第六章 生命科学导论的环境生物技术课件

6.1环境生物技术6.2水污染物的生物处理技术6.3大气污染物的生物处理技术6.4固体废弃物的生物处理与处置技术6.5生物修复技术6生命科学与环境技术第六章生命科学导论的环境生物技术环境状况第六章生命科学导论的环境生物技术环境状况第六章生命科学导论的环境生物技术环境状况第六章生命科学导论的环境生物技术环境状况实例1大气：贵阳、重庆、北京、兰州等5个城市位于世界十大空气污染最严重的城市之列，全国600多个城市中，大气质量符合国家一级标准的不足1％。2水：全国每年污水排放达360亿吨，仅10％的生活污水和70％的工业废水得到处理，其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。3固体废弃物：城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨，占地超过5万公顷，使200多个城市陷入垃圾包围之中。第六章生命科学导论的环境生物技术基本依据：生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。生物技术的特点：速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和、无二次污染。6.1环境生物技术环境污染物（Environmentalpollutants）主要是指人们在生产生活过程中，排入大气、水域和土壤内，并引起环境污染，对人和环境有不利影响的物质。

第六章生命科学导论的环境生物技术环境生物技术的优势1最终产物无毒无害2有机废物资源化的首选技术3投资省、费用少、消耗低4有利于实现清洁生产的目标5处理粗放6可生产环境友好材料

第六章生命科学导论的环境生物技术国际环境生物技术学会环境生物技术是开发、利用和调节生物系统进行污染环境(土地、水、空气)的补救和环境友好产品的生产过程(包括绿色加工技术和可持续发展技术)。1994年出版的国内第一本《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。

环境生物技术定义第六章生命科学导论的环境生物技术关于环境生物技术的研究内容，国内学者认为可分为三个层次。第一层次为现代环境生物技术，是指以基因工程为主导的近代防治污染生物技术，包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌，创造抗污染型转基间植物等。这一层次知识密集，为快速、有效的防治污染开辟了新途径，使解决日益出现的大量环境难题成为可能。

环境生物技术的研究内容第六章生命科学导论的环境生物技术第二层次是以废物的生物处理为主要内容，包括在新的理论和技术支撑下开发出的一系列废物强化处理工艺；这是目前广泛使用的治理污染的生物技术，仍在不断强化和改进，已为控制现时的环境质量起到了极其重要的作用。

环境生物技术的研究内容第六章生命科学导论的环境生物技术第三层次主要包括氧化塘、人工湿地和农业生态工程等，其特点是最大程度地发挥白然界的生物环境功能，投资运行费用少，易于操作管理。

环境生物技术的研究内容第六章生命科学导论的环境生物技术6.2水污染物的生物处理技术6.2.1水污染物的生物处理概述6.2.2好氧生物处理6.2.3厌氧生物处理第六章生命科学导论的环境生物技术6.2.1水污染物的生物处理概述水污染物（Waterpollutants）主要是人们在生产、生活过程中排出的对江河、湖泊、海洋产生有害影响的物质，其形式多以废水状态存在。废水按其来源可分成生活污水、工业废水和降水，其中的化学组成主要分为：1.有机物2.无机物3.气体第六章生命科学导论的环境生物技术6.2.1水污染物的生物处理概述水污染物的生物处理主要是指利用生物的生命活动过程，对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的处理方法，大多数情况是处理废水中的有机污染物。根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好氧处理厌氧处理第六章生命科学导论的环境生物技术活性污泥系统对有机底物的降解是通过几个阶段和一系列作用完成的：1絮凝、吸附作用2活性污泥中微生物的代谢3活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩6.2.2好氧生物处理第六章生命科学导论的环境生物技术活性污泥法的基本流程曝气池沉淀池清水污泥消化池污泥回流剩余污泥第六章生命科学导论的环境生物技术曝气池第六章生命科学导论的环境生物技术运行中的推流式曝气池第六章生命科学导论的环境生物技术环状跑道形曝气池第六章生命科学导论的环境生物技术氧化沟第六章生命科学导论的环境生物技术鼓风曝气：空气加压设备（鼓风机）→管道系统→扩散装置（曝气器）机械曝气：曝气叶轮曝气转刷两种曝气示意图(二)曝气系统第六章生命科学导论的环境生物技术曝气头安装第六章生命科学导论的环境生物技术生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法。生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床第六章生命科学导论的环境生物技术第六章生命科学导论的环境生物技术6.2.3厌氧生物处理厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件下由活性污泥中的多种微生物共同作用，使有机物分解并生成CH4和CO2的过程。这种过程广泛地存在于自然界，直至1881年人类才开始了利用厌氧消化处理废水的历史，至今已一百多年。目前，厌氧消化工艺已开始大规模地被应用于废水处理。

第六章生命科学导论的环境生物技术厌氧处理的优缺点废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理;厌氧法的优点优点有哪些？1．产生的沼气可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。第六章生命科学导论的环境生物技术2．对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350~500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4．产生的污泥量少，运行费用低不需要曝气基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点第六章生命科学导论的环境生物技术1．出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2．对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37℃。3．厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。厌氧法的缺点第六章生命科学导论的环境生物技术4.初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5．处理过程中产生臭气和有色物质是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。第六章生命科学导论的环境生物技术6.3大气污染物的生物处理技术大气污染物（Airpollutants）就是大气中达到有害程度的物质，以致破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害。造成大气污染主要是自然和人为两个方面。人类社会出现以前，森林火灾、海啸、土壤和岩石风化等自然过程都会对大气产生污染，但可以自行消失并维持生态系统的平衡。人类诞生后，尤其是工业革命以来，人类排放的污染物对环境空气产生了更为严重的危害。

第六章生命科学导论的环境生物技术液相或固相介质二氧化碳、水等气体有机物微生物降解吸附乙醇、硫醇酚、甲酚、吲哚脂肪酸、乙醛、酮、二硫化碳氨和胺生物过滤悬浮生长系统附着生长系统

有机废气生物处理机理第六章生命科学导论的环境生物技术“吸附-生物膜”（新型）双膜理论

①废气中的挥发性有机物（以及空气中的O2）从气相本体扩散，通过气膜到达润湿的生物膜表面；②扩散到达生物膜表面的有机物（及O2）被直接吸附在润湿的生物膜表面；③吸附生物膜表面的有机污染物成分（及O2）迅速被其中的微生物活菌体捕获；④进入微生物菌体的有机污染物在菌体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，经生化反应最终转化为无害的化合物（如CO2，H2O）；⑤生化反应的气态产物CO2从生物膜表面脱附并反扩散进人气相主体，而H2O则被保持在生物膜内。

第六章生命科学导论的环境生物技术原理微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2和H2O有机废气生物处理工艺第六章生命科学导论的环境生物技术生物滤池（生物过滤箱）第六章生命科学导论的环境生物技术针对有机堆肥臭气去除的生物滤池第六章生命科学导论的环境生物技术生物洗涤塔（悬浮生长系统）第六章生命科学导论的环境生物技术生物滴滤塔第六章生命科学导论的环境生物技术固体废弃物系指生产和生活活动中丢弃的固体、半固体物质，包括从废水、废气中分离出来的固体颗粒物。在固体废物中凡具有易燃性、腐蚀性、毒性、反应性、感染性的废物,称为危险废物。废物是一个相对概念，在某种条件下它为废物，在另一种条件下却可能成为宝贵原材料。故固体废物有“放在错地点的原料”之称。6.4固体废弃物的生物处理与处置技术第六章生命科学导论的环境生物技术来源：固体废弃物主要来源于人类的生产和消费活动。分类：固体废弃物的分类方法很多，按其形状可分为块状、粒状、粉状和半固体~泥状、浆状、糊状等废物；按其来源可分为矿业废物、工业废物、农业废物、城市生活垃圾等废物；按其性质可分为有机和无机废物；按其危害程度可分为一般性和危险性废物。固体废弃物的来源和分类第六章生命科学导论的环境生物技术

按危害性一般废物危险废物污泥、粉尘固体废物一般固体废物危险固体废物矿业废物尾矿、废石工业废物废渣、废屑农业废物生活废物环境工程废物垃圾、粪便秸杆、畜粪具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、传染性、放射性、爆炸性第六章生命科学导论的环境生物技术垃圾的组成和分类垃圾大体可分为无机物类和有机物类，垃圾中各组分的含量与居民所处阶层、生活水平和习惯等因素有关。取样点金属玻璃塑料纸类织物草木厨余灰渣砖瓦含水率普通住宅区1.9612.814.615.12.8611.232.61.926.7453.9高级住宅区8.7518.415.635.14.161.4816.30.2233.2学院区7.1825.212.717.64.6413.611.710.10.7936.2商业区6.6911.518.538.56.2412.52.650.3134.6大饭店4.7925.118.244.42.430.204.70.3010.3医院1.2526.114.138.93.551.0413.31.7139.4公园6.569.5212.412.21.6314.85.522.612.826.0第六章生命科学导论的环境生物技术资源性如城市垃圾含有多种可再利用的物质和一定热值的可燃物质。污染的“

特殊性”对环境的影响通常是通过水、气和土壤进行的，是水、气、土壤环境污染的”源头”。严重的危害性

1.易燃性;2.腐蚀性

;3.反应性;4.毒性;5.感染性固体废物的特点第六章生命科学导论的环境生物技术处理、处置和利用固体废物对维护国家的持续发展有重要意义。其原则为：1.最小化2.资源化3.无害化固体废物处理/处置和利用的原则简单堆放法围海造地法堆肥处置法焚烧处置法卫生填埋法第六章生命科学导论的环境生物技术分选技术城市垃圾卡车管道运输常温低温湿式破碎筛选重力静电涡流光学磁场溶剂浮选分离等燃烧热分解微生物分解废气处理废水处理废渣处理大气河流填埋无机物铁非铁金属玻璃有机物纸纸浆塑料橡胶空瓶空罐废纸废零件分选回收、手选水蒸气和电力燃料气、油、炭黑堆肥、葡萄糖、蛋白、乙醇、丙酮、甲烷、乙烯建材骨料或道路用材等消费活动生产活动工业废物天然资源收集运输技术破碎技术转换技术后处理技术垃圾处理的流程第六章生命科学导论的环境生物技术堆肥化：依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被微生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。

堆肥：深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。堆肥化第六章生命科学导论的环境生物技术一、好氧堆肥通气条件下借好氧性微生物活动使有机物降解，从而使固体废弃物无害化、资源化。堆肥化堆制升温高温降温腐熟1-2d50-60℃中温菌嗜热菌中温菌寄生虫和病原菌被杀死30-40℃一次发酵二次发酵特点：高温堆肥（一般在50-60℃，极限可达80-90℃）第六章生命科学导论的环境生物技术环境温度：对二次发酵的影响大有机质含量：20-80%为宜。太低，升温慢，太高，供氧不足（发臭）水分：50-60%为宜。过高，氧不足碳氮比：初始30-35：1为宜。过高，缺氮，周期长，过低，氮损失。碳磷比：75-150为宜。酸碱度：中性或弱碱性。通风供氧：动力供氧影响堆肥的因素一、好氧堆肥堆肥化第六章生命科学导论的环境生物技术二、厌氧堆肥厌氧堆肥

在无氧条件下，借厌氧微生物的作用，将有机废弃物（包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂的剩余污泥等）进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。

特点：1）堆置方式与好氧堆肥法相同2）堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长3）简便、省工4）封堆后1个月左右翻堆1次堆肥化第六章生命科学导论的环境生物技术卫生填埋第六章生命科学导论的环境生物技术垃圾填埋体的主要构成第六章生命科学导论的环境生物技术6.5生物修复技术概述生物修复的类型第六章生命科学导论的环境生物技术概述生物修复概念生物修复优点生物修复和生物处理的异同生物修复三原则第六章生命科学导论的环境生物技术生物修复(bioremediation)主要是利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。这项技术的创新之处在于它精心选择、合理设计操作的环境条件，促进或强化在天然条件下本来发生很慢或不能发生的降解或转化过程。

生物修复概念第六章生命科学导论的环境生物技术1生物修复可以现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触污染物的机会；2生物修复经常以原位方式进行，这样可使对污染位点的干扰或破坏达到最小，可在难以处理的地方(如建筑物下、公路下)进行，在生物修复时场地可以照常用于生产；3生物修复使有机物分解为二氧化碳和水，可以永久性地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移；4生物修复可与其它处理技术结合使用，处理复合污染；5降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复的30％-50％。生物修复优点第六章生命科学导论的环境生物技术相似之处?它们都是利用微生物的降解作用，同时也都是利用微生物的同化作用扩大繁殖，并通过工程措施保持生物处理过程有很高的效率，在处理特殊废物时都需要驯化和筛选高效微生物。

生物修复和生物处理的异同不同之处?1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。2生物处理是在精心设计的工程系统中进行，比较容易降解。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。3由于生物修复的复杂性，它需要依靠工程学、微生物学、生态学、地质学、土壤学和化学等多学科的合作。

第六章生命科学导论的环境生物技术1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。2适合的地点是指要有污染物和合适的微生物相接触的地点，例如在表层土壤中存在的解苯微生物是无法降解位于蓄水层中的苯系污染物。3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于最佳状态。环境因子包括温度、无机营养盐(主要是氮和磷)、电子受体(氧气、硝酸盐和硫酸盐)和pH值等。

生物修复三原则第六章生命科学导论的环境生物技术生物修复的种类很多，可以根据不同的标准进行分类：

根据被修复的污染环境根据生物修复利用微生物的情况根据人工干预的情况

生物修复分类第六章生命科学导论的环境生物技术根据被修复的污染环境土壤生物修复地下水生物修复沉积物生物修复海洋生物修复

第六章生命科学导论的环境生物技术根据生物修复利用微生物的情况

使用污染环境土著微生物(indigenousmicroorganism)天然存在的有机化合物

使用外源微生物(exogenousmicroorganism)异生素

微生物强化作用(bioaugmentation)微生物强化作用或称生物促进作用(biostimulation)，需要不断地向污染环境投入外源微生物、酶、其它生长基质或氮、磷无机盐。

第六章生命科学导论的环境生物技术根据人工干预的情况自然生物修复人工生物修复原位生物修复易位生物修复非反应器型反应器型第六章生命科学导论的环境生物技术自然生物修复(intrinsicbioremediation)

是不进行任何工程辅助措施或不调控生态系统，完全依靠自然的生物修复过程，即靠土著微生物发挥作用。

需要有以下环境条件：①有充分和稳定的地下水流；②有微生物可利用的营养物；③有缓冲pH的能力；④有使代谢能够进行的电子受体。原位生物修复(insitubioremediation)

在污染的原地点进行，采用一定的工程措施，但不人为移动污染物，不挖出土壤或抽取地下水，利用生物通气、生物冲淋等一些方式进行。

第六章生命科学导论的环境生物技术易位生物修复(exsitubioremediation)

是移动污染物到邻近地点或反应器内进行，采用工程措施，挖掘土壤或抽取地下水进行。

反应器型生物修复

处理在反应器内进行，主要在泥浆相或水相中进行。反应器使细菌和污染物充分接触，并确保充足的氧气和营养物供应。

第六章生命科学导