环境生物技术复习总结.docx

绪论1、 环境生物技术（ enviromental biotechnology) 也称环境生物工程(enviromental bioengineering) 狭义的定义：生物技术在处理环境问题时的特定应用，包括废弃物处理、污染控制以及非生物技术的结合运用。 名词、填空2、 主要研究对象和目的 环境生物技术主要研究环境污染引起的机理、生物对环境污染的适应性即抗性机理、 利用生物技术对环境污染现象进行分析、 检测和检测的原理和方法； 利用生物技术对污染环境的控制和处理； 进行污染环境的生物修复；采用生物技术合成和生产环境友好物质。主要目的在于人类的健康、促进环境的生态平衡、有利于人类的生存和社会的可持续发展3、 环境生物技术的研究内容（填空）有学者从技术难度和理论深度的角度，提出可分为三个部分或三个层次第一层次 现代环境生物技术第二层次 指传统的生物处理技术第三层次 指利用天然处理系统进行废物处理的技术应该指出的是 , 环境生物技术中的三个层次没有重要与不重要之分3、环境生物技术的应用（填空、选择）废物生物处理技术、废水生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术以及可降解材料的生物合成技术。环境生物监测技术第一节生物监测概述生物监测：（名词解释）是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据生物监测重点个体和生态系统级的生物反应生物监测至少应具备什么条件? 对比性，有已建立的标准可供对照；重复性，按一定的标准、采用相应的方法、在一定观测点上每隔一定时间采样分析生物监测内容包括：（选择题、填空）生态环境变化生物个体急性、亚急性、慢性的毒性测定生物的生理生化分析有毒物质、污染物在生物体内循环运转的分析个体生态状况以及群落生态结构变化分析等二、生物监测的依据（名词、选择题、填空）生态系统理论是生物监测的理论基础：生态系统具有维持一定地区的系统结构与功能的能力1、生命与环境协同进化理论2、生物相对适应法则3、生物富集现象4、可比性与可重复性生物相对适应法则：（选择题、填空）稳定性、选择性、环境相关性生物富集现象：（名词解释）1、人类的干扰如某些人工合成化学物质等进入环境后；2、会通过食物链在生态系统中传递和被放大被生物吸收和富集；3、当这些物质超过生物所能承受的浓度后，将对生物乃至整个群落造成影响或损伤，并通过各种形式表现出来。生命具有共同特征：细胞构成、新陈代谢、感应性、生殖能力生物对同一环境因素变化的忍受能力有一定的范围，即不同地区的同种生物抵抗某种环境压力或对某一生态要素的需求基本相同. 生物监测特点（问答题）优点、局限综合效应性： 生物监测可反映各类污染物之间联合作用连续监测性： 能反映出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况多功能性： 能通过指示生物的不同反应症状，分别监测多种干扰效应高灵敏性：生物监测更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化局限：反应相对迟钝：不能像监测仪器那样迅速做出反应， 并在较短时间内就能获得监测结果作出判断很难定性和定量化： 不能精确地监测出环境中存在的污染物的名称和含量，它通常反映的只是环境中各污染物所反映出来的总体生物毒性水平影响因素多：指示生物同一受害症状可由多种因素造成， 增加了对监测结果判别的困难生物监测基本方法 （问答题、选择题、填空）1、指示生物法 2、现场调查法3、 现场盆栽定点监测法4、 群落和生态系统监测法5、 生物标志物检测法6、 毒性与毒理试验7、 环境流行病学调查法指示生物（名词、填空） 指环境中对某些物质（包括进入环境中的污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物指示生物法（名词、填空）是根据对环境中某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失， 来指示其所在环境中的多寡或分解程度，是最经典的生物学评价方法指示生物的基本特征 ：灵敏、代表性、具有小的差异性、具有多功能性敏感性划分 ：（选择、判断）大气污染的植物敏感性划分：三级制敏感：不能长时间生活在一定浓度的有害气体污染环境中；否则，植物的生长点将干枯；全株叶片受害普遍、症状明显，大部分受害叶片迅速脱落 ; 生长势衰弱，植物受害后生长难以恢复抗性中等：能较长时间生活在一定浓度的有害气体环境中。在遭受高浓度有害气体袭击后，生长缓慢，植株表现出慢性中毒症状，如节间缩短、小枝丛生、叶形缩小以及生长量下降等抗性强：能较正常地生活在一定浓度的有害气体环境中，基本不受伤害或受害轻微。慢性受害症状不明显。在遭受高浓度有害气体袭击后，叶片受害轻或受害后生长恢复较快，能迅速萌发出新枝叶，并形成新的树冠。指示生物选择方法 （各方法适用性、优缺点等 - 问答、选择、判断）（1） 现场比较评比法（2） 栽培或饲养比较试验法（3） 人工熏气法（4） 浸蘸法生物监测指标的选择 ：形态指标、生长指标、生理生化指标、行为学指标（填空、选择）植物群落监测法 ：（填空、选择、判断）该法是利用 植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气污染的方法。如敏感植物受害，表明大气受到污染；如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重；如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重；在严重污染地区，敏感植物不存在。在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。看课件：情况分析：根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间） ，表明该厂附近的大气已被 SO2污染。从受害程度上看，由于一些对 SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其 SO2浓度为 310ppm。地衣、苔藓监测法例如 SO2年平均浓度在 0.0150.105 mg/m3 范围内就可使地衣绝迹；浓度超过0.017 mg/m3 时大多数苔藓植物不能生存。地衣、苔藓大气生物监测指示生物的优缺点地衣、苔藓生长在树干上，可以减少土壤或水体污染的干扰。地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染物，故前者吸收污染物的量相对较多。生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。观察指标通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类数量以及内外部受害症状等指标。微核技术的应用：根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。污化带：（填空、选择、判断）将河流划分成多污带、-中污带、-中污带和寡污带微型生物群落监测法常用的方法1969年由美国学者凯思斯等人发展和创立的聚氨酯泡沫塑料块法，又称PFU法(polyurethane foam unit) 原理：用PFU法得到的原生动物群集过程是群集速度随着种类上升而下降，集群速度与种类数的交叉点就是种数的平衡点PFU法的优点：PFU法测定要点浮游植物是生态学范畴上的类群，包括所有生活在水中浮游生活方式的微小植物。通常所说的浮游植物就指浮游藻类，而不包括细菌和其他植物。特征：浮游植物含有叶绿素，能利用光能进行光合作用，是初级生产者，在水生态系统中具有重要地位。生物指数(biotic index)（名词、填空、选择、判断）是指依据不利环境因素，运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化以评价环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。生物指数法的应用特点（优缺点选择、判断、问答）特点优点：方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较；缺点：需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类数，而未考虑个体数量。应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素生物种类多样性指数理论依据：生物种类多样性指数的特点：是能够定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化的信息。种类多样性指数值越大，水质越好生物指数主要反映的生态学效应某些对污染有指示价值的生物种类出现或消失群落结构的种类组成变化群落中生物种类数在污染加重的条件下减少，在水质较好的情况下增加，但过于清洁的条件下由于食物缺乏也会导致种类数的减少组成群落的个别种群变化（如数量变化等）群落中种类组成比例的变化自养-异养程度上的变化生产力的变化微宇宙法（microcosms）微宇宙法是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法。又称为模型生态系统法（model ecosystem）研究内容：研究污染生态系统中污染物对生物和非生物组成的影响在生物和非生物组成中的分布对生物-生物和生物-非生物之间相互关系的作用研究生物和非生物组成及其过程对污染物的生物效应的影响自然微宇宙直接来自于自然生态系统的断面，如土壤核心区、河流和湖泊底部土壤等。人工微宇宙根据研究者所需研究生态系统的特征在实验室组建的人工生态系统。生物标志物检测法：生物标志物(Biomarker)（名词等）)监测和评价化学污染物的暴露及其效应中，把化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学改变称之为生物标志物(生物标志物在生物监测和评价中的作用起到“预警”系统的作用反映在特定环境中的生物体在生理上是否正常在受损生态系统的修复时，通过对生物标志物的监测，可以知道修复技术是否有效和生态系统是否恢复到正常的水平毒性与毒理试验（填空、选择、判断）即利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法发光细菌法原理：。利用污染物对革兰氏阴性兼性厌氧微生物所发射出的蓝绿光强度的影响，来判断水质受污染的情况环境流行病学：（了解）研究作用物、环境和宿主三者之间相互关系，分析患病人群与环境中的某种因子有无相关关系或因果关系，找出剂量-反应关系，从而从复杂的综合因素中推导出病因，并为制订某一致病因子的环境卫生标准提供依据，控制引起疾病或健康障碍的作用物，以达到控制发病、围遏扩散、预防发病的目的大气污染生物监测指利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气的环境质量状况。环境的基本属性具有有限的自我调节能力量度环境承载力：（填空、名词等）指某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下，所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度上的限值。它与自然界的再生能力是相匹配的，在某种意义上环境承载力也是自然在生产能力的综合表示环境预警：（填空、名词等）是建立在环境承载力或环境容量基础上，通过一些重要的自然状态指标，对大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的环境进行实时监测，并及时提供环境危险信号的警示报告生物监测在环境预警中的作用生物监测的优点：（一）水体污染的预警体系退化水体的生物监测自动预警系统：是利用生物敏感性对污染源排放的废水和地表水的水质变化进行连续监测、传输和数据处理的一种检测系统。（二）陆地环境退化的预警生态监测：是以地面网络式观测、试验为主，收集大范围内具有生命支持能力的数据，这些数据牵涉人、植物、动物及地球本身，结合遥感、地理信息系统和数学模型等现代生态学研究等手段，对各主要类型的生态系统和环境状况进行长期、全面的监测和研究的一种综合技术第三章 废水生物处理原理与技术第一节 废水生物处理技术概述废水的生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质（无机物或简单有机物）的方法。一 废水生物处理的目的和重要性（填空、选择、判断）废水生物处理的目的1 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物2 稳定和去除废水中的有机物3 去除营养元素氮和磷微生物在废水生物处理中的主要作用1 去除有机物（以 COD或 BOD5表示），去除其它无机营养元素如 N、P等；2 絮凝沉淀和降解胶体状固体物；3 稳定有机物。第二节 好氧生物处理技术城市污水和工业废水生物处理的方法很多 : （填空）根据微生物与氧的关系：好氧处理、 厌氧处理根据微生物在构筑物中：悬浮状态活性污泥法；固着生物膜法城市生活污水和工业废水的各种生物处理构筑物为活性污泥或生物膜提供一个环境 ( 有氧环境和无氧环境 )，构筑物中充满活性污泥或生物膜或活性污泥和生物膜的混合体。有氧环境或无氧环境与其中的活性污泥和生物膜就构成一个生态系统。活性污泥和生物膜是净化污 ( 废) 水的工作主体。（一） 好氧活性污泥法1 好氧活性污泥的组成好氧活性污泥 （名词、填空、判断）好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与污 ( 废) 水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒2 好氧活性污泥的性质它具有沉降性能有生物活性，有吸附、氧化有机物的能力。有自我繁殖的能力好氧活性污泥的存在状态在完全混合式的曝气池内， - 均匀分布在推流式的曝气池内各区段之间的微生物种群和数量有差异，随推流方向好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，称菌胶团。在其上生长着其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物 ( 轮虫及线虫等 )。菌胶团细菌活性污泥主体， 它们多数是 G- 菌，如动胶菌属 ( Zoogloea) 和丛毛单胞菌属（ Comamonas），数量占 70，还有其他的 G-菌和 G+菌。菌胶团的作用丝状细菌的作用有两方面：正面：是活性污泥的重要组分，交叉穿织于菌胶团内，或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解有机物能力，起到一定的净化作用。反面：当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可使絮状体沉降性能下降，严重时可引发污泥膨胀（ bulking ）现象。原生动物及微型后生动物的作用净化作用：腐生性营养的原生动物可吸收溶解性有机物，动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌及其它微小生物促进絮凝和沉淀作用指示作用：可作为处理系统运转管理的指标 可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污 ( 废) 水处理程度。还可判断活性污泥培养成熟程度。 根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。根据原生动物个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。好氧活性污泥净化污（废）水的作用机理：活性污泥绒粒中微生物之间的关系是食物链的关系。好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解有机物的过程过程分三步：第 1步在有氧的条件下， 活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物。第 2 步是活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细胞。污（废）水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化。第 3 步是原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解彻底的有机物及游离细菌。活性污泥的增值曲线适应期定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程；活性污泥微生物的变化：数量基本没有变化；菌体体积增大；酶系统相应调整；新的变异；等。水质指标基本无变化。对数增殖期增长率上升阶段F/M值高(2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖，合成新细胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高负荷活性污泥法）减速增长期增长率下降阶段F/M值下降到一定水平后，有机物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为零，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；大多数污水厂曝气池的运行工况。内源呼吸阶段内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。好氧活性污泥法的几种处理工艺流程好氧活性污泥的培养8.1 间歇式曝气法培养好氧活性污泥（1） 菌种来源：（2） 驯化：驯化初期：在驯化过程中：驯化后期：（3） 培养8.2 连续曝气培养法培养好氧活性污泥9 判断活性污泥培养成熟与否的方法判断活性污泥是否培养成熟，还要靠镜检和化学测定分析指标。镜检判断方法，也是看培养初期活性污泥的生长状况，在向成熟阶段过渡的进程中，菌胶团的结构是否由松散向紧密演变，原生动物是否由低级向高级演替。当进水流量达到设计值时，若菌胶团结构紧密，形成大的絮状颗粒，并且原生动物以钟虫等固着型纤毛虫大量出现，相继出现楯纤虫、漫游虫、轮虫等时即进入成熟期。什么是活性污泥膨胀？指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离，影响出水水质的现象。活性污泥丝状膨胀的特征1 丝状膨胀污泥的 SV30均在 95以上，甚至达到 100%，污泥完全沉不下来。2 SVI 在 200mL/g 以上。一旦发生活性污的泥丝状膨胀，二次沉淀池中泥水分离困难，池面出水漂泥严重，在二沉池的表面漂浮有许多污泥，其厚度有 20cm，并溢出池外，此时出水水质极差，严重污染环境。活性污泥丝状膨胀的成因活性污泥丝状膨胀的致因微生物由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多。 其中经常出现的有诺卡氏菌属（ Nocardia ）、浮游球衣菌（ Sphaerotilus natans ）、微丝菌属（Microthrix ）、发硫菌属（Thiothrix ）、贝日阿托氏菌属 （Beggiatoa ）等。详见表。活性污泥丝状膨胀的成因（ 1） 温度构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30左右。菌胶团细菌如动胶菌属（ Zoogloea）的最适生长温度在 2830， 10 生长缓慢， 45不长。浮游球衣菌（ Sphaerotilus natans ）最适温度在 2530，生长温度在1537。 菌胶团和丝状细菌两者的最适生长温度接近。浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，在低溶解氧的条件下，浮游球衣菌的竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长。春、夏之交和秋季，水的温度在2528之间。此时的溶解氧低，有利于浮游球衣菌、贝日阿托氏菌、发硫菌的生长导致活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的成因（ 2） 溶解氧（ DO）菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状细菌对溶解氧的需要量差别大。菌胶团细菌是严格好氧，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，它对环境的适应性强，在微量好氧条件下，仍正常生长。贝日阿托氏菌、发硫菌是微量好氧， DO为 0.5mg/L 时生长最好。温度在 2530的条件下，在有机废水中溶解氧匮乏，丝状细菌呈优势生长，故很容易引起活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的成因（ 3）可溶性有机物及其种类几乎所有的丝状细菌都能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸。在运行过程中，有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造营养条件，使丝状细菌优势生长。甚至自养的发硫菌也能利用低浓度的乙酸盐。活性污泥丝状膨胀的成因（ 4）有机物浓度（有机负荷）浮游球衣菌在含葡萄糖和蛋白胨各 5g/L 的培养基中不长衣鞘，不形成丝状体而呈大的单个细胞存在，菌落接近圆形，边缘光滑。在含葡萄糖和蛋白胨各 1g/L 的低浓度培养基中，浮游球衣菌则形成小细胞而呈丝状体，外披衣鞘，甚至呈假分枝茂盛生长，菌落为粗糙型。11 控制活性污泥丝状膨胀的对策解决活性污泥丝状膨胀的问题，根本的是要控制引起丝状微生物过度生长的具体环境因子而作出对策。如温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类、有机物浓度或有机负荷等。但实际运行过程中，进水的温度和进水中可溶性有机物是不可能控制的。而溶解氧和有机负荷可控制，改革工艺、改进曝气器的性能是最佳的办法。 11.1 控制溶解氧（ DO）溶解氧浓度必须控制在 2 mg L 以上。11.2 控制有机负荷BOD污泥负荷高，在 0.38kg/(kg MLSS d) 以上时，容易发生活性污泥丝状膨胀。活性污泥要保持正常状态， BOD污泥负荷在 0.2 0.3kg (kg MLSSd) 为宜。11.3 改革工艺浮游球衣菌等丝状微生物去除有机物的能力比较强，对去除有机物有积极意义。只要丝状细菌数量不占优势，不会影响处理效果。为解决丝状膨胀问题，将活性污泥法改为生物膜法，如在曝气池中加填料改为生物接触氧化法。还可将二次沉淀池的沉淀法改为气浮法。其他的工艺如： AB法、AO（缺氧好氧）系统、 A2O（厌氧缺氧好氧）系统、 A2O2（缺氧好氧缺氧好氧）系统及SBR（即序批式间歇曝气反应器）法及生物滤池等工艺，不但可以提高有机物的处理效果，脱氮除磷，还能有效地克服活性污泥丝状膨胀。12 活性污泥法运行中常见的问题（会用生物学的知识解释污泥上浮的原因和解决的方法）12.1.1 污泥脱氮上浮 ; 活性污泥上氮气吸附多时，由于比重降低，污泥随气体浮上水面。12.1.2 污泥腐化上浮 ; 污泥由于缺氧而腐化（厌氧分解） ，产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上，使污泥比重变小而上浮，上浮的污泥发黑发臭。防止方法：减少曝气、及时排泥、减少曝气池进水量。12.2 污泥的致密与减少污泥失去活性。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。二 好氧生物膜什么是“生物膜”？（名词）是附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体生物膜的形成的前提条件：（选择、填空、判断）载体填料或称滤料；营养物质有机物、N、P及其它，由污水提供；接种微生物由污水自行提供，或接种；形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。成熟所需时间：在20C下处理城市污水时，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右生物膜的更新与脱落厌氧膜的加厚：生物膜处于老化状态，净化功能变弱，易于脱落。厌氧代谢产物增多，减弱生物膜的附着能力；破坏厌氧膜与好氧膜之间的平衡；生物膜的更新：老化膜脱落，新生膜会重新生长；新生膜具有更强的净化功能什么是“生物膜法”？定义：以生物膜作为去除废水中的污染物主体的工艺，通称为生物膜法工艺；又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；起源：土壤自净过程的人工化和强化；处理对象：废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物；生活污水或城市废水；以及个别工业废水；（填空、选择、判断）分类：生物滤池；生物转盘；生物接触氧化工艺；生物流化床；等（一）好氧生物膜中的微生物群落1好氧生物膜（名词解释）好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物黏附在生物滤池滤料上或黏附在生物转盘盘片上的一层带黏性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污(废)水的工作主体。2 好氧生物膜中的微生物种群及其功能普通滤池内生物膜的微生物群落有 ：（生物膜生物）、（生物膜面生物）、（滤池扫除生物 ）生物膜生物生物组成：功能：净化和稳定污（废）水水质。生物膜面生物生物组成：功能：滤池扫除生物生物组成：功能：好氧生物膜中微生物相的分层（选择、判断）若把生物滤池分上、中、下三层，各层的微生物相: 上层: 营养物浓度高，生长的全是细菌，有少数鞭毛虫中层: 微生物得到的除废水中营养物外，还有上层微生物的代谢产物，微生物的种类比上层稍多，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层: 有机物浓度低，低分子有机物较多，微生物种类更多，有菌胶团、浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫，例如楯纤虫和漫游虫，还有轮虫等。好氧生物膜结构及物质交换（选择、判断）1 生物滤池生物膜物质交换2 含有机污染物的污（废）水自上而下流动；3 污（废）水中的有机物被生物膜吸附、吸收、氧化分解；4 代谢产物、 CO2随水排出。微污染源水生物膜的生物组成（选择、判断）1 在塔式生物滤池中，若处理含低浓度有机物、高 NH3的微污染源水时，生物膜较薄。2 上层：除长菌胶团外，还长较多的藻类( 因上层阳光充足 ) ，有较多的钟虫、盖纤虫、独缩虫和聚缩虫等。3 中、下层：菌胶团长势逐级下降。好氧生物膜净化作用机理（问答）上层生物膜中的生物膜生物 ( 絮凝性细菌及其他微生物 ) 和生物膜面生物 (固着性纤毛虫、游动型纤毛虫及微型后生动物 ) 吸附污（废）水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并将其氧化分解，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为 CO2 和 H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物 (轮虫、线虫、顠体虫等 ) 吞食。通过以上微生物的化学与吞食作用，污（废）水得到净化。生物转盘生物膜作用机理（问答）生物转盘是卧式的， 废水推流式从始端流向末端流动， 其生物膜的组成和分布与生物滤池的基本相同。不同的是生物转盘的生物膜随盘片转动，盘片上的生物膜有 4050浸没在废水中，其余部分与空气接触而获得氧，两半盘片上的生物膜与污（废）水、空气交替接触 . 微生物的分布从始端向末端依次分级，微生物种类随污（废）水的流动方向逐级增多。（二）好氧生物膜的培养（填空、问答）好氧生物膜的培养有自然挂膜法、活性污泥挂膜法和优势菌挂膜法。1 自然挂膜法当进水流量或水力表面负荷达到设计值时，滤池自上而下形成正常的分层微生物相。滤池出水的化学指标接近排放标准，则完成生物膜的培养工作，进入正式运行。2 活性污泥挂膜法1 取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥作菌种。2 用本厂的污（废）水和活性污泥混合，用泵慢速将混合液打入滤池内，循环周期为 37d，之后改为慢速连续进水。3 这过程中活性污泥微生物附着在滤料上，以污（废）水中的有机物为营养，生长繁殖。滤料上的微生物量由少变多，逐渐形成一层带黏性的微生物薄膜，即生物膜。4 当进水流量或水力表面负荷达到设计值，标准为1-4m3/（m2d）, 5 高负荷生物滤池的表面负荷为 20m3/（m2d），BOD负荷 0.1-0.4kg/ （m3d），高负荷生物滤池的 BOD负荷 0.5-2.5kg/ （m3d）时，滤池自上而下形成正常的分层微生物相。6 滤池出水的化学指标接近排放标准，即完成生物膜的培养工作，进入正式运行阶段。3 优势菌种挂膜法优势菌种是从自然环境或污（废）水处理中筛选、分离获得的，对某种工业废水有强降解能力的菌株。优势菌种也可通过遗传育种获得优良菌种，甚至通过基因工程构建超级菌作菌种。因优势菌对所要处理的污（废）水有强的降解能力，用废水和优势菌充分混合，用泵慢流速将菌液打进生物滤池内，循环周期为37d，使优势菌黏附于滤料上，然后以慢流速连续进水。第三节废水厌氧生物处理技术厌氧发酵的特点（问答）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1产生的沼气可用于发电或作为能源2对营养物的需求量少3产生的污泥量少，运行费用低不需要曝气厌氧法的缺点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。4. 初次启动过程缓慢,处理时间长5处理过程中产生臭气和有色物质厌氧生物处理的基本原理厌氧消化三阶段理论污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称为消化。厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物的共同作用，使有机物分解并生成CH4和CO2的过程。根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的细菌群来利用复杂的基质混合物最终转化为CH4和CO2，并合成自身细胞物质。每一阶段各有其独特的微生物类群：液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌：产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等；产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和H2/CO2是其主要基质。二废水处理工艺中的厌氧微生物在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。（一）发酵细菌（产酸细菌) （填空、选择、判断）1 属别：包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属和双歧杆菌属。大多数为专性厌氧菌，也有大量兼性厌氧菌2. 功能：通过胞外酶将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等。（二）产氢产乙酸细菌（填空、选择、判断）1 属别：包括互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属和暗杆菌属。为绝对厌氧菌或是兼性厌氧菌。2 功能：把各种挥发性脂肪酸降解为乙酸、H2，反应如下：乙醇：CH3CH2OH + H2O CH3COOH + 2H2 丙酸：CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 3H2 +CO2 丁酸：CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2 （三）产甲烷细菌（填空、选择、判断）1 种类：在分类学上属于古细菌最常见的是：产甲烷杆菌、产甲烷球菌、产甲烷八叠球菌、产甲烷螺菌和产甲烷丝菌等产甲烷菌都是绝对厌氧菌可分为两类：（1）利用乙酸产生甲烷 CH3COOH CH4 + CO2 (2) 利用H2和CO2合成CH4 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 2 产甲烷菌古细菌与三原界系统（产甲烷菌在分类学上属于古细菌（Archaebacteria)与真细菌相比，古细菌特点：）三厌氧微生物的培养1 Hungate 滚管法（hungate roll-tube technique）：2 充氮厌氧培养袋法原理：利用NaBH4或 KBH4与水反应生成氢气，在催化剂钯的作用下，H2与袋内的O2生成水。3 焦性没食子酸去氧法在碱性溶液中4 厌氧罐培养法5 倒扣平板法四厌氧生物处理微生物群体间的关系厌氧活性污泥处理的工艺流程五厌氧消化的影响因素与控制要求甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。温度因素生物固体停留时间（污泥龄）与负荷搅拌和混合营养与C/N比氨氮有毒物质酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用（一） 温度高温消化（55 左右）的反应速率为中温消化 （35 左右）的 1.5 1.9 倍，产气率较高，但甲烷含量较低。新型反应器处理废水的厌氧消化反应在常温（2025 ）下进行。（二） pH值产甲烷菌的最适 pH值范围为 6.8 7.2 厌氧发酵体系中的 pH 值除受进水 pH 的影响外，还取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡。（三） 氧化还原电位严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基本条件，用氧化还原电位来表示反应器的含氧浓度。不产甲烷菌 : +100 -100mV 产甲烷菌 : -150 -400mV （四） 营养对 C、N等营养物质的要求略低于好氧微生物。但由于不能合成某些必要的维生素或氨基酸，故需补充钾、钠、钙等金属盐类，以及镍、铝、钴和钼等微量金属。（五） 有机物负荷以向每立方米消化池中， 在 1 日内可投加的有机物量或 BOD量来表示（kg(m3.d) ）（六） 有毒物质有毒物质会对厌氧微生物产生不同程度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至遭到破坏。抑制性物质：硫化物、氨氮、重金属、氰化物以及某些人工合成的有机物。厌氧微生物可降解蒽醌类燃料、偶氮燃料、含氯的有机杀虫剂等在好氧条件下难以降解的合成有机物。2氯丙醇、 1氯丙烷、 2氯丙烷、丙烯醛和甲醛等对厌氧微生物有毒害作用。六 厌氧生物处理的主要特征（六点） ：七 厌氧生物处理与好氧生物处理的区别第四章 废水生物脱氮除磷第一节废水生物脱氮的微生物学原理N素循环一、生物脱氮的基本原理生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成： 好氧硝化、厌氧反硝化（一）硝化反应1、 硝化作用是指由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。2、 硝化反应由两组自养好氧微生物完成：亚硝酸盐细菌（ Nitrosomonas ）硝酸盐细菌（ Nitrobacter ）（1） 亚硝酸盐细菌（ Nitrosomonas ）的特征化能无机营养有些自养型硝化细菌能混合营养生长 , 少数可异养生长。专性好氧；最适温度 25-30（5-30）；最适 pH7.5-8.0 （5.8-8.5 ）；亚硝酸细菌（ 5 个属）亚硝化单胞菌Nitrosomonas自养、混养；亚硝化球菌 Nitrosococcus 自养、混养 ；亚硝化螺菌 Nitrosospira 严格自养；亚硝化弧菌属 Nitrosovibrio 自养、混养；亚硝化叶菌属Nitrosolobus 自养、混养；（2） 硝酸盐细菌（ Nitrobacter ）化能无机营养：有些自养型硝化细菌能混合营养生长 , 少数可异养生长。NO2-浓度在 2-30mmol/L 时化能无机营养最好。最适温度 25-30 最适 pH7.5-8.0 。硝酸细菌（ 4 个属）硝化杆菌属 Nitrobacter 自养、可异养，自养快于异养硝化球菌属 Nitrococcus 严格自养硝化刺菌属 Nitrospina 严格自养硝化螺菌属 Nitrospira 自养、混养3、硝化过程分为两个阶段：NH3 NH2OH NO NO2-NO2- NO3- 4、硝化反应的环境条件：好氧条件，并保持一定的碱度。有机物含量不应过高，1520mg/L以下。温度2030，15时速度下降，5时完全停止。污泥龄必须大于其最小的世代时间。重金属、高浓度的NH4+-N和NOx-N对硝化反应有抑制作用。5、硝化段的操作泥龄：悬浮固体停留时间SRT。可通过排泥控制泥龄一般在5d以上，要大于硝化细菌的比生长速率。溶解氧：一般维持在1.2-2.0mg/L。溶解氧小于 0.5mg/L，硝化作用停止。需氧量的计算：O2=4.33（N被氧化）mg/L。每氧化1g NH3需消耗4.33g 氧。水力停留时间：普通活性污泥法曝气时间 46h pH：硝化反应导致pH下降，亚硝酸、硝酸细菌分别在7.0-7.8、7.7-8.1活性最强。需要量：碱度=7.14（N被氧化）mg/L 温度：两类硝化细菌的最宜温度为30左右，在不同工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝酸盐负荷越低，影响越小。（二）反硝化作用1、反硝化作用的原理：生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-和亚硝态氮NO2-，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。有机物为供氢体2、反硝化代谢途径异化反硝化：将NO2-和NO3-还原成N2。同化反硝化：是NO2-和NO3-被还原成NH3N，用于新细胞的合成。( 也叫亚硝酸氨化作用 )3、 参与反硝化代谢的酶4、 反硝化菌（ denitrifying bacteria）：反硝化菌是异养兼性厌氧菌反硝化菌的能源化能型：多为化能异养：以有机物作为能源和碳源少数化能自养：以氢、氨、硫、硫化氢等无机物为能源； S +NO3-+H2O SO42-+N2+H+ 光能型（光合细菌）：有光时，光能异养生长。黑暗条件，化能异养生长。5、 反硝化段运行操作最适 pH6.5-7.5 ；最适温度 10-35 ；溶解氧 3:1 时，无须外加碳源b、 外加碳源： BOD5:N 3:1 时，需外加碳源，常用甲醇。c、 内源碳：指微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二次性基质。要利用内源碳要求反应器的泥龄长， 污泥负荷低，使微生物处于内源呼吸阶段。C5H7NO2 + 4.6 NO3- 2.8N2 + 1.2H2O + 5CO2 + 4.6OH- 速率低，仅为外加碳源的 1/10 ，优点是在 C:N 低时无须外加外来碳源也能达到脱氮目的而且污泥产量低。（2） 温度：最适宜的温度是 15-35。（3） pH 影响反硝化速率和反硝化最终产物。最适 pH范围 6.5-7.5 之间。对终产物的影响：pH 8，NO2-积累。 pH越高， NO2-积累越多。高 pH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。（4） 溶解氧只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高；当溶解氧达到1mg/L时，反硝化速率接近零。主要机制氧抑