环境生物技术名词解释总结.doc

名词解释1、硝化作用：由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程2、反硝化作用：异养微生物在无分子氧条件下将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为气态氮或氮氧化物。 3、生物修复：利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程。4、固体废弃物：指在社会生产、流通、消费等一系列过程中产生的一般不再具有进一步使用价值而被丢弃的以固态和泥状存在的物质5、有机废气生物净化：利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其它养分，经代谢降解，转化为简单的无机物(CO2、水等)及细胞组成物质。 6、合成洗涤剂：是由表面活性剂(烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠)和各种助剂(三聚磷酸钠)、辅助剂配制而成的一种洗涤用品7、植物固定：利用植物及一些添加物质使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，使金属对生物的毒性降低。8、植物挥发：利用植物去除环境中的一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后，又将其转化为气态物质，释放到大气中。9、植物吸收：利用能耐受并能积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并储存在植物体的地上部分。10、生物冶金：某些微生物能有效地把金矿、铜矿和铁矿中的金属选择性地溶解，这一过程称为生物浸取，或称为生物冶金 11、清洁生产：将综合预防的环境策略持续应用于生产过程和产品中，以减少对人类和环境的风险。12、单细胞蛋白（single cell protein,SCP）：是通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质，又称微生物蛋白。包括细菌、放线菌中的病原菌、酵母菌、霉菌和微型藻类等。1、 生物脱氮的基本原理废水中氮的主要形式是有机氮化合物： 蛋白质、氨基酸和氨氮细菌，放线菌和真菌都有氨化能力，称为氨化菌。有机氮通过氨化作用转化为氨氮生物脱氮过程： (1)通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮 (2)再通过反硝化反应将硝酸盐氮转化为气态氮从水中逸出2、硝化过程(1)亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2-)(2)硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3-)3、反硝化细菌(兼性厌氧)： 假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属和无色杆菌属等4、废水中磷的生物去除的两种途径： 、 生物细胞合成中吸收部分磷 、微生物以聚磷酸盐(poly-P)的形式超量储存磷5、聚磷菌(PAOs)在厌氧与好氧区的代谢厌氧区：当废水与活性污泥混合时，聚磷菌(PAOs) 可以通过水解体内储存的聚磷提供厌氧摄取磷的能量。因此，聚磷菌(PAOs)摄取碳源并以聚羟基烷酸盐(PHAs)的形式储存，同时降解体内的聚磷释放正磷酸盐； 好氧区：聚磷菌(PAOs)进行好氧生长，利用储存的聚羟基烷酸盐(PHAs)作为碳源和能源，摄取正磷酸盐将其转化为聚磷酸盐。6、生物除磷工艺所有生物除磷工艺的一个共同特征： 设置厌氧区，供聚磷菌(PAOs)吸收基质，产生选择性增殖 多数污水除磷工艺构造基于硝化和反硝化的考虑，使系统在硝化的情况下保证良好除磷 主流除磷工艺：厌氧池在污水水流方向上，磷的最终去除通过剩余污泥排放实现。包括Bardenpho系列、A/O系列、SBR系列 测流除磷工艺：厌氧池不在污水的主流方向上，大部分磷通过化学沉淀去除。以Phostrip工艺为代表。7、生物修复技术基本内容 生物修复的定义：利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程。 生物修复的目的：去除环境中的污染物，使其浓度降至环境标准规定的安全浓度之下 应用：分解石油及石油制品，多环芳烃(PAHs)，氯代烃如三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)，氯代芳烃等 应用生物修复技术的主要原因是价格因素。尽管任何一项污染物去除或降解技术都是较昂贵的，但生物处理相对较便宜8、生物修复技术的分类 、 原位生物修复 污染土壤不需移动，污染地下水不需用泵抽至地面 优点：处理费用低 缺点：处理过程比较困难、异位生物修复 通过某些方法将污染介质转移到污染现场附近或之外，再进行处理。 优点：处理过程容易控制 缺点：污染物搬动费用较大，反应器的加工制造、控制系统的设置也会增加费用9、土壤污染的生物修复技术：原位生物处理 、土地处理 天然土壤中存在丰富的微生物种群，具有多种代谢活性，因此处理污染物的一个简单方法是依靠土著微生物的作用将污染物分解或去除，这种方法称为土地处理。 应用：石油工业废弃物处理、含防腐油土壤、各类工业废弃物如食品加工，纸浆及造纸、鞣革业等的废弃物的处理 当土著微生物不具有污染物降解能力或其数量较少，可在污染场地投加具有分解活性的微生物，这种方法称为生物强化、植物修复 直接或间接利用高等植物分解有机物的技术被称为植物修复技术。 可用于土壤、某些情况下浅层沉积物中化合物的生物修复。 植物修复过程包括植物对污染物的吸收，及植物根部和根部附近土壤中微生物对污染物的分解 优点：费用与其它生物处理技术相比较低。当污染土壤的深度在1-2m或更深一些时，此技术有相当保证性 缺点：速率较低，需要时间长、生物通风及生物喷雾 生物通风：是在土壤含水层之上，即不饱 和层通入空气，为好氧微生物提供最终电 子受体。一般做法是在污染场地上打井， 通入空气或抽真空 应用：碳氢化合物的生物修复，含燃 料油、发动机油、单一芳香烃土壤的 生物修复 生物喷雾：与生物通风类似的技术，不同的是将空气通入地下水位以下，即通入饱和层。通入空气的目的不仅是提供氧，还要将饱和土层内的挥发性有机物转移到不饱和土层内，使之在微生物的作用下得到降解。此外，一部分有机物在饱和层内通入空气的状态下得到降解 应用：降低土壤中JP-4喷气燃料的浓度10、土壤污染的生物修复技术：异位生物修复 、特制生物床反应器 由供水及营养物喷淋系统、土壤底部的防渗衬层、渗滤液收集系统及供气系统等构成衬层及渗滤液收集系统可防止污染物或代谢产物中间产物被渗流水带入地下，污染地下水。渗滤液送到附近及其它生物反应器内进一步处理。 处理对象：多环芳烃、BTEX(苯、甲苯、乙基苯、二甲苯)、或多环芳烃与BTEX的混合物、泥浆反应器 将污染土壤与液体混合起来形成泥浆，引入反应器进行处理。 泥浆反应器可以是具有防渗衬层的简单水塘，也可是精细设计制造的反应器，污染物在其中混合，与活性污泥法反应器类似。 处理对象：多环芳烃PAHs、杂环化合物、杂酚油中的酚、土壤堆积 土壤堆积也称为生物堆积，是一种略微复杂的土壤修复技术。 将含污染物的土壤挖据出来，堆放在不透水的衬层上，衬层可以截留渗滤液。 在堆放的土壤中设置通气管道，通入空气或氧气或抽真空以促进污染物的好氧降解 含有营养物质的液体施用于土壤表面，以促进微生物活性，渗滤液被收集并循环于堆积土壤中 如果被处理的化合物或代谢产物是挥发性且具有毒性，则需采用一些方法，如活性炭吸附法收集释放气体、堆肥 堆肥是将污染物质与一些自身容易分解的有机物，如新鲜稻草、木屑、树皮、用作家禽饲料的稻草等堆放，并加入氮、磷及其它无机营养物质。 堆放的形状一般是长条状，也可将物料放入具有曝气设备的容器内，保持湿度，通过机械搅拌或某种供气设备提供氧气 曝气可通过简单的鼓风机实现，也可在堆放物料底部设置布气系统。如果曝气会引起挥发性有毒气体释放，则必须设置气体吸收装置，防止污染空气。11、固体废弃物中可以好氧分解的组分纤维素、半纤维素、木质素、葡聚糖和果聚糖、脂肪类有机分子。 代谢过程需要多种酶的协同作用及微生物的共代谢作用。代谢过程中由于多种微生物的参加及固体废弃物成分的多样化而十分复杂12、有机废气生物净化与废水生物处理过程的最大区别 废气中的有机物质首先要经历由气相转移到液相(或固体表面液膜)中的传质过程，然后在液相(或固体表面生物层)被微生物吸附降解13、农药分子结构与微生物降解的关系 农药因其在分子结构及理化性质方面的不同，对生物降解的敏感性差别很大、 苯环上连接的氯原子数目和位置影响生物降解：、苯环上取代氯的数目越多，降解越困难、苯环上间位取代的类型最难降解14、降解农药的活性微生物 活性微生物主要以转化和矿化两种方式，通过胞内或胞外酶直接作用于环境中的农药 矿化作用是清除环境中农药污染的最佳方式，但目前的研究表明，自然界中此类微生物的种类和数目还相当缺乏 转化作用相当普遍，某一特定种属以共代谢的方式实现对农药的转化作用，同一环境中的其它微生物则以联合代谢的方式最终完成对它的完全降解 采用基因工程技术定向选育遗传工程菌株，可实现农药降解菌的构建 目前农药的代谢和降解途径还没有被完全研究清楚15、合成洗涤剂 用途广泛：用于家庭生活及工农业生产 使用后大部分以乳化胶体状废水排入自然界 合成洗涤剂分类(根据表面活性剂在水中的电离性状): 阴离子型、阳离子型、非离子型和两性电解质型 我国近年来生产的合成洗涤剂多属阴离子表面活性剂，以直链烷基苯磺酸钠(LAS)为主，产量占合成洗涤剂总产量90%左右16、石油组分中一般烷烃的生物降解 烷烃的降解途径： 单一末端氧化、双末端氧化(-氧化)、亚末端氧化 烷烃的分解通常从一个末端的氧化形成醇开始，然后继续氧化形成醛和羧酸 羧酸经过-氧化形成乙酸乙酰辅酶A，羧酸链不断减短，形成两个碳的乙酸 乙酸从烷烃链上分离，经中心代谢途径分解为CO2。 支链的存在会增加微生物氧化降解的阻力17、石油组分中环烷烃的生物降解 没有取代基的环烷烃是原油的主要成分，对微生物的降解抗性较大，能在环境中滞留较长时间。 尽管环境中广泛存在环烷烃，自然界中却几乎没有利用环烷烃生长的微生物，但环烷烃的共代谢现象普遍存在： 环烷烃被一种微生物代谢形成的中间产物，如烷醇或烷酮可以作为其它微生物的生长基质，进一步开环 具有碱基取代基的环烷烃可以作为微生物生长基质18、煤炭中硫存在的形式煤炭是我国主要的一种一次能源，煤中含硫量为0.25%7%19、煤炭脱硫微生物 对煤炭中黄铁矿硫最有效的脱硫菌种： 氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌对煤炭中有机硫最有效的脱硫菌种： 假单胞菌属的CB1和硫化叶菌属的嗜酸热硫化叶菌20、微生物助浮脱硫法的原理 微生物能选择性地粘附在矿石和黄铁矿表面，此过程一般在15min内，一般吸附在矿物的晶格凹陷处。 当煤破碎至一定粒度时，大部分的黄铁矿从煤中解离出来，由于在选煤过程中，煤粒和黄铁矿都具有疏水性，能附着在空气泡上，故能产生共浮，使煤脱硫。 微生物浮选法脱硫技术是将氧化铁硫杆菌应用于煤的浮选体系中，如在浮选柱中加入该细菌后，因为微生物的亲水性和微生物的迅速粘附，黄铁矿表面由疏水性变为亲水性。因此，煤的浮选过程中，黄铁矿不能附着在空气泡上，失去浮选性能。21、微生物助浮脱硫过程22、木聚糖酶 利用木聚糖酶可以提高纸浆的可漂性，木聚糖酶几乎对所有类型的纤维都有助漂作用 木聚糖酶可用于纸浆在漂白前的预处理阶段。在漂白木浆时应用木聚糖酶，可以降低二氧化氯用量，提高白度，减少AOX(可吸收有机卤化物)的产生量。 木聚糖酶处理阔叶木浆和针叶木浆，可分别节约有效氯20%25%和15%20% 北美和欧洲许多硫酸盐浆厂的工业性实验表明，经木聚糖酶预处理可降低化学浆漂白成本达20%，可降低漂白负荷5%20%23、木质素直接降解实现生物漂白 研究发现纸浆白度的提高与真菌作用过程中所产生的木质素降解酶有关，近年来，利用各种木质素酶进行生物漂白的研究迅速兴起 研究目标：利用木质素酶对木质素的直接作用实现生物漂白 许多实验室在研究非木聚糖酶的漂白用酶： 木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶和纤维二糖脱氢酶等 白腐真菌主要分泌3种与木质素降解相关的氧化性酶，均可直接降解木质素，包括漆酶(laccase)、锰过氧化物酶(Mn P)、木质素过氧化物酶(Lip)24、矿冶生物技术微生物湿法冶金 微生物在冶金过程中的作用： 微生物浸出 、微生物氧化 、微生物吸附与累积 应用于微生物冶金的微生物包括细菌、真菌、藻类和霉菌等细菌是其中研究最深入，应用最广泛的一类微生物25、生物合成替代化工合成：清洁生产 清洁生产是一项实现经济与环境协调持续发展的环境策略 对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前减少它们的数量和毒性 对产品而言，清洁生产的战略重点是在产品的整个生命周期过程中，即从原材料获取到产品的最终处置过程，减少各种不利影响26、能源的分类不可再生能源：煤炭、石油、天然气可再生能源：风能、水能、地热能、生物质能、太阳能、海洋能27、能源利用的总趋势纵观人类利用能源的历史，可以发现，能源利用的总趋势是从高碳低氢的燃料转向低碳高氢的燃料 利用生物技术提高不可再生能源的开采率及创造更多的可再生能源将是今后能源生产的有效技术之一28、硝酸盐还原菌 从油藏分离得到的硝酸盐还原菌大都为新属： 专性厌氧菌： 还原硝酸盐，也可以发酵若干种糖类化合物和有机酸 兼性厌氧菌： 在氧或硝酸盐存在的条件下，利用有机酸(如延胡索酸、丙酮酸、琥珀酸、甲酸)生长 油藏中硫酸盐还原菌生长产生H2S，会导致油气品质降低。向油藏中注入硝酸盐和硝酸盐还原菌或激活土著硝酸盐还原菌，可以抑制硫酸盐还原菌的生长，并可以生物转化已存在的H2S29、微生物二次采油的基本原理 微生物采油的目的：利用微生物技术获得更多的石油开采量 、利用微生物能在油层中发酵并产生大量的酸性物质及H2、CO2和CH4等气体的生理特点，微生物产气可增加地层压力，提高采油率。 、微生物产生的酸性物质可溶于原油中，降低原油的粘度，使原油能从岩石缝隙中流出而聚集，便于开采 、微生物还可产生表面活性剂，降低油水的表面张力，把高分子碳氢化合物分解成短链化合物，使之更加容易流动，避免堵住油井输油通道30、微生物三次采油的基本原理、利用微生物分子生物学技术，来构建能产生大量CO2和甲烷等气体的基因工程菌株，或选育能提高产气量的高活性菌株 、把这些菌体连同它们所需的培养基一起注入到油层中，让这些工程菌能在油层中能够产生气体，增加井压 、另外，这些菌体还能分泌高聚物，糖酯等表面活性剂，降低油层表面张力，使原油从页岩中、沙土中松开，粘度减低，从而提高采油量31、地层堵塞的形成 地层堵塞是降低采油量的一种常见现象，原因是在注入油田的水中含有各种各样的微生物，其中能利用石油的微生物种类较多，加上油田中存在着某些微生物生长的良好环境，因而大量菌体繁殖及菌体代谢产物的沉积，造成了地层渗透率发生变化，影响产油量，还可能使得整个油井报废 影响地层渗透率的主要菌群： 硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌、硫细菌等 （其中影响最大的是硫酸盐还原菌 ）硫酸盐还原菌将硫酸盐还原成H2S。H2S与亚铁结合生成Fe S黑色沉淀。此外，硫酸盐还原菌能作用于硫酸盐和含钙盐类生成白色硫酸钙沉淀，引起地层堵塞现象。32、地层堵塞的消除 消除微生物所造成的地层堵塞的有效方法：酸化法 、在注入油田的水中加入能产酸并能在地层发酵生长的微生物，通过微生物代谢产酸来消除地层堵塞现象。 、也可用产酸菌大量发酵含酸性的代谢产物，例如柠檬酸、硫酸等，然后将酸性物质加入到将注入油田的水中，提高注入水的酸度，从而减轻堵塞现象，提高采油率33、利用纤维素生产乙醇的发酵工艺 纤维素生产乙醇涉及两个主要步骤： 、纤维素糖化： 由纤维素酶参与完成，属于蛋白层次上的酶反应，是生物转化制乙醇的限速步骤 、乙醇发酵： 由酵母菌参与完成，属于活细胞层次上的微生物反应，相对而言是一种成熟的技术34、同时糖化和发酵法(SSF)为降低酒精生产成本，1970s开发了同时糖化和发酵工艺(SSF) 利用一种可产生纤维素酶的微生物和酵母在同一容器中连续进行纤维素的糖化和发酵，除水解和发酵在一个容器内进行以外，同时糖化和发酵过程的顺序与单独水解和发酵过程实际上是相同的35、同时糖化和发酵(SSF)工艺的优势 、纤维素水解后产生的葡萄糖可以不断地用于发酵。由于发酵罐内纤维素水解速率远远低于糖发酵速率，因此酵母和酶的同时存在会使容器内糖的累积降到最低，降低或消除了高浓度葡萄糖对纤维素酶活性的产物抑制，提高了水解效率。但与此同时却带来了乙醇对纤维素酶的抑制 、与单独水解和发酵过程相比，SSF的生产速度、产量和乙醇的浓度都较高。此外，还减少了容器的数量，降低了杂菌污染的机会。36、同时糖化和发酵(SSF)工艺存在的问题 主要的问题：水解和发酵所需的最佳温度不能匹配 水解的最佳温度 ：45C50C 发酵的最佳温度：28C30C 在同一个特定的反应器中，要解决生物过程中普遍存在的中间产物与最终产物的反应条件相互制约，难以协调以致不能完成预计过程的矛盾，是十分困难的 在实际工艺中，SSF常在35C38C下操作，使得酶的活性和发酵速率都不能达到最大 另外，酒精浓度高也会抑制酶的活性 三种工艺中，同时糖化和发酵法SSF是最有前途的生产低成本燃料乙醇的技术路线37、微生物燃料电池 解决当前日趋严重的环境污染问题和探寻新的产能方式，是关系人类社会可持续发展的两大根本问题。微生物燃料电池作为一种具有应用前景的可再生能源生物技术，正日益受到人们的关注 微生物燃料电池