些可溶性的有机化合物。4）作为指示生物：原生动物个体比细菌大，生态特点也容易在显微镜下观察，对环境条件要求比细菌苛刻，当水质或工艺参数发生变化时，原生动物种群和数量也要发生变化；因此当做污水处理的指示性生物，并利用其变化来了解污水处理效果及污水处理运转是否正常。6、微生物对C、N、P营养比例要求；好氧微生物：BOD5:N:P=100:5:1厌氧细菌：COD:N:P=500:5:1有机固体废物堆肥发酵：BOD5:N:P=100:5:17、细菌的四个生长周期1）延迟期：细胞内各种生物酶需要适应新环境，细胞一般不繁殖，活细胞数目不增加，但体积显著增大，长度可达接种时的6倍；2）对数期：细菌按几何级数增加，微生物细胞以基本恒定的生长速率繁殖，生长曲线上细菌数与培养时间基本呈线性关系；生长速度达到最大；细胞的代谢活性比较稳定，酶活力高；3）稳定期：细胞生长速率下降，死亡率上升，新增加的细胞数与死亡细胞数趋于平衡；微生物活动能力下降，细菌分泌物增多，活性污泥絮凝体开始形成。4）衰亡期：生长速率为零，死亡速率加快，细胞靠内源呼吸代谢维持生存，细胞活力衰退。8、为了获得既具有较强氧化和吸附有机物的能力，又具有良好沉降性能的微生物，在污水处理实际中常将微生物控制在稳定期末期和衰亡期初期。9、传统活性污泥法：为了获得既有较强的氧化和吸附有机物的能力，又具有良好的沉降性能的活性污泥，在实际中常将活性污泥控制在减速生长期末期和内源呼吸期初期。10、几种常见微生物代谢的发酵类型：丙酸型发酵、丁酸型发酵、乙醇性发酵。11、自养微生物进行好氧呼吸时，最终产物也是无机物，同时释放能量。H2S+2O2→H2SO4----是城市排水管道腐蚀的主要原因（从铁细菌和硫细菌来解释）12、微生物代谢配比：分解代谢、合成代谢和内源代谢之间的数量关系：1）在微生物作用下，可降解有机物的1/3为微生物所氧化分解，形成无机物，产生能量；2）可降解有机物的2/3用于微生物合成细胞，实现微生物的增殖；3）通过内源呼吸，80%细胞物质被分解为无机物，产生能量，剩余20%为不能分解的残留物。污水中的有机物主要是通过微生物内源代谢过程降解的，并非由分解代谢过程完成降解。13、PH对于污水处理的影响1）城市生活污水的pH一般在6.0-9.0,适宜各种微生物的生长繁殖，能取得良好处理效果。2）pH值上升到9.0以上，原生动物将由活跃转为呆滞，菌胶团黏性物质解体，活性污泥结构遭到破坏，处理效果显著下降。3）如果进水pH突然降低，曝气池混合液呈酸性，活性污泥结构也会发生变化，二沉池中将出现大量浮泥现象。同样，当pH值长期处于较低状态时，霉菌等大量繁殖，而在活性污泥中占据优势，甚至导致活性污泥丝状膨胀，使二沉池泥水分离困难。因此，当污水尤其是工业废水的pH值变化较大时，应设置调节池，以保持生物反应器中的pH值在合适的范围内；4）对于厌氧生物处理，需要根据处理工艺控制适宜的pH值范围。14、污水处理中氧的供给：可以通过鼓风曝气、表面机械曝气、射流曝气等方式供氧。15、污染水体的微生物生态污带：多污带、α-中污带、β-中污带、寡污带。16、国内常用的3种发光细菌：（a）明亮发光杆菌--GB/T15441-1995水质急性毒性的测定-发光细菌法中使用；（b）费氏弧菌--欧盟标准中使用；（c）青海弧菌--测试饮用