第7章生物技术与环境Outline地球总水量13.9亿立方千米，三分之二被水覆盖。表示水污染的几个指标：1.氧化塘法氧化塘内的生物学过程藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等。细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。2.人工湿地处理系统法大家有疑问的，可以询问和交流人工湿地处理系统的优点：净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处理厂难以去除的营养元素净化效果好。应用实例：芦苇湿地处理系统3.污水土地处理系统土地处理的净化机理净化机理包括：土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用。土地处理系统要求对污水进行必要的预处理，去除污水中有害物质。土地处理系统是按照全年连续运行的污水处理设施；污灌则是按照农作物的需要进行灌溉。土地处理系统有完整的工程系统并可以调控，其底层防渗系统，有效的控制了污水对地下水可能造成的污染。土地处理系统地面上种植的植物，以有利于污水处理的牧草、林木、青饲料等经济作物为主，不中直接食用的农作物；污灌的土地常以粮食、蔬菜等农作物为主。4.活性污泥处理法基本流程污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒活性污泥法的基本工艺流程1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.混合液中含有足够的溶解氧3.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态4.活性污泥连续回流5.及时排除剩余污泥6.没有对微生物有毒害作用的物质进入厌氧生物处理的特点①厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。②厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常敏感。③厌氧生物处理出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理；④厌氧生物处理的气味较大；⑤对氨氮的去除效果不好，还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。5.生物膜处理法生物膜法分为以下三类：1）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；2）浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化；3）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流化床。生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究,1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。生物滤池的构造生物滤池由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。池壁滤料布水系统排水系统二.大气净化煤炭的微生物脱硫微生物对无机废气的处理微生物对有机废气的处理吸收设备－填料塔三.固体废弃物的生物处理1、生活垃圾中50~60%是有机物，会腐烂变质，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康。固体废弃物的分类固体废弃物处理的基本原则：无害化、减量化、资源化固体废弃物的微生物处理的主要方法：堆肥法卫生填埋法厌氧发酵法(厌氧堆肥化)堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，有控制地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。1.好氧堆肥化好氧堆肥化微生物好氧堆肥化过程温度变化规律当堆温升高到45℃以上即进入高温阶段，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解的有机物进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化。好氧静态堆肥工艺间歇式好氧动态堆肥工艺连续式好氧动态堆肥工艺2.厌氧堆肥化优点：厌氧消化过程——三个阶段2、第二阶段(产酸阶段)：在产氢、产乙酸菌和同型乙酸菌作用下，把第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。3.第三阶段(产甲烷阶段)：通过两组不同的产甲烷菌作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或者乙酸脱羧产生甲烷。三阶段厌氧消化模式(二)卫生填埋法(SanitaryLandfill)好氧分解阶段微生物利用垃圾空隙中的空气进行好氧分解。厌氧分解不产甲烷阶段微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌的繁殖速度大于产甲烷细菌。厌氧分解产甲烷阶段当还原状态达到一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至55℃时，进入稳定产气阶段。稳定产气阶段此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷。四.生物技术与环境污染监测1.指示生物(IndicatorOrganism)发光细菌在适当条件下能发射出肉眼可见的蓝绿色光，当发光细菌与水样中有毒物质接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭，在一定毒物浓度范围内，有