1 环境生物技术概论

Foundedin1895Foundedin18951第1章环境生物技术概论Foundedin18952/461课程具体内容•1环境生物技术概论•2酶工程在环境污染治理中的应用•3基因工程在环境污染治理中的应用•4细胞工程在环境污染治理中的应用•5发酵工程在环境污染治理中的应用•6废水生物处理技术•7大气污染的生物处理技术•8固体废弃物生物处理技术•9生物修复技术•10有害有机污染物的生物处理技术•11重金属的生物处理技术•12污染预防生物技术•13有机废弃物的资源化——能源、材料、蛋白•14环境生物监测与安全性评价Foundedin1895考核方式•平时成绩：30%•小测验：35%•结课论文：35%Foundedin1895结课论文要求•结合环境生物技术的某一个研究方向或研究热点，写一篇小综述或进展报告•内容要言之有物，严禁抄袭•不少于3000字•符合科技论文写作规范（见下页）•5月1日之前，发送到信箱：[e-mail]•第15周交纸质版Foundedin1895格式要求•内容排列：题目、作者、摘要、关键词、引言、正文、结论、参考文献•字体：中文小四号宋体，英文12号TimesNewRoman，双倍行距，图表居中•参考文献：按文内引用的先后排序，注明著者、文题、刊名、年卷期及页码，格式举例–[1]HimmelME,DingSY,JohnsonDK,etal.Biomassrecalcitrance:engineeringplantsandenzymesforbiofuelsproduction.Science,2007,315:804-807.–[2]杨永华,蒋岚,杨胜利,等.枯草蛋白酶E的定点突变及其对酶性质的影响.生物工程学报[J],2000,16(3):341-344.–[3]SambrookJ,FritschEF,ManiatisT.MolecularCloning:ALaboratoryManual.2nded.NewYork:ColdSpringHarborLaboratoryPress,1989.–[4]SunYP.ImprovingcelltoleranceofRhodococcusruberbytransposomeknockoutandplasmamutation[D].Beijing:TsinghuaUniversity,2010.Foundedin1895文献查阅方式•中文•图书馆：CNKI中国期刊全文数据库•英文•图书馆•Google学术搜索：人与环境•人类社会的发展创造了前所未有的文明，同时也带来了许多生态环境问题–水资源短缺–土壤荒漠化–有毒化学品污染–臭氧层破坏–酸雨肆虐–物种灭绝–森林减少•生态环境的破坏使人类的生存和发展面临严峻挑战Foundedin18958/46•美国密歇根州铜矿及工厂产生的尾料将湖水染红Foundedin1895化学废水污染长江2010－9－29Foundedin189510/46•1980年，美国纽约州阿第伦达克山，早春时节的酸雨酸雪污染了河川，造成一场致命的“酸流”，令溪鳟纷纷死于鳃部伤害Foundedin189511/4621世纪环境热点问题：温室效应与全球变暖•温室效应–大气对地表热辐射能遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应•温室气体–大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亚氮、臭氧等•全球变暖问题–主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化–人类活动对气候变暖的影响主要表现为：由于工业生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱Foundedin189512/46•资料表明–1860年以来，全球地表年平均气温升高了0.3-0.6℃–根据跨政府气候变化委员会预测，从1990到2100年，全球陆面气温将增加2℃•气候变暖的直接结果–世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上升。将直接威胁世界沿海城市及30多个岛屿的生存和发展。美国环保专家预测，再过50-70年，东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中国一些沿海城市会被完全和局部淹没•气候变暖的间接结果–灾害性气候：厄尔尼诺现象。厄尔尼诺可以引起全球大范围的干旱，也可使某些地区暴雨成灾。例如，1997年3月开始的第14次厄尔尼诺造成中国长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几千亿元Foundedin1895全球升温会引起地球南北两极的冰山融化，这也是造成海平面上升的主要原因之一，使可怜的北极熊的生活范围越来越小。Foundedin1895全球暖化导致北极熊饥不择食大熊吃小熊欧洲化学污染导致大量北极熊雌雄同体50只母熊中就有1只Foundedin1895挪威冰盖惊现“哭泣人脸”气候变暖恶化Foundedin1895•影响沿海和岛国居民的生活(占世界1／3的人口)，使之受到威胁。如果极地冰冠融化，经济发达、人口稠密的沿海地区会被海水吞没，马尔代夫、塞舌尔等低洼岛国将从地面上消失，上海、威尼斯、香港、里约热内卢、东京、曼谷、纽约等海滨大城市以及孟加拉、荷兰、埃及等国也将难逃厄运。Foundedin1895•上海是许多人眼中全球变暖的重灾区，中国最有可能被“淹没”的地方之一。很多人曾在脑海中勾画过“上海沉没”的景象。海平面升高20多米后，站在“东方明珠”上向下看，外滩上的“万国建筑博览群”几乎都已被淹没，只留下曾经的摩天大楼矗立在一片汪洋之中。Foundedin1895印度孟加拉争夺30余年小岛沉没因全球变暖20世纪70年代，印度和孟加拉国都宣称拥有孟加拉湾中部小岛——葛拉马拉岛Foundedin1895全球变暖威胁企鹅生存：上万小企鹅冻死如果全球气温升高2摄氏度，企鹅主要栖息地面积将减少一半甚至三分之二。2008年7月HappyfeetFoundedin1895巨型鱿鱼死亡之谜：海洋噪音污染损害平衡Foundedin1895珠峰受大气污染严重积雪中查出禁用农药在常年积雪、海拔6000米之上的珠穆朗玛峰上，竟能检测出DDT、六六六等20年前就被禁用的农药。Foundedin1895环境污染的分类污染类型污染形式污染物性质生理性污染、物理性污染、化学性污染和生物性污染污染物形态废气污染、废水污染，固体废物污染，噪声污染及辐射污染被污染的客体大气污染、水体污染、土壤污染、食品污染或多个客体同时被污染污染的原因生产污染、生活污染、农业污染和交通污染污染的程度轻度污染、中度污染、重度污染和严重污染污染影响范围室内污染、点源污染、面源污染、区域污染和全球污染Foundedin189523/4620世纪著名的八大环境公害事件名称地点时间危害情况马斯河谷烟雾事件比利时1930.12几千人发病，60人死亡多诺拉烟雾事件美国1948.106000人患病，17人死亡伦敦烟雾事件英国1952.125天内4000人死亡洛杉矶光化学烟雾美国1940年代引起眼病，喉头炎,头痛水俣事件日本1953始痴呆，神经失常，死亡富山事件日本1931始关节痛,骨骼软化萎缩,痛死四日事件日本1970年哮喘，肺气肿，10多人死亡米糠油事件日本1968年患者5千多人，死亡16人Foundedin18951、比利时马斯河谷烟雾事件马斯河谷是比利时境内马斯河旁一段长24公里的河谷地段。这一段中部低洼，两侧有百米的高山对峙，使河谷地带处于狭长的盆地之中。马斯河谷地区是一个重要的工业区，建有3个炼油厂、3个金属冶炼厂、4个玻璃厂和3个炼锌厂，还有电力、硫酸、化肥厂和石灰窑炉，工业区全部处于狭窄的盆地中。Foundedin18951930年12月1－15日，整个比利时大雾笼罩，气候反常。由于特殊的地理位置，马斯河谷上空出现了很强的逆温层。通常，气流上升越高，气温越低。但当气候反常时，低层空气温度就会比高层空气温度还低，发生“气温的逆转”现象，这种逆转的大气层叫做“逆转层”。逆转层会抑制烟雾的升腾，使大气中烟尘积存不散，在逆转层下积蓄起来，无法对流交换，造成大气污染现象。Foundedin1895在这种逆温层和大雾的作用下，马斯河谷工业区内13个工厂排放的大量烟雾弥漫在河谷上空无法扩散，有害气体在大气层中越积越厚，其积存量接近危害健康的极限。第三天开始，在二氧化硫（SO2）和其他几种有害气体以及粉尘污染的综合作用下，河谷工业区有上千人发生呼吸道疾病，症状表现为胸疼、咳嗽、流泪、咽痛、声嘶、恶心、呕吐、呼吸困难等。Foundedin1895一个星期内就有60多人死亡，是同期正常死亡人数的十多倍。其中以心脏病、肺病患者死亡率最高。许多家畜也未能幸免于难，纷纷死去。这次事件曾轰动一时，虽然日后类似这样的烟雾污染事件在世界很多地方都发生过，马斯河谷烟雾事件却是20世纪最早记录下的大气污染惨案。Foundedin18952、美国多诺拉烟雾事件1948年1O月26－31日，美国宾夕法尼亚州的一个小镇多诺拉持续的雾天使多诺拉镇看上去格外昏暗。气候潮湿寒冷，天空阴云密布，一丝风都没有，空气失去了上下的垂直移动，出现逆温现象。在这种死风状态下，工厂的烟囱却没有停止排放，就像要冲破凝住了的大气层一样，不停地喷吐着烟雾。Foundedin1895大气中的烟雾越来越厚重，工厂排出的大量烟雾被封闭在山谷中。空气中散发着刺鼻的二氧化硫气味，令人作呕。空气能见度极低。随之而来的是小镇中近6000人突然发病，症状为眼病、咽喉痛、流鼻涕、咳嗽、头痛、四肢乏倦、胸闷、呕吐、腹泻等，其中有17人很快死亡，大都原来就患有心脏病或呼吸系统疾病，情况和当年的马斯河谷事件相似。Foundedin1895多诺拉烟雾事件发生的主要原因，是由于多诺拉小镇上的工厂排放的含有二氧化硫等有毒有害物质的气体及金属微粒在气候反常的情况下聚集在山谷中积存不散，这些毒害物质附着在悬浮颗粒物上，严重污染了大气。人们在短时间内大量吸入这些有毒害的气体，引起各种症状，以致暴病成灾。Foundedin18953、伦敦烟雾事件1952年12月5－8日，地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心，一连几日无风，风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城，又值城市冬季大量燃煤，排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积不散，烟和湿气积聚在大气层中，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。汽车即便白天行驶也须打开车灯，行人走路都极为困难，只能沿着人行道摸索前行。Foundedin1895伦敦烟雾事件(1952)（市民点火把、车灯开启）Foundedin1895Foundedin1895由于大气中的污染物不断积蓄，许多人都感到呼吸困难，眼睛刺痛。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而一时爆满，伦敦城内到处都可以听到咳嗽声。仅仅4天时间，死亡人数达4000多人。当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡，52头严重中毒，其中14头奄奄待毙。2个月后，又有8O00多人陆续丧生。这就是骇人听闻的“伦敦烟雾事件”。Foundedin1895伦敦烟雾事件的两个主因：冬季取暖燃煤和工业排放的烟雾，外因是逆温层现象。燃煤产生的物质排放到大气中后，会附着在飘尘上，凝聚在雾气上，进入人的呼吸系统后会诱发支气管炎、肺炎、心脏病。当时持续几天的“逆温”现象，加上不断排放的烟雾，使伦敦上空大气中烟尘浓度比平时高10倍，二氧化硫的浓度是以往的6倍，整个伦敦城犹如一个令人窒息的毒气室一样Foundedin18954、美国洛杉机光化学烟雾事件洛杉矶在40年代就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢（CH）化合物，3O0多吨氮氧（NOx）化合物，700多吨CO。另外，还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放，这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空，不啻制造了一个毒烟雾工厂。Foundedin1895从40年代初开始，洛杉矾每年从夏