环境生物修复

1、复习题一、名词解释1、生物修复（Bioremediation）也称生物整治、生物补救，是指利用微生物、植物或动物，吸收、转化受污染场地（水体、土壤）中的有机污染物或其他污染物，去除其毒性，使受污染场地恢复生态功能的一种生物处理过程。 2、环境生物技术直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。3、膜污染 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过

2、流量与分离特性的不可逆变化现象。 4、稳定塘处理技术稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。其净化过程与自然水体的自净过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点稳定塘的分类常按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘和深度处理塘。5、植物促进 以植物忍耐、 分解或超量积累某种或某些化学元素的生

3、理功能为基础， 利用植物及其共存微生物体系来吸收、 降解、 挥发和富集环境中污染物的一项环境污染治理技术。 6、湿地处理系统湿地处理系统是利用湿地对污水进行处理的系统。一般所指的是人工湿地处理系统。人工湿地处理系统是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能，且可认为监督控制的废水处理系统，是一种集物理，化学，生化反应于一体的废水处理技术；一般由人工基制和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的土壤，植物，微生物综合生态系统。7、土壤异位生物修复是指将受污染土壤，沉积物移离原地，使之与降解菌接种物，营养物及支撑材料混合，集中起来进行生物降解。 8、污泥负荷污泥负荷（Ns）是指

4、单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量。污泥负荷在微生物代谢方面的含义就是F/M比值，单位kgCOD(BOD)/(kg污泥·d)。9、生物强化 是指通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的浓度，增强对难降解有机物的降解能力，提高其降解速率，并改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能10、生物冶金生物冶金，也叫微生物浸礦，通常指礦石的細菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物進行。這些微生物以礦石爲食，通過氧化穫取能量；這些礦石由於被氧化，從不溶於水變成可溶，人們就能夠從溶液中提取出礦物。生物冶金主要應用於溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶鑪渣等，以回收

5、某些貴重金屬和稀有金屬。11两阶段厌氧消化 两阶段厌氧消化过程被认为是由不产甲烷的发酵细菌和产甲烷的发酵细菌共同作用的两阶段过程。第一阶段常被称作酸性发酵阶段，即由发酵细菌把复杂的有机物水解和发酵（酸化）成低分子中间产物，如形成脂肪酸（挥发酸），醇类。CO2和H2等；因为在该阶段有大量脂肪酸产生，使发酵液的PH值降低，所以此阶段被称为酸性发酵阶段或产酸阶段。第二阶段常被称为碱性或甲烷发酵阶段，是由产甲烷细菌将第一阶段的一些发酵产物进一步转化为CH4和CO2的过程。由于有机酸在第二阶段不断被转化为CH4和CO2，同时系统中有NH4的存在，使发酵液的PH值不断上升，所以此阶段被称为碱性发酵阶段或者

6、产甲烷阶段。12颗粒污泥颗粒污泥是指UASB工艺中起净化污水作用的污泥颗粒13生物表面活性剂 生物表面活性剂主要是指微生物生长过程中在特定条件下所产生的具有表面活性的代谢产物，它是一种天然表面活性剂，一方面广泛分布于动植物等生命体内，另一方面微生物在其菌体外较大量的产生，积储。 14固体流态化固体流态化也叫流体化，可以强化流体和固体之间的相互作用，或使固体颗粒像流体一样用管道输送。流体流过固体颗粒层，当流速增加到一定程度时，气体对固体颗粒产生的作用与固体颗粒所受的其它外力相平衡，固体颗粒呈现类似流体状态，这种状态称为固体物料的流态化。15堆肥腐熟度 堆肥腐熟度是反映有机物降解和生物化学稳定度的

7、指标。腐熟度判定对堆肥工艺和堆肥产品的质量控制以及堆肥使用后对环境的影响都具有重要意义。 16、微生物固定化技术微生物固定化技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的新技术，即利用化学或物理方法将游离细胞(微生物)或酶定位于限定的空间区域内，并使其保持活性且能反复使用的技术。17、生物硝化反应 硝化反应是在供氧充足的条件下，水中的氨氮在亚硝化细菌的作用下被氧化成亚硝酸盐，再在硝化细菌的作用下进一步氧化成硝酸盐。反应式为NH4+2O2=(硝化菌)NO3-+H+H2O18、生物传感器生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识

8、别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。19、环境微生物制剂 是指从环境中分离出来的有益微生物（主要是细菌及真菌），经过人工纯化及富集培养之后，再利用专门的技术把它制成具有特殊用途的添加剂。 20、生物化工生物化工是生物学、化学、工程学等多学科组成的交叉学科，研究有生物体或生物活性物质参与的过程中的基本理论和工程技术。它是一级学科“化学工程与技术”中的一个重要分支和重点发展的二级学科，在生物技术产业化过程中起着关键作用。二、问答题1、

9、简述生物修复和生物处理的异同？生物修复与生物处理的异同之处在于：生物修复主要控制环境中的污染物，而生物处理则控制排放口污染物。生物处理是在精心设计的工程系统中进行，活性污泥法法处理的废水大部分为生活污水，比较容易降解。活性污泥法使处理的废水处于均匀混合状态，操作运行相对容易些。生物修复降解的化学品多是比较难降解的有毒化学品的复杂混合物，如燃油、杂酚油、工业溶剂的混合物。污染物的质量浓度从550g/L，可以相差10倍，有时还会有无机废物如金属的存在。进行生物降解的基体经常是多相的非均质的环境，污染物在土壤中可以与土壤颗粒结合，可以溶于土壤中，也可以存在于空气中，有时土壤中两点之间相差几厘米污染物

10、的含量就会有很大不同。由于生物修复的复杂性，它需要依靠工程学、生态学、地质学、土壤学和化学等多学科合作。2、生物修复技术和优缺点？生物修复技术有许多优点：生物修复可以现场进行，这样减少了运输费用和人类接触污染物的机会；生物修复经常以原位方式进行，这样可以使污染位点的干扰或破坏达到最小，可在难以处理的地方进行，在生物修复时，场地可以照常用于生产；降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复的30%50%。生物修复技术存在许多局限性：微生物不能降解污染环境中的所有污染物；生物修复要求对地点状况进行工程前的考察，往往费时、费钱；一些低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术；特定的微生物只降解特定的化合物

11、类型，化合物形态一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解；微生物活性受温度和其他环境条件的影响；有些情况下生物修复不能将污染物全部去除，因为当污染物浓度太低不足以维持一定数量的降解菌时，残余的污染物就会留在土壤中；如何开展对寒冷地区的污染土壤和海洋中的石油污染治理是生物修复尚待研究的重要课题。 3、简述生物修复三原则。适合的微生物，是指具有生理和代谢能力并能降解污染物的细菌和真菌。如果在反应器内处理高浓度有毒污染物，修复位点处有降解微生物存在。在多数情况下，则要加入外源微生物。适合的地点，是指要有污染物和合适的微生物相接处的地点。适合的环境条件，是指要控制或改变环境条件，使微生物的代谢和生长活动处

12、于最佳状态。4、MRB作为一种新的废水处理技术与其他处理技术相比优势明显，它有那些突出优点？请阐述。MBR作为一种新的废水处理技术它具有以下突出的有点： 1）固液分离率高。混合液中的微生物和废水中的悬浮物质以及蛋白质等大分子有机物不能透过膜，而与净化了的出水分开。 2）因为不用二沉池，该系统设备简单，占地空间小。 3）系统微生物质量浓度高、容积负荷高。由于不用二沉池，泥水分离率与污泥的V值无关。好氧和厌氧反应器中最大混合液悬浮固体（MLSS）质量浓度分别达到40g/L和43g/L ,远远高于传统的生物反应器。这是膜生物反应器去除率较传统生物处理技术高的重要原因。MLSS质量浓度的增大，其结果是

13、系统的容积负荷提高，使得反应器的小型化成为可能。 4）污泥停留时间长。传统生物技术中系统的水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）很难分别控制，由于使用了膜分离技术，该系统可在HRT很短而SRT很长的工况下运行，延长了废水中生物难降解的大分子有机物在反应器中的停留时间，最终达到去除目的。 5）污泥发生量少。由于系统的SRT长，对世代时间较长的硝化菌的生长繁殖有利，所以该系统还有一定的硝化功能。由于该系统的泥水分离率与污泥的SVI值无关，可以尽量减少生物反应器的F/M比，在限制基质条件下，反应器中的营养物质仅能维持微生物的生存，其比增长率与衰减系数相当，则剩余污泥量很少或零。 6）耐冲击负

14、荷。由于生物反应器中微生物浓度高，在负荷波动较大的情况下，系统的去除效果变化也不大，处理的水质稳定。 7）由于系统结构简单，容易操作管理和实现自动化。 8）出水水质好。由于膜的高分离率，出水中SS浓度低，大肠杆菌数少。由于膜表面形成了凝胶层，相当于第二层膜，它不仅能截留大分子物质而且还能截留尺寸比膜孔径小得多的病毒，出水中病毒数少。这种出水可直接再利用。5、膜生物反应器（MRB）处理废水，可采用哪些措施控制膜污染？（1）进水水质影响原因分析：浸没式平板膜元件一般情况下不能处理含油废水和含有机溶剂废水。油脂会附着在膜表面造成透水量降低；有机溶剂也会在膜表面发生相分离而侵蚀膜的机能层，进水中不得含

15、有高分子絮凝剂、环氧树脂涂料及离子交换树脂的溶出物，这些化学物质会在膜表面形成化学污染，造成膜通量的降低。采取措施：对进水水质的情况进行监测，如含有容易导致膜污染加剧或损坏的情况，应在采取预处理措施后方可进入膜生物反应器，否则，长期运行使用会使膜元件被有害杂质污染或堵塞。（2）曝气系统异常原因分析：膜生物反应器运行过程中，曝气产生的气泡的擦洗作用对防止膜污染非常重要，如曝气强度不足，会引起擦洗作用强度降低而加剧膜污染，而曝气强度不均也会导致局部污染加剧。此外，实践发现，对膜连续不间断地抽吸也会造成抽吸压力的快速升高。解决措施：正常运行时须保证不间断的曝气和间歇地抽吸，要控制合理的曝气强度和布气

16、的均匀性。此外，建议采用周期性间歇抽吸出水的方式减轻膜污染，抽吸周期宜抽吸8min,停抽2min。（3）活性污泥浓度过高或过低原因分析：过高或过低的污泥浓度会引起膜污染加剧和跨膜压差的上升，过高的污泥浓度将导致膜表面污泥的快速堆积，引起膜污染。解决措施：检测活性污泥并通过工艺控制调整至正常水平。（4）膜通量过高原因分析：在膜生物反应器设计中，应该根据采用的膜的材质和性能确定合理的设计膜通量，必要时要结合小试确定，过高的膜通量将导致膜污染加剧，使通量下降过快，影响膜系统的使用寿命。解决措施：降低抽吸量，通过试验确定合理的通量。6、AB活性污泥法中A段对B段的影响有哪些？从AB法中A段的作用机理分

17、析可知，A段具有高效和稳定的特点。因此，A段的存在是保证B段高效运行的关键。1） A段的存在可使B段的运行负荷减少40%70%，在给定的容积负荷下，活性污泥曝气池的容积可减少到原容积的45% 左右。2） 原污水的浓度变化在A段得到明显的缓冲，使B段只有较低的、稳定的污泥物负荷，污染物和有毒物质的冲击对B段的影响较小，从而保证了污水处理厂的净化效果。3） 由于A段对部分氮和有机物的去除，以及B段泥龄的加长，改善了B段硝化过程的工艺条件，硝化效果得以提高。当需要进行生物除磷时，为使B段除磷效果较好，当A段处于好氧状态运行时，而当A段处于缺氧运行时，会使A段出水中溶解性有机物浓度提高，中间沉淀池出水

18、中会含有一些低级脂肪酸，从而促进聚磷菌在B段厌氧段对磷的释放，提高B段的除磷效果。但应注意到，A段改为缺氧运行后，A段的除磷效果也会下降，此时应当认真权衡A段和B段的合理运行，以保证整个系统的除磷效率最佳。A段的BOD5去除率要加以控制，不宜过高，否则容易导致B段碳源不足，影响反硝化效果。一般来说，当要求A段有较高的BOD5去除率和除磷率时，应将溶解氧控制在较高的水平，通常不能低于1mgL。当进水中含有较多难降解有机物时，可根据具体情况适当降低DO值，使A段微生物处于缺氧状态，以提高A段出水的可生化性，为B段的高效去除提供基础。7、人工湿地单元的组成有哪些？底部的防渗层（土工布、黏土）、基质层

19、（各种填料、土壤和植物根系）、腐殖质层（湿地植物的落叶及微生物的尸体）、湿地植物层（水生、沼生与湿生植物）、动物和微生物层、水体层。(1)防渗层防渗层的主要作用与功能是阻止污水向地下水体的垂直渗透或向地表水体侧向渗透，避免污染地下水与地表水。这些对于某些可能造成地下水污染与地表水污染的工业废水来说十分重要。通常主要采用质地黏重的黄土层、高密度聚乙烯(HDPE)膜与土工布等防渗。此外，人工湿地底部的沉积污泥层，在厌氧状态下由微生物代谢作用产生的黏稠分泌物和形成的多糖可以形成天然的防渗层。对于处理雨水的人工湿地也可以不采用防渗层。(2)基质层透水性的基质层是人工湿地的核心部分。在表面流型人工湿地(

20、FWS)中，一般直接采用土壤和植物根系构成基质层。在潜流型人工湿地(SSF)中，一般采用砾石填料和土壤或砂构成基质层。基质层的作用在于为水生、沼生、湿生植物生长提供所需要的基质，为污水在其中渗流提供良好的水力条件，为微生物提供良好的生长载体。基质层的基质还可以吸附污染物。(3)腐殖质层腐殖质层中的主要物质是湿地植物的枯枝落叶、微生物和其他小动物的尸体。成熟的人工湿地可以形成很致密的腐殖质层。腐殖质层和植物的茎形成一个过滤带，不仅为微生物生长提供良好的载体，还可以很好地去除进水中的悬浮物。(4)植物层植物层由水生、沼生与湿生植物组成。它们是适合于在饱和水和基质中生长的植物。(5)动物与微生物人工

21、湿地表面还生活着无脊椎或脊椎动物、两栖类、爬行类、鸟类等动物，参与有机物的分解过程。在人工湿地植物淹没在水下的茎、枯枝落叶层、基质层中还发育大量的微生物，有助于降解有机污染物。(6)水体层在表面流型人工湿地中，水体在人工湿地表面流动的过程也是污染物进行生物降解的过程。水体层还具有重要的生态功能，为鱼、虾、蟹等水生动物和水禽提供了良好的栖息场所，不仅构成了生机盎然的水生生态系统，而且还美化了环境。在潜流型人工湿地中，水体在地下基质层流动，经过物理、化学与生物作用过程进行污染物处理。8、生物除磷原理？9、简述固体废物堆肥化的定义，并分析固体废物堆肥化的意义和作用。堆肥化是在人工控制下，在一定的水分

22、、C/N比和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。即是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地将促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物过程。固体废物堆肥化能够实现固体废弃物资源化利用。其作用为：（1）使土质松软，多孔隙，易耕作，改善土壤的物理性能，增加保水性、透水性及渗水性。 （2）有吸附阳离子的作用，有助于保住氮、钾、铵等以阳离子形态存在的肥料成分。腐殖质阳离子交换容量是普通粘土的几倍到几十倍。 （3）腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长。 （4）腐殖质有缓冲作用 当土壤中腐殖质

23、多时，肥料施得过多或过少，气象条件的稍微恶化，都不易损害土壤的性能。例如水分不足时，腐殖质多可起到类似于缓冲器的作用，防止植物枯萎。 （5）堆肥是缓效性肥料 堆肥中的氮肥几乎都以蛋白质的形态存在，当施到田里时，蛋白质经氮微生物分解成氨氮，在旱地里部分变成硝酸盐氮，两者都是能被吸收的。施用堆肥不会出现施化肥那样短暂有效或施肥过头的情况，由于经过上述过程缓慢持久地起作用，故不致对农作物产生损害。 （6）腐殖质中某种成分由螯合作用，和酸性土壤中含量较多的活性铝结合后，使其半数变成活性物质，因而能抑制活性铝和磷酸结合的有害作用。 （7）堆肥是二氧化碳的供给源&#

24、160; 如与外界空气隔绝的密封罩内二氧化碳浓度低，当大量施用堆肥后，罩内较高的温度可促使堆肥分解放出的二氧化碳。 总之，堆肥中的腐殖质能改善土壤的物理、化学、生物性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。堆肥的用途很广，既可以用作农田、绿地果园、苗圃、畜牧场、庭院绿化、风景区绿化等的种植肥料，也可以做过滤材料、隔音板机制作纤维板等。10、试画出A2/O法的工艺流程图，并结合脱氮除磷的基本原理说明各阶段的生物学过程及功能。工艺存在的问题及改进方法。b.存在问题 (1）厌氧区居前，回流污泥中带有大量的硝酸根，破坏厌氧环境，对厌氧区聚磷菌厌氧释磷不利； (2)缺氧区处于系统

25、中间，反硝化脱氮C源供给不足，使系统脱氮受限； (3由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际中只有一部分经历了完整的释P、吸P过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧进入好氧区，这对系统除P不利。11、第二代厌氧反应器的优点和不足是什么？12、简述污水（或污泥）厌氧消化的主要影响因素。1、温度温度适宜时.细菌发育正常，有机物分解完全，产气量高。根据操作温度的不同，可将厌氧消化分为：低温消化：可不控制消化温度(30);中温消化：30-35;高温消化：50-56。实际上，在0-56的范围内，产甲烷菌并没有特定的温度限制，然而在一定温度范围内被驯化以后，温度稍存升降(±2)，都

26、可严重影响甲烷消化作用，尤其是高温消化，对温度变化更为敏感。因此，在厌氧消化操作运行过程中，应尽量保持温度不变。2、污泥投配率投配率系指每月加入消化池的新鲜污泥体积与消化池体积的比率，以百分煎计。根据经验.中温消化的新鲜污泥投配率以6%-8%为宜。在设计时，新鲜污泥投配率可在5%-12%之间选用。若要求产气量多，采用下限值;若以处理污泥为主.则可采用上限值。一般来说，投配率大，则有机物分解程度减少，产气量下降，所需消化池容积小;反之，则产气量增加.所需消化池容积大。3、营养与碳氮比消化池的营养由投配污泥供给，营养配比中最重要的是C/N比。C/N比太高，细菌氮量不足，消化液缓冲能力降低，pH值容

27、易下降;C/N比太低，含氮量过多，pH值可能上升到8.0以上，脂肪酸的铵盐发生积累，使有机物分解受到抑制。据研究，对于污泥消化处理来说， C/N比以(10-20)：l较合适，因此，初沉池污泥的消化较好，剩余活性污泥C/N比约为5：1，所以不宜单独进行消化处理。4、搅拌搅拌操作可以使鲜污泥与熟污泥均匀接触，加强热传导，均匀地供给细菌以养料，打碎液面上的浮渣层，提高消化池的负荷。20世纪40年代的消化池设有搅拌设施，称标准消化池，其消化时间长，需30-60d。有搅拌设备的消化池消化时间为l0-15d。5、酸碱度酸碱度影响消化系统的pH值和消化液的缓冲能力，因此消化系统中有一定的碱度要求。若碱度不足

28、，可投加石灰、无水氨或碳酸铵进行调节。但大量投加石灰，常使碱度偏高，泥量增加，应尽量合理利用。甲烷菌的最佳pH值为7.0-7.5。6、有毒物质含量有毒物质主耍包括重金属、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、表面活性剂以及SO42-、NO2-、NO3-等。重金属离子能与酶及蛋白质结合，产生变性物质，对酶有混凝沉淀作用;多种金属离子共存时，对甲烷细菌的毒性有互相对抗作用;NH4+的毒性主要是C/N比起作用;表面活性剂ABS(硬性洗涤剂)允许质量浓度为400-700mg/L，软性洗涤剂LAS允许浓度可更高些。阴离子的抑制作用主要来自SO42-和NO3-。因硫酸还原和NO3-反硝化都在厌氧条件

29、下进行，且都是微生物的作用过程，反硝化菌和硫酸还原菌与产甲烷菌相比有争夺电子供体的优势，所以厌氧消化产气中可能有H2S和N2存在。当消化池中SO42-(5000mg/L)和NO3-(COD/NO3-N4.1)浓度过高时，会对产甲烷过程产生抑制作用。13、植物对土壤中重金属污染环境进行原位修复的特点和优势？与传统的污染土壤修复技术相比，植物修复有如下优点：（1）植物修复的成本低。（2）植物修复不会破坏土壤的生态环境，可以增加土壤的有机质含量和提高土壤的肥力，并激发微生物的活动。（3）集中处理的收获物，可有效避免二次污染，还可以从富含重金属的植物残体中回收贵重金属获得直接的经济效益。（4）原位处理

30、土壤污染，对环境扰动少，避免对土壤结构的破坏。植物修复还有助于固定土壤，可以控制风蚀、水蚀等。尽管如此，植物修复也有其局限性，主要表现在：（1）目前大部分超积累植物个体矮小、生长缓慢，生物量小，修复速度慢，不易于大规模商业运用。（2）大多数超积累植物只能积累某种重金属，而土壤污染大多是重金属的复合污染。（3）植物修复受到土壤类型、温度、湿度、营养等环境条件限制。14、生物催化的优缺点？生物催化是用生物催化剂来对底物进行催化反应，生物催化剂通常是完整细胞或酶。 1）优点：作用条件温和，基本上在常温、中性、水等环境中完成； 独特、高效的底物选择性（因为催化过程中的酶具有专一性的特点，即一种酶只能催化一种特定的底物发生反应，但是一种底物则可能被多种酶催化）； 对于手性活性药物成分的合成具有独特的优