生物技术与环境

1、第第7 7章章 生物技术与环境生物技术与环境 污水处理污水处理 大气净化大气净化 固体废弃物的生物处理固体废弃物的生物处理 生物技术与环境污染监测生物技术与环境污染监测地球总水量地球总水量13.913.9亿立方千米，三分之二被水覆盖。亿立方千米，三分之二被水覆盖。咸水咸水97.5%2.5%冰帽和冰川冰帽和冰川地下水地下水易得的江河湖易得的江河湖淡水不到总淡淡水不到总淡水量水量1%中国水资源问题：中国水资源问题：南多北少，东多西少、时多时少、南多北少，东多西少、时多时少、总量多人均少亩均少。总量多人均少亩均少。水水 资资 源源 问问 题题一一. . 污水处理污水处理表示水污染的几个指标：表示水污

2、染的几个指标：p (1)(1)生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD)：表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，常用单位为水中有机物所消耗的游离氧的数量，常用单位为mgmgL L，这是一种间接表示这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。水被有机污染物污染程度的指标。在在2020和在和在BODBOD的测定条件的测定条件( (氧充足、不搅动氧充足、不搅动) )下，以五日作为测定下，以五日作为测定BODBOD的标的标准时间，称之为五日生化需氧量，以准时间，称之为五日生化需氧量，以BODBOD5 5表示。表示。p (

3、2)(2)化学需氧量化学需氧量(COD)(COD)：用强氧化剂用强氧化剂重铬酸钾，在酸性条件下能够将重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物氧化为有机物氧化为H H2 2OO和和COCO2 2，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量(COD)(COD)。CODCOD能够比较精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，能够比较精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，因此多作为工业废水的污染指标。因此多作为工业废水的污染指标。p (3)(3)总需氧量总需氧量(TOD)(TOD)：有机物主要是由碳有机物主要是由碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、氮、氮(

4、N)(N)、硫、硫(S)(S)等元素等元素所组成。当有机物完全被氧化时，所组成。当有机物完全被氧化时，C C、H H、NN、S S分别被氧化为分别被氧化为COCO2 2、H H2 2OO、NONO和和SOSO2 2，此时的需氧量称为总需氧量，此时的需氧量称为总需氧量(TOD)(TOD)。1. 1. 氧化塘法氧化塘法(Oxidation Pond)(Oxidation Pond)又称稳定塘，是利用藻类又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。系统。氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类氧化塘的净化原理是利用了细菌与

5、藻类的互生关系。的互生关系。p 藻类进行光合作用释放氧气；藻类进行光合作用释放氧气；p 细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物；细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物；p 分解产物中的分解产物中的COCO2 2、NN、P P等无机物以及一部分小分子有机等无机物以及一部分小分子有机物成物成 为藻类的营养源；为藻类的营养源；p 增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。氧化塘内的生物学过程氧化塘内的生物学过程藻类细菌衰亡细胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀的固体处理出水O2 风阳光（厌氧性）（兼性）有机物微生物有机酸、醇等微生物CH4CO2

6、NH3等位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等。衣藻属、眼虫藻属等。大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无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。底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。等。2. 2. 人工湿地处理系统法人工湿地处理系统法每年在足够长的时间内均具有前的表面水层每年在足够长的时间内均具有前的表面水层,能能维持大型水生植物生长的生态

7、系统。维持大型水生植物生长的生态系统。根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。废水。净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处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。理厂难以去除的营养元素净化效果好。芦苇湿地处理系统芦苇湿地处理系统3. 3. 污水土地处理系统污水土地处理系统(Land Treatment System)(Land Treatment System)利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，同时利用能力来处理已经经

8、过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。程设施。污水的预处理设施，污水的调节与储存设施，污水的污水的预处理设施，污水的调节与储存设施，污水的输送、布水和控制系统，土地处理面积，排出水收集输送、布水和控制系统，土地处理面积，排出水收集系统。系统。净化机理包括：土壤的过滤截留、物理和化净化机理包括：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。生物的摄取等作用。v 土地处理系统要求对污水进行必要的预处理，去除污水中有害物土地处理系统要

9、求对污水进行必要的预处理，去除污水中有害物质。质。v 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。照农作物的需要进行灌溉。v 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，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。有效的控制了污水对地下水可能造成的污染。v 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；污灌的土木、青饲料等经济作

10、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。地常以粮食、蔬菜等农作物为主。4. 4. 活性污泥处理法活性污泥处理法 活性污泥活性污泥 污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为以好氧菌为主体主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是体就是活性污泥活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机

11、物和微生物自身代谢的残留物。的有机物和微生物自身代谢的残留物。 根据生物反应器中微生物存在状态根据生物反应器中微生物存在状态( (悬浮，附着悬浮，附着) )可将污水生可将污水生物处理技术分为物处理技术分为活性污泥法活性污泥法( (悬浮的有活性的生物絮体悬浮的有活性的生物絮体) )和和生物膜生物膜法法( (附着的有活性的生物膜附着的有活性的生物膜) )，及后来的，及后来的复合式复合式( (悬浮，附着悬浮，附着) )生物生物处理、技术。处理、技术。 基本流程基本流程 污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池：微生物降解有机：微

12、生物降解有机 物的反应场所物的反应场所2.二沉池二沉池：泥水分离：泥水分离3.污泥回流污泥回流：确保曝气池内：确保曝气池内 生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气：为微生物提供溶解：为微生物提供溶解 氧，同时起到搅拌氧，同时起到搅拌 混合的作用。混合的作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机的空气机的空气剩余污泥剩余污泥污泥井污泥井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水活性污泥法的基本工艺流程活性污泥法的基本工艺流程活性污泥法的基本流程活性污泥法的基本流程 1. 1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物污水中有足够的

13、可溶解性易降解有机物 2.2.混合液中含有足够的溶解氧混合液中含有足够的溶解氧 3. 3. 活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态 4.4.活性污泥连续回流活性污泥连续回流 5.5.及时排除剩余污泥及时排除剩余污泥 6.6.没有对微生物有毒害作用的物质进入没有对微生物有毒害作用的物质进入活性污泥法处理系统有效运行得基本条件活性污泥法处理系统有效运行得基本条件活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的过程 活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的泥在与废水初期接触的202030min3

14、0min内，就可以去除内，就可以去除75%75%以上的以上的BODBOD，在，在于活性污泥具有巨大的表面积于活性污泥具有巨大的表面积(200010000m(200010000m2 2/m/m3 3), ),且其表面具有多糖且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物

15、质8020内源代谢内源代谢厌氧生物处理的特点厌氧生物处理的特点 与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：以下主要优点： 能耗降低，而且还可以回收生物能能耗降低，而且还可以回收生物能( (沼气沼气) )；因为厌氧生物处；因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了 能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同 时，还会产生大量的沼气。时，还会产生大量的沼气。 污泥产量很

16、低。污泥产量很低。 厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分 降解；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行降解；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行 处理可以获得更好的处理效果。处理可以获得更好的处理效果。 厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。 厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pHpH等环境因素等环境因素非常非常 敏感。敏感。 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厌氧生物处理出水

17、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；进行进一步的处理； 厌氧生物处理的气味较大；厌氧生物处理的气味较大； 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。在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。主要缺点：主要缺点：5. 5. 生物膜处理法生物膜处理法生物滤池的构造生物滤池的构造 生物滤池由生物滤池由滤床滤床、布水装置布水装置和和排水系统排水系统三部分组成。三部分组成。n池壁池壁n滤料滤料n布水系统布水系统n排水系统排水系统二二. . 大气净化大气净化p什么是大气污染物的微生物处理？什么

18、是大气污染物的微生物处理？ 指利用微生物的生物化学作用，使大气污染物分解。转指利用微生物的生物化学作用，使大气污染物分解。转化为无害或少害物质。目前主要用来净化有机污染物特化为无害或少害物质。目前主要用来净化有机污染物特别是脱除臭味。别是脱除臭味。p废气微生物处理的特点废气微生物处理的特点 设备简单、能耗低、不消耗有用的原料、安全可靠、无设备简单、能耗低、不消耗有用的原料、安全可靠、无二次污染等。二次污染等。p废气生物处理的两个阶段废气生物处理的两个阶段 污染物由气相转入液相或固相表面的液膜中；污染物由气相转入液相或固相表面的液膜中； 污染物在液相或固相表面被微生物降解。污染物在液相或固相表面

19、被微生物降解。煤炭的微生物脱硫煤炭的微生物脱硫p 细菌浸出法细菌浸出法 利用微生物把煤炭中不同类型的硫分解成可溶性铁利用微生物把煤炭中不同类型的硫分解成可溶性铁盐和硫酸后滤出煤粉。盐和硫酸后滤出煤粉。p 表面改性法表面改性法 利用细菌的氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性利用细菌的氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性质质( (疏水性疏水性) )，提高分离能力，从而将黄铁矿从煤中，提高分离能力，从而将黄铁矿从煤中脱除。脱除。微生物对无机废气的处理微生物对无机废气的处理 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。养菌如硝化细菌、

20、硫化细菌和氢细菌等。 适合于微生物处理的无机废气污染组分主要有：适合于微生物处理的无机废气污染组分主要有：氨和硫化氢。氨和硫化氢。 例如：硫化氢的生物处理例如：硫化氢的生物处理微生物对有机废气的处理微生物对有机废气的处理p 微生物吸收法微生物吸收法(Microorganism Absorption)(Microorganism Absorption) 原理：利用微生物、营养物和水组成的吸收液处理废气，适原理：利用微生物、营养物和水组成的吸收液处理废气，适合于处理可溶性的气态污染物。合于处理可溶性的气态污染物。 装置：由吸收器装置：由吸收器( (物理溶解过程物理溶解过程) )和废水反应器和废水反

21、应器( (生物处理过程生物处理过程) )两部分组成。两部分组成。p 微生物洗涤法微生物洗涤法(Microorganism Wash)(Microorganism Wash) 利用污水厂剩余污泥配制混合液作为吸收剂处理废气，对脱利用污水厂剩余污泥配制混合液作为吸收剂处理废气，对脱除复合型臭气效果较好。除复合型臭气效果较好。p 微生物过滤法微生物过滤法(Microorganism Adsorption)(Microorganism Adsorption) 利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物。利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物。 包括以下类型：堆肥滤池、土壤滤池、微生物过滤箱包括以下

22、类型：堆肥滤池、土壤滤池、微生物过滤箱吸收设备填料塔吸收设备填料塔三三. . 固体废弃物的生物处理固体废弃物的生物处理 生物处理就是以固体废物中的可降解有机物或生物处理就是以固体废物中的可降解有机物或其它组分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定其它组分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。有机物是固体废物污染的重要来源有机物是固体废物污染的重要来源p固体废弃物的分类固体废弃物的分类p固体废弃物处理的基本原则：固体废弃物处理的基本原则： 无害化、减量化、资源化无害化、减量化、资源化p固体废弃物的微生物处理的主要方法：固

23、体废弃物的微生物处理的主要方法： 堆肥法堆肥法 卫生填埋法卫生填埋法 厌氧发酵法厌氧发酵法( (厌氧堆肥化厌氧堆肥化) )p堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，有控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。的腐殖质的生物化学过程。( (一一) )堆肥法堆肥法 堆肥化堆肥化 好氧堆肥化是以好氧菌为主对废物中的有机好氧堆肥化是以好氧菌为主对废物中的有机物进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把物进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一部分有机物氧化成简单的无机物，并释放一部分有机物氧化成简单的无机物，并

24、释放出能量，把另一部分有机物转化合成为新的出能量，把另一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。生物体。好氧堆肥化微生物好氧堆肥化微生物 堆肥中含有的微生物堆肥中含有的微生物种类主要有种类主要有细菌、真细菌、真菌和放线菌菌和放线菌，堆肥过，堆肥过程中，随有机物的降程中，随有机物的降解，堆肥微生物在数解，堆肥微生物在数量和种群上会发生变量和种群上会发生变化。高温阶段会出现化。高温阶段会出现较多的真菌。较多的真菌。(1)(1)中温阶段中温阶段p嗜温性微生物比较活跃，主要利用堆肥中可嗜温性微生物比较活跃，主要利用堆肥中可溶性有机物进

25、行繁殖，并释放出能量，温度溶性有机物进行繁殖，并释放出能量，温度不断上升。不断上升。p当堆温升高到当堆温升高到4545以上即进入高温阶段，嗜热性微生物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、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。纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。(2)(2)高温阶段高温阶段p在此阶段，只剩下部分较难降解的有机物和新形成在此阶段，只剩下部分较难降解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降至中温，并最终过渡到环境温度度下降至中温，

26、并最终过渡到环境温度(3)(3)降温阶段降温阶段p一般采用露天强制通风垛，一般采用露天强制通风垛，当一批物料堆积成垛后，不当一批物料堆积成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后运出。料腐熟后运出。p缺点是有机物和微生物分布缺点是有机物和微生物分布不均匀，局部会发生厌氧。不均匀，局部会发生厌氧。p采用间歇翻堆的强制采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料通风垛或间歇进出料的发酵仓，将物料批的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。量地进行发酵处理。p堆肥装置有垛体、长堆肥装置有垛体、长方形池式发酵仓、立方形池式发酵仓、立筒形发酵仓等。筒形发酵仓等。p 是一种发酵时间更短的动态二次

27、发酵技术，采取连续是一种发酵时间更短的动态二次发酵技术，采取连续进料和连续出料的方式进行，物料在发酵装置内处于进料和连续出料的方式进行，物料在发酵装置内处于连续翻动状态下，组分易于混合均匀，形成空隙利于连续翻动状态下，组分易于混合均匀，形成空隙利于通风、水分蒸发迅速，使发酵周期缩短。堆肥装置有通风、水分蒸发迅速，使发酵周期缩短。堆肥装置有达诺筒和浆叶式发酵塔等。达诺筒和浆叶式发酵塔等。 厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为CHCH4 4、COCO2 2和稳定物质的生物

28、化学过程。和稳定物质的生物化学过程。1 1、第一阶段、第一阶段( (水解阶段水解阶段) )：在水解与发酵细菌作用下，大在水解与发酵细菌作用下，大分子有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪，经水解与发酵分子有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪，经水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。p水解与发酵细菌水解与发酵细菌 ：纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌质分解菌、脂肪分解菌p原生动物：原生动物：鞭毛虫、纤毛虫、变形虫鞭毛虫、纤毛虫、变形虫p真菌：真菌：毛霉、根霉、曲霉毛霉、根霉、曲霉2 2、第

29、二阶段、第二阶段( (产酸阶段产酸阶段) )：在产氢、产乙酸菌和同型乙酸菌在产氢、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。作用下，把第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。p产氢、产乙酸菌产氢、产乙酸菌：将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧化碳、氢气。化碳、氢气。p 同型乙酸菌同型乙酸菌：将二氧化碳、氢气转化为乙酸；将甲酸、甲将二氧化碳、氢气转化为乙酸；将甲酸、甲 醇转化为乙酸。醇转化为乙酸。3. 3. 第三阶段第三阶段( (产甲烷阶段产甲烷阶段) )：通过两组不同的产甲烷菌作用，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

30、或者乙酸脱羧产生甲烷。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三阶段厌氧消化模式( (二二) )卫生填埋法卫生填埋法(Sanitary Landfill)(Sanitary Landfill)p 什么是卫生填埋法？什么是卫生填埋法？ 指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层( (一般厚度一般厚度2.52.53.0m)3.0m)和覆土层和覆土层( (一般厚度为一般厚度为0.20.20.3m)0.3m)构成一个填埋单元，构成一个填埋单元，由一系列填埋单元构成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上由一系列填埋单元构成一个填埋层

31、，当填埋至设计高度后再盖上一层一层0.90.91.2m1.2m的土壤，压实后就得到了一个完整的卫生填埋场。的土壤，压实后就得到了一个完整的卫生填埋场。覆土层废物层第二层第一层不透水层夯实粘土卫生填埋场示意图卫生填埋场示意图p 好氧好氧分解阶段分解阶段 微生物利用垃圾空隙中的空气进行好氧分解。微生物利用垃圾空隙中的空气进行好氧分解。p 厌氧分解不产甲烷阶段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。大于产甲烷细菌

32、。p 厌氧分解产甲烷阶段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，坑内温度升至当还原状态达到一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至5555时，进入稳定产气阶段。时，进入稳定产气阶段。p 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。此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷。填埋坑内微生物活动过程的四个阶段填埋坑内微生物活动过程的四个阶段四四. . 生物技术与环境污染监测生物技术与环境污染监测 生物与其生存环境之间存在着相互影响，相互制约，相生物与其生存环境之间存在着相互影响，相互制约，相互依存的密切关系，生物需要不断地直接或间接从环境互依存的密切关系，生物需要不断地直接或间接从环境

33、中吸取营养，进行新陈代谢，维持自身生命。中吸取营养，进行新陈代谢，维持自身生命。 当环境受到污染后，生物在吸收营养的同时，也吸收了当环境受到污染后，生物在吸收营养的同时，也吸收了污染物质，并在体内迁移、积累，从而遭受污染，受到污染物质，并在体内迁移、积累，从而遭受污染，受到污染的生物，在生态、生理和生化指标，污染物在体内污染的生物，在生态、生理和生化指标，污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，可的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，可以利用这些变化来反映和度量环境污染的程度。以利用这些变化来反映和度量环境污染的程度。1. 1. 指示生物指示生物 (Indicator

34、 Organism)(Indicator Organism)p被用来监测评价环境质量及其变化、污染程度的生物被用来监测评价环境质量及其变化、污染程度的生物称作指示生物。称作指示生物。p已用指示生物作为监测气象、水土、周围环境污染程已用指示生物作为监测气象、水土、周围环境污染程度。度。p现在所指的指示生物包括自然指示生物、活性污泥指现在所指的指示生物包括自然指示生物、活性污泥指示生物和有毒物质指示生物等。示生物和有毒物质指示生物等。 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光细菌与

35、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，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因为可使内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因为可使用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的浓度。的浓度。 发光细菌作为毒性检测的生物学方法，因其简便、快速、灵发光细菌作为毒性检测的生物学方法，因其简便、快速、灵敏且成本较低而受到重视。敏且成本较低而受到重视。 市场上已有专门利用发光细菌法原理的生物毒性市场上已有专门利用发光细菌法原

36、理的生物毒性( (污染污染) )测定测定仪仪 。应用举例：应用举例：发光细菌发光细菌 细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使用细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使用鼠沙门氏鼠沙门氏伤寒杆菌伤寒杆菌称为称为AmesAmes试验，这种细菌的野生型即原养型试验，这种细菌的野生型即原养型能自行合成能自行合成组氨酸组氨酸或或色氨酸色氨酸和和乳糖乳糖，其突变体则缺乏，其突变体则缺乏这些能力，在相应的营养缺乏培养基中不能生长，若这些能力，在相应的营养缺乏培养基中不能生长，若在受试物的作用下，能生长成菌株，则说明受试物使在受试物的作用下，能生长成菌株，则说明受试物使之发生了回变。之发生了回变。 应用举例：应用举

37、例：AmesAmes试验试验S.t.his回变回变S.t.his 吸入吸入滤纸片滤纸片保温保温可疑可疑“三致三致”试样试样 鼠鼠肝匀肝匀浆浆（含羟化酶）（含羟化酶）阳性阳性阴性阴性 利用回变检测致癌剂利用回变检测致癌剂 艾姆斯试验法艾姆斯试验法鼠伤寒沙门氏菌的鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型组氨酸营养缺陷型2. 2. 核酸探针和核酸探针和PCRPCR技术技术p全世界每年有2亿5千万人感染水源性疾病，而不同的的微生物病原体具有不同的致病剂量，因此确定水样中病原体的数量，提高检测的准确度显得十分重要。p已经发现PCR对星状病毒的检测灵敏度比电镜更高，并可鉴定这一病毒的不同血清型。p利用多链PCR技

38、术可检测非人源性E. coli的甘氨酸羧酶基因，从而可快速鉴定河流是否受到人粪便的污染。p英国人开发了一种基于PCR的E. coli检测方法可以在24小时完成对99种不同的环境水样的检测，与标准方法100%相吻合，现已列为泰晤士河的例行项目。基于基于PCRPCR技术的生物监测技术的生物监测3. 3. 生物芯片生物芯片p 生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞蛋白面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的

39、检测。的检测。p 他是继大规模集成电路他是继大规模集成电路 之后的又一次具有深远之后的又一次具有深远 意义的科学技术革命。意义的科学技术革命。生物芯片的种类生物芯片的种类Comparison of DNA Chip TechnologiesComparison of DNA Chip Technologies Sensitivity of DNA chip based assays is a function of:Sensitivity of DNA chip based assays is a function of:Probe and target DNA/RNA (Complexity)Chip surface (autofluorescence & non-spec. bkg)Attachment chemistry/methodology (hyb. efficiency & crosshyb.)Hybridization efficiency (lots of factors)Detection technology (signal type, efficiency, noise)4. 4. 生物传感器生物传感器转换器转换器敏感元件敏感元件待测物待测物是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等