污染控制微生物学的应用112

11.污染控制微生物学的应用11.1在污水处理中的应用11.2在大气污染治理中的应用11.3在固体垃圾处理中的应用11.4土壤的生物修复技术11.5作业11.2在大气污染治理中的应用11.2.1综述12.2.2主要工艺技术11.2.1综述（P404）废气的处理方法有物理法、化学方法和生物净化法。由于废气的微生物处理具有设备简单、能耗低、不消耗有用的原料、安全可靠、无二次污染等优点，在当代受到了高度重视，发展迅速。目前，微生物主要用来处理污染大气中的有机污染物，特别是脱除臭味。如乙醇、硫醇、硫醚、酚、甲酚、吲哚、噻妥衍生物、脂肪酸、乙醛、酮、二硫化碳、二氧化硫、氨和胺等，都可以通过微生物进行处理。通常某类微生物特别适合于某种污染物的处理，所以用于特种废气处理的微生物一般均需经过驯化。11.2.2主要工艺技术废气的微生物处理的主要方法可分为生物吸收法、生物洗涤法、生物滴滤法和生物过滤法等。（1）生物吸收法P404（2）微生物洗涤工艺P405类似于微生物吸收处理；吸收液是含有大量微生物；通过水的溶解作用和微生物的吸附代谢作用，净化废气；吸收液可由废水生物处理工艺的剩余污泥配制。（3）生物滴虑工艺P405（4）微生物过滤工艺405-40711.3在固体垃圾处理中的应用请同学们课后自学P408-410的相关内容11.4土壤的生物修复技术本章作为选学内容，给同学们安排一个小专题讲座。1生物修复技术概述2生物修复的基本原理及常用技术3生物修复效果的影响因素及对策4生物修复技术在污染土壤治理中的应用5生物修复技术发展的趋势预测1生物修复技术概述化学污染物经多种途径进入土壤系统，造成土壤严重污染的同时对地下水与地表水造成次生污染。如大量施用化肥、农药、工业废水不断侵袭农田及有毒有害污染物的事故性排放；固体废弃物，特别是有毒有害固体废物的填埋所引起有毒物质泄漏。污染物可通过饮用水或通过土壤-植物系统，经由食物链进入人体，直接危及人类健康。因此，修复已被污染的土壤，地下水及海洋，保障人类健康，以实现经济社会的可持续发展，已引起各国政府及环境科学家的广泛关注。早在50年代末和60年代初Cornell大学任教的MartinaLexander与他的学生就针对《寂静的春天》出版后人们对环境中农药的污染和残毒问题的关注而展开了农药在土壤中可降解性的研究。70年代污染物可降解性和分解程度方面的研究有了相当大的提高。70年代以来还发现许多具有特殊降解能力的细菌，这些细菌的降解能力由质粒控制。到目前为止，已发现自然界所含的降解性质粒多达30余种，从而使人们可采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。90年代，一些学者发现自然界中的许多植物种类也有不同程度的净化作用，但这一过程不同于微生物的作用。它们多以富集为主，而不是对污染物降解，这一过程称为植物修复。目前，结合植物修复和微生物修复的菌根根际修复技术日益引起人们的注意。1.1生物修复的定义关于生物修复(Bioremediation）的内涵，目前还没有统一的认识。可从狭义和广义两个层面去理解生物修复的涵义。（1）狭义的定义：利用土著的、引入的微生物和微生物及其代谢过程，或其产物进行的消除或富集有毒有害物质的生物学过程。但在实际的修复过程中不仅仅利用微生物，还包括很多种植物，如对一些受重金属污染的土壤修复。（2）广义的定义：利用特定的生物（植物、微生物、原生动物等）吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。1.2生物修复的优点（1）污染物在原地被降解清除（2）修复时间较短（3）操作简便，对周围环境干扰小（4）较少的修复经费：仅为传统化学，物理修复经费的30%-50%（5）人类直接暴露在污染物下的机会减少（6）不产生二次污染，遗留问题少2生物修复的基本原理及常用技术2.1基本原理利用自然环境中生息的微生物或投加的特定微生物，在人为促进工程化条件下，分解污染物，达到修复受污染环境的目的。用于生物修复的微生物有土著微生物，外来微生物和基因工程菌。2.2土壤生物修复技术（1）生物修复技术分为原位生物修复和异位生物修复（2）原位生物修复：指污染土壤或水体不经搬动或输运，进行原位处理。最早的原位生物修复研究出现在1975年对汽油泄露的处理，Raymond通过注入空气和营养成分使地下水的含油量降低，并由此取得了专利。（3）异位生物修复：对污染的土壤或水体进行异地处理后，在返还到原位。土壤生物修复土地处理生物通风及生物喷雾法植物修复（光修复）投菌法生物培养法农耕法生物反应器法土壤（生物）堆积堆肥式处理特制生物床反应器泥浆反应器固定化膜与固定化细胞反应器生物过滤反应器厌氧反应器原位修复异位修复（1）生物通风法生物通风，是一种强迫氧化的生物降解方法，在土壤含水层之上即不饱和层至少打2口井，安装鼓风机和抽真空机，将空气强排入土壤中，然后抽出，土壤中的挥发性有机毒物也随机去除，同时，空气也为好氧微生物提供了最终电子受体。（2）特制生物床反应器(预制床法)在不泄漏的平台上,铺上石子与砂子，将遭受污染的土壤以15cm-30cm的厚度平铺其上，并加入营养液和水，必要时加入表面活化剂,定期翻动充氧，以满足土壤中微生物生长的需要。处理过程中流出的渗滤液，回灌于该土层上，以便彻底清除污染物。（3）泥浆反应器土壤泥浆反应器是在一个反应器中，将受污染的土壤与2～5倍的水混合，使其成为泥浆状，同时加入营养物或接种物，在供氧条件下剧烈搅拌，进行处理。操作关键是其混合程度。另外，为提高疏水性有机污染物在泥浆水相中的浓度还可以添加表面活性剂。泥浆反应器是最灵活的一种，它增强了营养物、电子受体和其它添加物的效力,因而能够达到最高的降解率和降解效率。（4）生物过滤反应器生物过滤，是指微生物生长在固定载体上，含污染物的气流则通过该固态载体，由微生物将污染物降解的方法。在德国，荷兰，日本及其他一些国家用的普遍。（5）固定膜生物反应器固定膜生物反应器是一种装有固定填料的反应器,土壤加入反应器后在进水的冲带下截留在填料表面。土壤微生物从反应器内水中获得足够的营养物质、氧和碳源,将土壤中污染物降解,而微生物先在土壤颗粒生长,后在固体填料表面形成生物膜。这种固定膜生物反应器的微生物停留时间长,不易流失,因而运行管理方便,冲击负荷对其影响小,反应器各种不同种群微生物自然分层固定,保持高活性。3生物修复效果的影响因素及对策污染环境的生物修复受到各种环境条件的影响和限制，探讨生物修复技术的限制影响因子，进而提出合理适用的解决方案，是生物修复技术广泛用于实际工程领域的迫切要求。相关内容请参考教材P364-3694生物修复技术在受污染土壤治理中的应用土壤环境一旦遭受破坏便难于治理，其危害是深远的。随着人类农业、工业活动的加强，大量施用化肥、农药以及工业废弃物的排放，使得许多有毒有害的有机化学污染物进入土壤系统，同时对地下水及地表水造成二次污染。污染物可通过饮用水或土壤植物系统，经由食物链进入人体，直接危及人类健康。由于受人为活动和土壤利用不当的影响，我国土壤与环境问题日趋突出。4.1重金属污染土壤的生物修复土壤污染中，重金属是比较突出的。这是由于重金属不能被微生物分解，而且能被土壤胶体所吸附，被微生物所富集，有时甚至能转化为毒性更强的物质。土壤一旦被重金属污染，就很难彻底消除。重金属污染土壤修复方法：污染土壤的生物修复方法可分为微生物修复和植物修复。对于某些重金属污染的土壤，可以利用微生物来降低重金属的毒性。研究表明，细菌产生的特殊酶能还原重金属，且对Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb和Cu等有亲合力。植物具有生物量大且易于后处理的优势，人们想到了利用植物对金属污染位点进行修复。4.2农药污染的土壤生物修复农药对土壤的污染与施用农药的理化性质、农药在土壤环境中的行为及施药地区自然环境条件密切相关。农药的理化性质是农药对土壤污染的重要因素之一。进入土壤中的农药通过吸附与解吸、径流与淋溶、挥发与扩散等过程，可从土壤中转移和消失，但往往会造成生态环境的二次污染。能够彻底消除农药土壤污染的途径是农药的降解，包括土壤生物降解和土壤化学降解。根际微生物在降解过程中起重要作用，其种类非常丰富。研究表明，每克根际土中约含1×109个细菌，1×107个放线菌，1×106个真菌，1×103个原生动物及1×103个藻类。但农药对微生物活性有较强的抑制作用，这影响了它的可生化性。研究发现农药对土壤中的硝化细菌、根瘤菌和根际微生物的影响较大，对土壤微生物的呼吸作用有明显影响。当土壤用常规用量的碘苯氰、2-甲氯丙酸、茅草枯及阿米酚处理时，8小时后二氧化碳的生成量就降低了20%-30%。5.修复技术发展的趋势预测（一）原位生物修复的独特优势（1）效果显著（2）成本相对低廉（3）施后现场的降解生物群活性通常可保持几年以上,使生物修复具有持续效果，因而具有较好的应用前景，尤其适用于我国国情，是今后的一个发展趋势。（二）通过各种工程手段增强自然界中已有但速度缓慢的生物降解过程，尤其是构建基因工程菌。近年来出现了不少利用基因工程菌来降解石油产品污染物的研究报道。现阶段这一工作在实验室中已获得重大突破。然而法律、社会的压力阻碍了基因工程菌的实际应用。尽管如此,基因技术作为21世纪最具前途的技术之一,必将广泛应用于土壤和地下水原位生物修复。（三）各类生物反应器的开发和应用为增加污染物与微生物的接触机会，创造最佳生物代谢反应条件，促进微生物快速转化，开发各类生物反应器是生物修复技术广谱应用的前提条件。（四）厌氧技术的应用目前几乎所有实际的生物修复都采用好氧的方法，这种对厌氧微生物的忽视是一个失误，现在已经清楚许多好氧菌不能降解的化合物可以被厌氧菌催化降解。随着厌氧微生物研究的日益深入，将其应用于生物修复领域将成为可能。（五）利用计算机作为辅助工具来设计最佳的修复环境，预测微生物的生长动态和污染物降解的动力学。（六）将部分注意力转移到植物系统上，希望通过植物根际环境改善微生物的栖息环境，从而加强其生长代谢来促进污染系统的原位修复。《污染环境的生物修复》沈德中编著化学工业出版社11.5作业P391思考题：1、2、3、4P410思考题：2、3、4、5、6水的卫生细菌学任南琪教授哈尔滨工业大学市政环境工程学院主要内容1.水中的病原微生物2.大肠菌群和生活饮用水的细菌标准3.水的卫生细菌学检验4.水中的病毒及其检验5.饮用水的消毒技术6.作业1.水中的病原微生物1.1水中细菌及病原微生物群落的分布1.2水中的病原细菌1.1水中细菌及病原微生物群落的分布1.1.1水中微生物的来源请思考并回答水中所含微生物来源于空气、土壤、污水、垃圾、死的动植物等，所以水中微生物种类是多种多样进入水体中的病原微生物大多来自人或动物的排泄物，或死于传染病的人或动物，如伤寒杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌、钩端螺旋体、甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等。病原微生物进入水环境的途径主要有医院污水、家庭污水及城市街道排水等。1.1.2水体中微生物的一般分布规律一般来说，在远离工厂和居民区的清洁河、湖中，细菌的种类主要包括通常生活在清洁水中和土壤中的细菌；而在工业区或城市附近，河水受到污染，不但含有大量腐生细菌，还可能含有病原细菌。河水下游离城镇愈远，受清洁支流冲淡和生化自净作用的影响越大，细菌数目呈逐渐下降趋势。对于地下水，由于地层的渗滤作用和缺少有机物质，其中所含细菌量远远少于地面水，深层的地下水甚至会没有细菌。1.2水中的病原细菌进入水体中的病原微生物大多来自人或动物的排泄物，或死于传染病的人或动物，如伤寒杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌、钩端螺旋体、甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等。病原微生物进入水环境的途径主要有医院污水、家庭污水及城市街道排水等，当它们进入水体后，则以水作为它们生存和传播的媒介。水中细菌虽然很多，但大部分都不是病原微生物。经水传播的疾病主要是肠道传染病，如伤寒、痢疾、霍乱以及马鼻疽、钩端螺旋体病、肠炎等。1.2.1伤寒杆