环境生物技术复习desg.docx
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1、生物技术术:以现现代生命命科学为为基础,结结合先进进的工程程技术手手段及其其他基础础学科的的科学原原理,按按照预先先的设计计改造生生物体或或加工生生物原料料,为人人类生产产出所需需产品或或达到某某种目的的。环境生物物技术:应用于于环境领领域的生生物技术术生物技术术基本特特征:高高效益,高高智力,高高投入,高高竞争,高高风险,高高势能环境生物物技术三三个层次次高层次次是指以以基因工工程为主主导的近近现代污污染防治治生物技技术;中中层次是是指传统统的废物物生物处处理技术术(如废废水处理理中的活活性污泥泥法、生生物膜法法等);低层次次是指利利用天然然处理系系统进行行废物处处理的技技术(如如氧化塘塘、
2、人工工湿地、土土地处理理系统、农农业生态态工程等等)。环境生物物技术的的技术组组成:环境污污染治理理基因工工程技术术;环境境污染生生物治理理技术;环境污污染生物物修复技技术;环环境污染染预防生生物技术术;环境境生物监监测技术术;环境境生物资资源化技技术环境生物物技术在在环境中中的应用用:环境生物物技术研研究内容容可分为为三个部部分:一一,以基基因工程程为主导导的近代代防治污污染生物物技术;二,以废废物的生生物处理理为注意意内容;三,主要要包括氧氧化塘、人人工湿地地和农药药生态工工程等。生物氧化化的方式式:1.有氧氧氧化:在在有氧条条件下,好好气生物物或兼性性生物吸吸收空气气中的氧氧作为电电子受
3、体体,可将将有机物物基质完完全氧化化分解。22.无氧氧氧化:在无氧氧条件下下,兼性性生物或或厌气生生物能利利用细胞胞中的氧氧化型物物质作为为电子受受体,将将燃料分分子氧化化分解。33.无氧氧呼吸:以无机机物分子子作为氢氢受体。44.厌氧氧发酵:以有机机物作为为最终氢氢受体。有机污染物代谢的基本过程包括:向基质接近、吸附在固体基质上、胞外酶的分泌、基质的跨膜运输、细胞内代谢。自然界中中生物有有机物分分解的代代谢途径径1, 好氧降解解:多糖类-单糖类类 |脂肪类-甘油+脂肪酸酸类 |-丙丙酮酸-氧化脱脱羧-乙酰-CoAA-三羧羧酸循环环-COO2+HH20蛋白质类类-氨基基酸类 |木质素-芳香族族
4、单体 |2.厌氧氧降解第一阶段段:水解解发酵阶阶段:多糖-(水水解)-单糖-(糖酵酵解)-乙醇和和脂肪酸酸蛋白质-(水解解)氨基基酸-(脱氨基基)-脂脂肪酸和和氨第二阶段段:产氢氢、产乙乙酸阶段段,由产产氢产乙乙酸细菌菌将丙酸酸、丁酸酸等脂肪肪酸和乙乙醇等转转化为乙乙酸、HH2和CCO2。第三阶段段:产甲甲烷阶段段,由产产甲烷细细菌利用用乙酸、HH2和CCO2,产产生甲烷烷。共代谢只只有在初初级能源源物质存存在时才才能进行行的有机机化合物物的生物物降解过过程共代谢的的原理:一种污污染物可可以被微微生物转转化为另另一种有有机物,但但它们却却不能被被微生物物所利用用共代谢应应用:在在搞清微微生物降
5、降解环境境污染物物的能力力和途径径的基础础上 ,应用现现代基因因工程技技术 ,扩展微微生物酶酶对基质质的专一一性和代代谢途径径 ,更更有效地地处理和和降解各各种污染染物 ,更好地地保护环环境判断共代代谢作用用:是否否是外生生物质或或异生物物质,是是否需要要添加其其他物质质才可被被微生物物降解微生物对对污染物物的去毒毒与激活活作用去毒:是是使污染染物的分分子结构构发生改改变(钝钝化反应应),从从而降低低或去除除其对敏敏感物种种的有害害性。去去毒形式式:水解解作用,羟羟基化作作用,脱脱卤作用用。甲基基化作用用,去甲甲基与去去烷基作作用,腈腈转化为为酰胺,硝硝基还原原,去氨氨基,醚醚键断裂裂,轭合合
6、作用。激活:是是无害的的前体物物质形成成有害产产物的过过程,也也就是,微微生物群群落可以以产生新新的环境境污染物物。激活活作用的的类型:典型激激活,使使毒性、迁迁移率、持持久性增增强;缓缓解:A(无无毒)激激活为BB(有毒毒)或缓缓解为CC(无毒毒)。有机污染染物的生生物降解解原则一一般来说说,具有有易失去去电子的的取代基基(如-OH、-COOOH、-NH22)的芳芳香族化化合物要要比具有有易坏的的电子的的取代基基(如-NO22、-SSO3HH、卤代代烃的芳芳香)更更易氧化化代谢。各各种有机机化合物物的降解解性能:脂肪酸酸有机磷磷酸盐长链苯苯氧基脂脂肪酸短链苯苯氧基脂脂肪酸单基取取代苯氧氧基脂
7、肪肪酸三基取取代苯氧氧基脂肪肪酸硝基苯苯氯代烃烃类重金属污污染危害害:1毒毒性效应应2转转化为毒毒性更强强的金属属化合物物。3在介质质间转移移,对其其他介质质中的生生物造成成伤害。44从不不同器官官进入生生物,发发生选择择性和非非选择性性积累,造造成相应应的损害害。5经过食食物链的的逐级放放大,在在较高的的生物体体内富集集。重金属污污染的生生物处理理原理和和机制11)转化化机制降低低其在环环境中的的转移性性和生物物利用性性2)吸吸附机制制取决决生物吸吸附剂本本身的特特性;金金属对生生物体的的亲和性性3)絮絮凝机制制(一一)微生生物菌体体对重金金属的吸吸附(二二)微生生物对重重金属的的溶解(三三
8、)微生生物对重重金属的的氧化还还原 (四)微微生物对对重金属属-有机机络合物物的生物物降解固定化技技术包括括固定化化酶技术术与固定定化微生生物技术术。是用用化学或或物理手手段将游游离酶或或游离微微生物定定位于限限定的空空间区域域,以提提高微生生物细胞胞的浓度度,使其其保持较较高的生生物活性性并反复复利用的的方法。细胞固定定化技术术方法:吸附法法、包埋埋法、交交联法、载载体截留留法固定化酶酶的优点点:1)易易于提纯纯2)可可重复利利用3)可以提提高产物物的产量量4)有有一定的的机械强强度,便便与机械械化和自自动化55)廉价价缺点:11)酶的的活力难难免损失失 2)底底物要求求是水溶溶性 3)要要
9、有辅助助因子固固定化细细胞的优优点:节省了了酶的分分离成本本;可再再生;多多酶体系系可以催催化多步步反应;稳定性性好, 耐耐环境冲冲击缺缺点:必必须保持持细胞的的完整性性;必须须抑制胞胞内蛋白白酶的作作用;多多酶体系系影响产产物浓度度。固定定化生物物技术应应用a固定化化技术在在水处理理中的应应用:1,有有毒有害害物质的的降解22,避免免生物量量流失,延延长生物物在反应应器中停停留的时时间3,创创造微环环境,提提高脱氮氮效果44,减少少剩余污污泥产量量。b 固定化化技术在在土壤污污染物的的去除中中的应用用:最大限限度克服服土壤环环境变化化及不确确定性给给处理生生物带来来的冲击击,可延延长生物物在
10、土壤壤中的存存活时间间。固定化生生物膜法法:是指使使废水流流过生长长在固定定支承物物表面上上的生物物膜,利利用生物物氧化作作用和各各相间的的物质交交换,降降解废水水中有机机污染物物的方法法。载体选择择的基本本原则:1)无毒毒性或抑抑制性 2)足足够的机机械强度度 3)优优良的稳稳定性 4)良良好的表表面带电电特性 5)优优越的物物理性状状固定化生生物膜技技术方法法生物滤滤池生物物转盘接接触氧化化法生物物流化床床微孔膜膜反应器器五大类类。生物膜形形成的机机理:11,废水水中有机机分子向向生物膜膜附着生生长的载载体表面面输送;2,废废水中的的浮游微微生物细细胞在载载体表面面的不可可逆吸附附;3,生
11、生长在生生物膜内内部的微微生物对对废水中中营养物物质的利利用与氧氧化分解解。固定化生生物膜技技术特点点:1微微生物多多样性高高2生物物膜各段段的微生生物类群群不同33生物膜膜中的食食物链较较长4具具有较高高的脱氮氮能力55单位处处理能力力大6系系统维护护方便77系统运运行稳定定活性污泥泥:是由由细菌、原原生动物物等微生生物与悬悬浮物质质、胶体体物质混混杂在一一起形成成的具有有很 强吸附附分解有有机物能能力的絮絮状体颗颗粒。好氧活性性污泥的的生物相相:以细菌菌为主,还还有酵母母菌,霉霉菌,放放线菌,原原生动物物和某些些微型后后生动物物等多种种微生物物。运行正正常的污污水处理理设施的的活性污污泥生
12、物物相絮粒粒以菌胶胶团细菌菌为骨架架,穿插插生长一一些丝状状菌,但但丝状菌菌数量远远少于菌菌胶团细细菌,未未见游离离细菌、微微型动物物以固着着类纤毛毛虫为主主,如钟钟虫、盖盖纤虫、累累枝虫等等;还可可见到木木盾纤虫虫在絮粒粒上爬动动,偶尔尔还可看看到少量量的游动动纤毛虫虫等,轮轮虫生长长活跃。活性污泥泥菌胶团团的净化化反应原原理:有有机物在在各种微微生物的的作用下下,通过过生化反反应转变变成二氧氧化碳和和细胞质质。活性污泥泥法反应应动力学学可以定定量或半半定量地地揭示系系统内有有机物降降解、污污泥增长长、耗氧氧等作用用与各项项设计参参数、运运行参数数以及环环境因素素之间的的关系。主要包括: 基
13、质降解的动力学,涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系; 微生物增长动力学,涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系; 还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。活性污泥泥特点:强的吸吸附能力力;强的的降解和和氧化有有机物能能力;食食物链长长;沉降降性能好好活性污泥泥净化反反应的影影响因素素微生物物的活性性程度,废水的的性质,特征,反应器器的类型型。活性污泥泥的基本本流程污泥膨胀胀的原因因及对策策丝状菌污污泥膨胀胀的原因因1 进进水1)原原水中营营养物质质含量不不足。22)原水水中碳水水化合物物和可溶溶性物质质含量高高。3)硫硫化物含含量高44)进水水波动
14、。2 反反应器环环境(11)温度度。(22)溶解解氧。(33)pHH值。(44)BOOD污污泥负荷荷。控制制方法11 投加加药剂法法 1投加加氧化剂剂如Cl22或漂白白粉 ,投加加H2OO2 ,O33 。22投加凝凝聚剂22 改善善环境法法控制污污泥膨胀胀。如1 增增设生物物选择器器。我们可可在曝气气池之前前设一个个小池,局局部地提提高F/M值,或或把曝气气池前端端设置成成高负荷荷接触区区,选择择性地培培养菌胶胶团细菌菌,使其其成为优优势菌种种。2 采用SSBR工工艺3 回流污污泥再生生法非丝状菌菌污泥膨膨胀的原原因1 进水中中含有毒毒物质。2 营营养物质质缺乏或或不平衡衡控制方方法1投加充充
15、足的氮氮源和磷磷源,并并适当提提高污泥泥负荷。2投加酶也可以控制污泥膨胀的发生。厌氧活性性污泥法法处理优优点:11)厌氧氧废水处处理技术术成本低低、经济济性好。 2)厌厌氧处理理耗能少少,产能能大3)产泥量量少,剩剩余污泥泥脱水性性能好44)厌氧氧废水处处理负荷荷高、占占地少,反反应体积积小5)可以以处理高高浓度有有机废水水6)对对营养物物的需求求量少 7)厌厌氧方法法的菌种种沉降性性能好,生生物活性性保存期期长8)设备简简单、易易于操作作影响因素素: 11)温度度:嗜冷冷微生物物(520);嗜嗜温微生生物(220442);嗜嗜热微生生物(442775)2)PPH:适适宜PHH范围为为6.55
16、7.8 33)氧化化还原电电位4)营养物物质与微微量元素素(BOOD:NN:P=1000:6:1)55)有毒毒物质 厌氧处理理过程的的四个阶阶段:11)水解解阶段 :复杂杂的非溶溶解性聚聚合物转转化为建建大的溶溶解性单单体或二二聚体的的过程。如如淀粉在在水体中中被水解解为葡萄萄糖,蛋蛋白质被被水解为为二肽或或氨基酸酸等。)发酵酵或酸化化阶段 :水解解过程产产生的小小分子化化合物在在发酵细细菌(即即酸化菌菌)的细细胞内转转化为更更为简单单的化合合物并分分泌到胞胞外。以以此同时时,酸化化菌液利利用部分分物质合合成新的的细胞物物质。主主要产物物有挥发发性脂肪肪酸、醇醇类、乳乳酸、二二氧化碳碳、氢气气
17、、氨、硫硫化氢等等。3)产产乙酸阶阶段 :酸化产产物被进进一步转转化为乙乙酸、氢氢气、碳碳酸及新新的细胞胞物质。44)产甲甲烷阶段段:乙酸酸、氢气气、碳酸酸、甲酸酸和甲醇醇等被转转化为甲甲烷、二二氧化碳碳和新的的细胞物物质。水中氮、磷磷的危害害:水中中大量含含氮磷会会使藻类类大量繁繁殖,水水体缺氧氧产生毒毒素,水水质恶化化,对生生物产生生危害。生物脱氮氮作用:废水中中氨的存存在状态态4种:有机氮氮、氨氮氮、亚硝硝酸氮盐盐、硝酸酸氮盐氨化作作用:作作用微生生物很多多,除细细菌外还还有各种种霉菌,作作用包括括蛋白质质分解、硝硝酸分解解、其他他含氮物物质分解解。硝化作作用第一一步:NNH4+转化成成
18、NO22-,主主要的亚亚硝化菌菌有亚硝硝化单胞胞菌;第第二步:NO22-转化化成NOO3-,主主要有硝硝化杆菌菌。反硝化化作用:将NOO2-或或NO33-转化化为N22或N22O,异异养的兼兼性厌氧氧细菌以以有机物物作为电电子供体体,进行行厌氧呼呼吸。生物除磷磷原理生生物除磷磷就是利利用聚磷磷菌一类类的细菌菌,过量量地、超超出其生生理需要要地从外外部摄取取磷,并并将其以以聚合形形态储藏藏在体内内,形成成高磷污污泥,排排出系统统,达到到从废水水中除磷磷的效果果。聚磷菌的的作用机机理:厌厌氧放磷磷,好氧氧聚磷厌氧条条件下,聚聚磷菌将将胞内有有机磷转转化成无无机磷释释放,利利用产生生的能量量提取废废
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