環(huán)境生物技術(shù)

環(huán)境生物技術(shù)課件第1頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)環(huán)境科學(xué)概述

一、環(huán)境科學(xué)與環(huán)境問題

環(huán)境科學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科從興起到形成只有短短的四十年的歷史。20世紀(jì)60年代進(jìn)行了一些零星、分散的工作。70年代才匯集成一門具有廣泛領(lǐng)域和豐實(shí)內(nèi)容的學(xué)科。與物理、化學(xué)、生物學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科不同，環(huán)境科學(xué)是一門由環(huán)境問題導(dǎo)向所形成的學(xué)科，因此對(duì)環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)和了解，是闡述環(huán)境科學(xué)的性質(zhì)、任務(wù)的前提。

第2頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）環(huán)境問題的由來

1、人與環(huán)境：

2、環(huán)境問題的由來：環(huán)境問題可分為兩大類，一類是環(huán)境污染，另一類是生態(tài)破壞。第3頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）重大環(huán)境問題1、溫室效應(yīng)與氣候變暖：2、臭氧層的破壞：3、酸雨：4、有毒物質(zhì)污染：5、生態(tài)環(huán)境破壞：第4頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）環(huán)境問題的實(shí)質(zhì)

兩大類問題均是由于人類活動(dòng)引起了環(huán)境質(zhì)量下降。第5頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、環(huán)境科學(xué)的發(fā)展歷史

環(huán)境科學(xué)是在環(huán)境問題日益嚴(yán)重后產(chǎn)生和發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科，目前此學(xué)科的理論和方法仍在發(fā)展中。其發(fā)展史可分為相關(guān)學(xué)科的探索和環(huán)境學(xué)科作為一門綜合性學(xué)科的形成兩個(gè)發(fā)展階段。1、相關(guān)學(xué)科的探索：2、環(huán)境科學(xué)的形成與發(fā)展：第6頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)生物技術(shù)的學(xué)科體系與發(fā)展簡(jiǎn)史

生物技術(shù)的概念最初由匈牙利工程師KarlEveky于1917年提出的，即利用生物將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

1982年國(guó)際合作及發(fā)展組織的定義：生物技術(shù)是應(yīng)用自然和科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器，將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。這一過程稱為生物反應(yīng)過程（bio-process）。

一、生物技術(shù)的定義第7頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

它包括基因工程、酶工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程等技術(shù)。1、基因工程：

2、酶工程：3、細(xì)胞工程：4、發(fā)酵工程：5、蛋白質(zhì)工程：第8頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、生物技術(shù)的發(fā)展

1、傳統(tǒng)生物技術(shù)

2、現(xiàn)代生物技術(shù)：3、研究?jī)?nèi)容：第9頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)環(huán)境生物技術(shù)

一、環(huán)境生物技術(shù)的基本特征

發(fā)酵工程是生物技術(shù)中最早涉足環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的工程技術(shù)。如利用農(nóng)業(yè)廢物漚制堆肥，活性污泥法處理廢水經(jīng)過了80年的歷程。近80年來現(xiàn)代生物技術(shù)的多數(shù)內(nèi)容都已滲入到環(huán)境工程領(lǐng)域。第10頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、環(huán)境生物技術(shù)的研究?jī)?nèi)容與層次

1、環(huán)境生物技術(shù)涉及的學(xué)科：2、層次：3、研究?jī)?nèi)容：

第11頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題：1、環(huán)境問題是如何產(chǎn)生的？當(dāng)前存在的環(huán)境問題有哪些？

2、簡(jiǎn)述生物技術(shù)的定義并說明它是有哪幾大工程構(gòu)成的，生物技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段？

3、簡(jiǎn)述環(huán)境生物技術(shù)的研究?jī)?nèi)容與層次。第12頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章環(huán)境生物技術(shù)的生物學(xué)基礎(chǔ)

2．1微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

2．1．1微生物的類群

微生物是指形體微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要借助于顯微鏡才能看到的一群低等的單細(xì)胞或多細(xì)胞生物，有的甚至沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

微生物的類群比較繁雜，主要包括原核細(xì)胞微生物(細(xì)菌、放線菌、光合細(xì)菌、立克次氏體、衣原體、支原體等)、真核細(xì)胞微生物(真菌、霉菌、酵母菌、藻類、原生動(dòng)物等)以及顯微非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒等。

第13頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．原核細(xì)胞微生物

（1）細(xì)菌（2）放線菌（3）光合型原核生物（4）其他原核生物第14頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．真核細(xì)胞微生物

（1）真菌1）霉菌2）酵母菌（2）藻類（3）原生動(dòng)物（4）微型后生動(dòng)物第15頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．顯微非細(xì)胞微生物第16頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2微生物的營(yíng)養(yǎng)

1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成2．微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理作用碳源氮源無機(jī)鹽水生長(zhǎng)素第17頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．微生物的營(yíng)養(yǎng)類型微生物的營(yíng)養(yǎng)類型可分為：光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型、化能異養(yǎng)型4類第18頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．1．3微生物的代謝第19頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．2酶學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

哪里有生命，哪里就有酶的存在和作用。生物的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、營(yíng)養(yǎng)物的吸收、遺傳、運(yùn)動(dòng)，呼吸作用、光合作用等都是在酶的作用下進(jìn)行的。酶是傳遞電子、原子或化學(xué)基團(tuán)的生物催化劑。

2．2．1酶的分類

目前已知的酶多達(dá)2200種以上。根據(jù)酶所能催化反應(yīng)的類型，可將酶分成6大類，即氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、合成酶。第20頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．2．2酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)

1．酶催化反應(yīng)的共性2．酶催化反應(yīng)的特性第21頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．2．3酶蛋白的結(jié)構(gòu)與功能1．酶蛋白的結(jié)構(gòu)2．酶蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第22頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．2．4酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)

1．制備固定化酶的依據(jù)2．固定化酶的制備方法3．固定化細(xì)胞的技術(shù)與特點(diǎn)4．固定化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用(1)污染物處理（2)環(huán)境監(jiān)測(cè)第23頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．3生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

在環(huán)境生物技術(shù)學(xué)科體系中，環(huán)境污染和生物修復(fù)技術(shù)及污染物治理需要運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)的基本原理，或構(gòu)造人工生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到污染物去除和生物修復(fù)的目的，生態(tài)恢復(fù)技術(shù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)更是離不開生態(tài)系統(tǒng)的功能和作用。

第24頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．3．1生態(tài)系統(tǒng)及其基本特性1．生態(tài)系統(tǒng)的基本概念

生態(tài)學(xué)概念最早于1866年由德國(guó)人海克爾(E．Haeckel)提出?，F(xiàn)在的簡(jiǎn)明定義是：生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系，以及生物與非生物之間相互關(guān)系及其作甩機(jī)理的一門科學(xué)。

2．生態(tài)系統(tǒng)的組成。3．生態(tài)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)第25頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．3．2生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與主要功能1．生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2．生態(tài)系統(tǒng)的主要功能2.3.3生物系統(tǒng)的環(huán)境功能與自凈作用第26頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章環(huán)境生物技術(shù)的理論基礎(chǔ)

環(huán)境污染物的微生物學(xué)處理過程都在反應(yīng)器生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行。在反應(yīng)器生態(tài)系統(tǒng)中，主要有生態(tài)計(jì)量學(xué)、生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、生化反應(yīng)熱力學(xué)。當(dāng)反應(yīng)器生態(tài)系統(tǒng)中的反應(yīng)體系是懸浮液時(shí)，還存在流變流體動(dòng)力學(xué)。

第27頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．1生化反應(yīng)計(jì)量學(xué)3．1．1原子矩陣法

在化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)物系中各組分量的變化必定服從一定的計(jì)量關(guān)系。這種化學(xué)計(jì)量關(guān)系是進(jìn)行反應(yīng)器物料衡算的基礎(chǔ)，對(duì)確定反應(yīng)器的進(jìn)料配比、產(chǎn)物組成以及工藝流程和化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)化控制等均有重要意義。傳統(tǒng)化學(xué)計(jì)量方法主要有化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣法和原子矩陣法。對(duì)于有微生物參加的生化反應(yīng)，其計(jì)量關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，可以用原子矩陣法予以估計(jì)和確定。第28頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2電子流守恒原理與電子計(jì)量學(xué)方法

原子矩陣法雖可以保證生化反應(yīng)在元素上的平衡并得到反應(yīng)物與生成物變化量之間的計(jì)量關(guān)系式，但考慮到生化反應(yīng)從本質(zhì)上說是一種氧化—還原反應(yīng)，存在著電子流的傳遞，因此，應(yīng)該進(jìn)一步考慮電子流的平衡。1.生化反應(yīng)的電子流守恒原理2.生化反應(yīng)的電子計(jì)量學(xué)方法

生化反應(yīng)由兩部分組成，一部分是細(xì)胞合成，另一部分是能量代謝。第29頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．1．3好氧過程的生化反應(yīng)計(jì)量學(xué)3．1．4厭氧過程的生化反應(yīng)計(jì)量學(xué)1．有機(jī)物的厭氧消化過程2．生物反硝化過程3.硫酸還原過程4．生物發(fā)酵過程第30頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．2生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3．2．1反應(yīng)速度與反應(yīng)級(jí)數(shù)

生物化學(xué)反應(yīng)是一種以酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。它和其他化學(xué)反應(yīng)一樣，都在反應(yīng)器里進(jìn)行。因此，反應(yīng)器里反應(yīng)速度的快慢是極為重要的問題，是生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)從生化反應(yīng)工程一開始就受到重視的原因。在生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中，首要的任務(wù)是確定各種因素(如濃度、溫度、催化劑等)對(duì)反應(yīng)速度的影響，其次是研究各種反應(yīng)的機(jī)理。在環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域中，生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)是反應(yīng)速度與環(huán)境因素之間的關(guān)系。1．反應(yīng)速度2.反應(yīng)級(jí)數(shù)第31頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．2．2酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

生物化學(xué)反應(yīng)基本上有兩種情況。一種是使底物在酶的作用下進(jìn)行反應(yīng)，如異構(gòu)糖的生產(chǎn)、無側(cè)鏈青霉素的制造、淀粉以及有機(jī)垃圾的液化等。另一種是利用細(xì)胞中的酶系通過細(xì)胞培養(yǎng)過程使培養(yǎng)基中的物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)行復(fù)雜的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成新的細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物。第32頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.單底物酶促反應(yīng)2、底物抑制酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3、抑制劑的影響4．雙底物酶促反應(yīng)第33頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．2．3分批培養(yǎng)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1．細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與Monod方程細(xì)胞的分批培養(yǎng)是一種間歇培養(yǎng)方式。一般經(jīng)歷延遲期、指數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、靜止期和衰亡期等階段第34頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.4廢水生物處理生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.推導(dǎo)廢水生物處理教學(xué)模式的假設(shè)2.微生物的凈增長(zhǎng)與底物降解3.微生物的平均停留時(shí)間()6．反應(yīng)器負(fù)荷率與的關(guān)系第35頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．2．5生物膜生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1．生物膜的特點(diǎn)與增長(zhǎng)階段

按照污水處理生物反應(yīng)器中微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)，污水生物處理可劃分為懸浮生長(zhǎng)工藝和附著生長(zhǎng)工藝，前者是活性污泥法，后者是生物膜法。2.生物膜增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)3．底物去除動(dòng)力學(xué)第36頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3生化反應(yīng)熱力學(xué)3.3.1熱力學(xué)第三定律1.吉布斯自由能2.反應(yīng)方程式的自由能計(jì)算第37頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四章環(huán)境污染治理基因工程技術(shù)

4．1細(xì)胞學(xué)說與分子生物學(xué)4．1．1細(xì)胞學(xué)說與基因?qū)W說細(xì)胞(cell)是生命活動(dòng)的基本單位。

一切有機(jī)體均由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。細(xì)胞具有獨(dú)立的、有序的自控代謝體系，所以細(xì)胞是代謝與功能的基本單位。另外，細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，是遺傳的基本單位，具有遺傳的全能性?？梢哉f，沒有細(xì)胞就沒有完整的生命。第38頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．1．2遺傳的分子基礎(chǔ)1．遺傳學(xué)說的3大理論發(fā)現(xiàn)2．DNA的分子結(jié)構(gòu)3.基因的表達(dá)與調(diào)控4．基因突變第39頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．1．3DNA重組技術(shù)1．自然界生物的基因重組2.DNA重組技術(shù)第40頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．2細(xì)胞融合技術(shù)與環(huán)境污染治理4．2．1細(xì)胞融合技術(shù)

細(xì)胞融合技術(shù)實(shí)際上是原生質(zhì)體的融合技術(shù)。原生質(zhì)體融合是細(xì)胞遺傳重組的最簡(jiǎn)便方法，優(yōu)點(diǎn)很多，特別是對(duì)于不具有結(jié)合作用的細(xì)胞或?qū)ζ涓惺軕B(tài)尚不了解的細(xì)胞，只需除去細(xì)胞壁，將原生質(zhì)體融合，便可實(shí)現(xiàn)核融合。1．原生質(zhì)體融合的基本過程2.不同細(xì)胞原生質(zhì)體融合技術(shù)的特點(diǎn)第41頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．2．2細(xì)胞融合技術(shù)構(gòu)建環(huán)境工程菌舉例1．纖維素降解菌原生質(zhì)體融合2．芳香族降解菌的構(gòu)建第42頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．3基因工程與環(huán)境污染治理

基因工程自20世紀(jì)70年代誕生以來，得到了迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要涉及基因工程藥物、基因治療、轉(zhuǎn)基因植物，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，環(huán)境污染治理等。4．3．1環(huán)境工程微生物的分子生物學(xué)研究4．3．2環(huán)境工程基因工程菌的研究開發(fā)1．轉(zhuǎn)移質(zhì)粒法2．改變基因法4．3．3非生物污染物質(zhì)的基因工程菌開發(fā)第43頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.4基因工程技術(shù)中的安全性問題第44頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五章微生物的固定化技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，它是通過采用化學(xué)或物理的手段將游離細(xì)胞或微生物定位于限定的定向區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復(fù)利用。該技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）能在生物處理裝置內(nèi)維持高濃度的生物量，提高處理負(fù)荷、減少處理裝置容積；（2）污泥產(chǎn)量少，易于實(shí)現(xiàn)固液分離；（3）可選擇性地固定優(yōu)勢(shì)菌種，提高降解有機(jī)物的降解效率；（4）抗毒物毒性強(qiáng)；（5）對(duì)水質(zhì)及PH的變化有較好的穩(wěn)定性。第45頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)胞固定化技術(shù)

細(xì)胞固定化技術(shù)是常用的微生物固定化技術(shù)，它是將細(xì)胞固定在載體上使其高度密集，并保持生物活性功能，在適宜的條件下還可以滿足應(yīng)用需要的生物技術(shù)。（一）細(xì)胞的固定化方法：無固定分類標(biāo)準(zhǔn)，包括吸附、包埋、交聯(lián)、截留法。1、吸附固定化法：1）物理吸附法：2）離子結(jié)合法：第46頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、包埋固定化法：3、交聯(lián)固定法：4、載體截留固定法：第47頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）固定化細(xì)胞動(dòng)力學(xué)：固定化細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與懸浮生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)差異較大，主要是由于物質(zhì)傳遞現(xiàn)象不同造成的。1、微生物懸浮生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)：懸浮生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式分為間歇培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)。1）間歇培養(yǎng)：2）補(bǔ)料分批培養(yǎng)：3）連續(xù)培養(yǎng)：2、固定化細(xì)胞動(dòng)力學(xué)1）效率因子：2）固定化細(xì)胞穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)：固定化反應(yīng)系統(tǒng)是多相系統(tǒng)，應(yīng)包括以下步驟：第48頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①基質(zhì)從流體主體向固定化顆粒表面?zhèn)鬟f，簡(jiǎn)稱液固傳質(zhì)。②基質(zhì)從外表面向固定化顆粒內(nèi)表面?zhèn)鬟f。③基質(zhì)的降解。④代謝產(chǎn)物從固定化顆粒的內(nèi)表面向外表面?zhèn)鬟f。⑤代謝產(chǎn)物從固定化顆粒的外表向流體主體傳遞。第49頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）細(xì)胞固定化的影響因素：細(xì)胞、載體、環(huán)境三個(gè)方面1、細(xì)胞的影響2、載體的影響：3、環(huán)境的影響第50頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）固定化細(xì)胞的性能評(píng)價(jià)1、細(xì)胞的生物量：2、固定化細(xì)胞的活性：第51頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、固定化生物膜技術(shù)

當(dāng)微生物吸附到固體表面上形成小菌落并開始以固著方式生活時(shí)，形成了微生物群體組成的粘狀物即生物膜（bilfilm），兼有活性污泥法與固定細(xì)胞法二者的優(yōu)點(diǎn)。(一)生物膜固定法1、載體無機(jī)類載體：有機(jī)類載體：選擇優(yōu)良載體的原則2、掛膜方法：第52頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）生物膜形成機(jī)理：生物膜的積累形成是一系列物理、化學(xué)、生物過程的綜合作用。（三）生物膜的生物相（四）生物膜的除污機(jī)理（五）生物膜性能評(píng)價(jià)：（六）生物膜技術(shù)的應(yīng)用1、生物膜的活性：2、生物膜的質(zhì)量：3、生物膜的厚度：4、生物膜結(jié)構(gòu)：第53頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六章好氧活性污泥法處理廢水

活性污泥是由細(xì)菌、原生動(dòng)物等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有很強(qiáng)吸附分解有機(jī)物能力的絮狀體顆粒。而活性污泥法就是以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)。其原理就是通過充分曝氣供氧，使大量繁殖的微生物群體懸浮在水中，從而降解污水中的有機(jī)污染物；停止曝氣時(shí)，懸浮微生物絮凝體沉淀并與水分離，使污水得到凈化、澄清。第54頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

活性污泥系統(tǒng)主要由活性污泥反應(yīng)器、曝氣池、曝氣系統(tǒng)、二沉池、污泥回流系統(tǒng)和污泥排放系統(tǒng)組成。按供氧方式分為鼓風(fēng)曝氣式和機(jī)械曝氣式兩類:一、好氧活性污泥的生物相

好氧活性污泥是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物與污水中有機(jī)和無機(jī)固體物混凝交織在一起形成絮狀體或稱絨粒第55頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）活性污泥中的微生物1、細(xì)菌2、真菌3、微型動(dòng)物4、微型藻類（二）活性污泥的性質(zhì)第56頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、活性污泥菌膠團(tuán)的凈化反應(yīng)原理（一）菌膠團(tuán)的形成

在活性污泥培養(yǎng)早期，可以看到大量新形成的典型菌膠團(tuán)，呈大型指狀、垂絲狀、球狀蘑菇形，具有很強(qiáng)吸附能力的菌膠團(tuán)把廢水中的雜質(zhì)和游離細(xì)菌等吸附在其上，形成活性污泥的凝絮狀。其形成有三種假說：1）莢膜學(xué)說2）PHB學(xué)說3）胞外聚合物學(xué)說菌膠團(tuán)有以下幾個(gè)方面的作用：第57頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）活性污泥的凈化反應(yīng)原理1、絮凝吸附作用1）活性污泥的活性2）活性污泥的作用3）影響活性污泥作用的因素：第58頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、活性污泥中微生物的代謝及其增殖規(guī)律1）污泥中微生物的代謝2）增殖規(guī)律3、活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮第59頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）活性污泥的性能及質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)（1）混合液懸浮固體濃度：（2）揮發(fā)性懸浮固體濃度（3）污泥沉降比（SV）（4）污泥容積指數(shù)第60頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是以酶工程的(Minchaelis-Mentou)和生化工程的（Monod）方程為基礎(chǔ)，在20世紀(jì)50-60年代發(fā)展起來的，通過數(shù)學(xué)式定量或半定量地揭示活性污泥系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物降解。污泥增長(zhǎng)耗氧等作用與各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境因素之間的關(guān)系對(duì)優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理有一定指導(dǎo)意義。第61頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(一)勞倫斯-麥卡蒂模式的基礎(chǔ)概念1、微生物比增殖速率和比基質(zhì)降解率2、污泥平均停留時(shí)間（二）勞倫斯-麥卡蒂模式的基本方程式第62頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、活性污泥凈化反應(yīng)的影響因素（一）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（二）溶解氧（三）PH值（四）溫度（五）有毒物質(zhì)（六）有機(jī)負(fù)荷率第63頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、污泥膨脹的原因與對(duì)策（一）污泥膨脹的原因1、絲狀細(xì)菌的大量繁殖：2、環(huán)境因素的促進(jìn)作用：1）溫度2）溶解氧3）PH3、污水水質(zhì)的影響1）可溶性有機(jī)物及種類：第64頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）有機(jī)物濃度①高負(fù)荷缺氧說：②低負(fù)荷說：③沖擊負(fù)荷說：3）N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：4）痕量金屬：第65頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）污泥膨脹的控制方法1）投加某種物質(zhì)來增加污泥密度或殺死過量的絲狀菌2）調(diào)節(jié)廢水的營(yíng)養(yǎng)比例：3）改變曝氣池結(jié)構(gòu)4）改變進(jìn)水方式和流態(tài)：5）控制池內(nèi)容解氧：6）避免污泥的早期消化：第66頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七章厭氧活性污泥法生物處理廢水

厭氧生物處理技術(shù)是利用厭氧微生物的代謝過程，在無需提供氧氣的情況下，把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物和細(xì)胞物質(zhì)的過程，是一種成本很低的廢水處理技術(shù)，是把廢水的處理和能源的回收利用相結(jié)合的一種技術(shù)。一、厭氧生物處理廢水的生物相

厭氧消化是自然界中富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊和被污染的河底中常見的一種現(xiàn)象，在厭氧環(huán)境中必定存在各種厭氧微生物。與好氧反應(yīng)相比，厭氧反應(yīng)微生物數(shù)量較少，但種類卻比較豐富。厭氧生物處理的細(xì)菌可分為產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌兩大類。第67頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）產(chǎn)酸菌1、產(chǎn)酸菌的種類：2、產(chǎn)酸菌的形態(tài)與性質(zhì)：（二）產(chǎn)甲烷菌1、產(chǎn)甲烷菌的種類：2、產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量：3、產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)與性質(zhì)：第68頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）厭氧微生物群體間的關(guān)系：相互依賴、相互制約1、產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長(zhǎng)和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)：2、產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧還原條件：3、產(chǎn)酸菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)：4、產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)酸菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制：5、產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的PH值：第69頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、厭氧生物處理廢水的凈化反應(yīng)原理

厭氧生物處理廢水其過程分為水解、發(fā)酵、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷4個(gè)階段。（一）水解階段（二）發(fā)酵階段1、糖的分解：2、氨基酸的分解：3、較高級(jí)的脂肪酸遵循β氧化機(jī)理進(jìn)行生物降解第70頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）產(chǎn)乙酸階段：（四）產(chǎn)甲烷階段：（五）缺氧條件下的其他生物降解作用1、含硫酸鹽或亞硫酸鹽廢水的厭氧反應(yīng)器：2、脫氮作用：第71頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、厭氧處理廢水動(dòng)力學(xué)（一）水解階段不溶性底物的轉(zhuǎn)化速率（二）溶解性廢物的轉(zhuǎn)化速率與細(xì)胞產(chǎn)率第72頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、厭氧處理廢水的影響因素（一）溫度：（二）PH值（三）營(yíng)養(yǎng)物與微量元素：（四）有毒物質(zhì)：（五）氧化還原電位：第73頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、固定化顆粒污泥的形成機(jī)理（一）污泥顆粒化的定義：在上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器內(nèi)，厭氧污泥可以以絮狀的聚集體（絮狀污泥）或直徑0.5-0.6mm的球形、橢圓形顆粒污泥形態(tài)存在。1、顆粒污泥：Alphenaar將顆粒污泥定義為具有自我平衡能力的微生物系統(tǒng)。主要特征是它具有較高的沉降速度和高比產(chǎn)甲烷活性。2、污泥顆?；涸趨捬醴磻?yīng)器內(nèi)顆粒污泥形成的過程稱為污泥的顆粒化第74頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）顆粒污泥的性質(zhì)和基本組成1、性質(zhì)：2、組成：（1）無機(jī)成分：（2）有機(jī)成分：（三）顆粒污泥的微生物相：（四）顆粒污泥的結(jié)構(gòu)：第75頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）污泥顆?；^程1、顆?；瘷C(jī)理：（1）晶核假說：（2）無機(jī)作用假說：（3）胞外聚合物（ECP）假說：（4）選擇壓學(xué)說：第76頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、顆?；^程：

顆?；^程是單一分散的厭氧微生物聚集生長(zhǎng)成為顆粒污泥的過程，它的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)且過程復(fù)雜。由多個(gè)階段組成：細(xì)菌與基體（有機(jī)、無機(jī)材料）、的吸引粘連，微生物聚集體的形成，成熟污泥的形成等。第77頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（六）影響顆粒污泥形成的因素：主要因素是廢水組成和操作1、負(fù)荷2、水流與產(chǎn)氣3、水力停留時(shí)間（HRT）和上流速度4、懸浮物5、產(chǎn)酸菌（七）污泥顆?；膬?yōu)點(diǎn)第78頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八章環(huán)境污染生物修復(fù)技術(shù)

8．1生物修復(fù)技術(shù)與生物恢復(fù)8．1．1生物修復(fù)技術(shù)的基本概念生物修復(fù)(bioremediation)，也稱生物整治、生物補(bǔ)救，是指利用微生物、植物或動(dòng)物，吸收、轉(zhuǎn)化受污染場(chǎng)地(水體、土壤)中的有機(jī)污染物或其他污染物，去除其毒性，使受污染場(chǎng)地恢復(fù)生態(tài)功能的一種生物處理過程。生物恢復(fù)(biorestoration)是指向受污染場(chǎng)地添加營(yíng)養(yǎng)物和氧，利用土著微生物分解有害物質(zhì)的生物修復(fù)過程。生物恢復(fù)是生物修復(fù)方法的一種。第79頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．1．2生物修復(fù)技術(shù)的分類

大致分為兩大類，一是原位生物修復(fù)，另一個(gè)是異位生物修復(fù)。8．1．3應(yīng)用生物修復(fù)的條件與優(yōu)點(diǎn)1.用生物修復(fù)解決受污染場(chǎng)地的污染問題，應(yīng)具備一定的條件2.主要優(yōu)點(diǎn)是第80頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．1．4生物修復(fù)的影響因素與基本措施1．用于生物修復(fù)的生物種類在生物修復(fù)中起主要作用的是微生物和植物。(1)土著微生物(2)外來微生物(3)基因工程菌(4)植物及超積累植物第81頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．生物修復(fù)的影響因素(1)非生物因素(2)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(3)電子受體(4)復(fù)合基質(zhì)(5)微生物間的協(xié)同作用(6)捕食作用(7)植物根系的影響第82頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．生物修復(fù)的基本措施(1)接種微生物或引種超積累植物(2)添加營(yíng)養(yǎng)物(3)提供電子受體(4)提供共代謝底物以誘導(dǎo)共代謝酶產(chǎn)生(5)添加表面活性劑第83頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．2生物修復(fù)技術(shù)的主要工藝生物修復(fù)技術(shù)的主要工藝可分為2種，即原位處理、異位處理。8．2．1原位生物修復(fù)工藝8．2．2異位生物修復(fù)工藝第84頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．3水體污染的生物修復(fù)技術(shù)8．3．1地下水污染的特征與危害1．地下水污染物的分布與特征2．地下水污染的危害8．3．2地下水污染的生物修復(fù)技術(shù)1．地下水生物修復(fù)的微生物學(xué)原理2．地下水生物修復(fù)技術(shù)工藝第85頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．3．3地表水污染的特征與危害1．水體污染物與來源2．地表水污染的特征與危害(1)湖泊水庫(kù)的污染特征及危害(2)河流污染的特征及危害第86頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．3．4地表水污染的生物修復(fù)技術(shù)1．湖泊水庫(kù)水環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)水體修復(fù)技術(shù)可分為4種類型。(1)控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源的技術(shù)(2)控制藻類和植物的技術(shù)(3)水動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)(4)消除內(nèi)源污染技術(shù)2．河流水體的生物修復(fù)技術(shù)第87頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．4土壤污染的生物修復(fù)技術(shù)8．4．1土壤污染的特征與危害8．4．2土壤污染的堆肥法生物修復(fù)技術(shù)8．4．3土壤污染的植物修復(fù)技術(shù)1．植物修復(fù)技術(shù)的方式與特點(diǎn)(1)植物萃取技術(shù)(2)植物降解技術(shù)(3)植物固定化技術(shù)第88頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．重金屬污染土壤的植物修復(fù)3.有機(jī)污染物的植物修復(fù)（1）有機(jī)污染物的直接吸收和降解（2）植物酶的作用（3）根際的生物降解作用4．放射性核素的植物去除第89頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．4．4土壤中多環(huán)芳烴污染的生物修復(fù)技術(shù)1．土壤中多環(huán)芳烴的來源及污染特征2．多環(huán)芳烴的降解菌與降解基因3．堆肥法處理土壤中PAH的實(shí)驗(yàn)研究第90頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．4．5土壤中含氯有機(jī)物的生物修復(fù)技術(shù)1．含氯有機(jī)物的來源與污染特點(diǎn)2．含氯有機(jī)物的生物降解機(jī)理3．氯酚類物質(zhì)的生物降解4．多氯聯(lián)苯的生物降解研究5．二口惡英的生物降解研究第91頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8．5石油污染的生物修復(fù)技術(shù)

1．降解石油的微生物2．影響石油降解的因素3．提高石油污染物修復(fù)的措施第92頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九章環(huán)境生物材料

本章主要介紹生物絮凝劑、可生物降解塑料、生物吸附劑及生物表面活性劑這4大環(huán)境生物材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用。9．1微生物絮凝劑9．1．1微生物絮凝劑的概念第93頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月絮凝劑無機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無機(jī)低分子絮凝劑無機(jī)高分子絮凝劑無機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑（如AlCl3·6H2O）無機(jī)陰離子絮凝劑（如CaO）（如PAS、PAC、PAFC）化合物合成高分子絮凝劑天然高絮凝劑陽(yáng)離子型（如PAM）陰離子型（如聚丙烯酸鈉）非離子型（如聚乙烯醇）（如纖維素、淀粉、環(huán)糊精）絮凝劑的種類

在水處理工程中，廣泛使用的絮凝劑有無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩大類，如圖：第94頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．微生物絮凝劑的主要成分與性質(zhì)2．微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的分類第95頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9．1．2微生物絮凝劑的產(chǎn)生與分離純化1．微生物絮凝劑的發(fā)酵條件(1)培養(yǎng)基的組成(2)pH(3)溫度(4)通氣量(5)其他影響因素第96頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．微生物絮凝劑產(chǎn)生的基因調(diào)控3．微生物絮凝劑的分離與純化第97頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9．1．3微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理1．“橋聯(lián)作用”機(jī)理2．“類外源絮凝聚素”假說3．“菌絲體外纖維絲”學(xué)說第98頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9．1．4微生物絮凝劑的應(yīng)用1．微生物絮凝劑的絮凝條件(1)微生物絮凝劑分子特性對(duì)絮凝活性的影響(2)絮凝條件對(duì)絮凝活性的影響第99頁(yè)，課件共110頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.微生物絮凝劑的應(yīng)用（1）