第11章 生物技术与环境

第11章 生物技术与环境 生物技术概论 授课人 杨宇 生物技术与环境 学习目的 2 了解环境生物技术在 三废 处理以及环境监测评价方面的应用及发展 了解环境生物技术的基本原理 生物技术与环境 概述 高层次 基因工程为主导的近代污染防治技术 中层次 污水的活性污泥法 生物膜法处理及其强化的技术与工艺 低层次 指氧化塘 人工湿地 生态工程以及厌氧发酵等处理技术 根据技术的难度和理论基础的深度可分为 注 层次之间没有主次之分 高新技术应用于环境污染防治产生的一门新兴边缘学科 生物技术与环境 11 1污水处理 人类的生产活动和生活离不开水 但同时又带来大量的工业废水和生活污水 处理方法 物理法 化学法 生物法 生物技术与环境 11 1污水处理 生物法稳定塘法人工湿地处理系统法污水处理土地系统活性污泥法生物膜处理法 生物技术与环境 11 1 1稳定塘法 基本原理 污水进入塘内后 在细菌 藻类等生物的作用下发生分解 硝化和光合等物质转化反应 达到降低有机污染成分的目的 生物技术与环境 11 1 2人工湿地处理系统法 综合作用 人工湿地由土壤和砾石等混合结构的填料床组成 生物技术与环境 基本原理 利用土壤微生物和植物的根系对污染物的净化能力 11 1 3污水处理土地系统 生物技术与环境 活性污泥 由具有生命活力的多种微生物类群组成的颗粒状絮绒物 11 1 4活性污泥处理法 基本原理 活性污泥黏液层对污染物的迅速吸附 生物技术与环境 11 1 5生物膜处理法 基本原理 生物膜对污水的渗滤作用 生物膜 滤床填料表面附着的大量微生物群落而形成一层黏液状膜 生物技术与环境 11 2大气净化 工业对大气的污染情况 生物技术与环境 主要方法生物净气塔渗滤器生物滤池 生物技术与环境 11 2 1生物净化塔 废水处理流程 大气污染物 液态污染物 生物技术与环境 特点 废气的吸收和液相的除污再生过程同时在一个反应装置内完成 11 2 2渗滤器 生物技术与环境 基本原理 腐生性细菌和真菌的降解作用 11 2 3生物滤池 生物技术与环境 11 3 1固体垃圾的生物处理 填埋 将固体废物存积在大坑或低洼地 并通过科学的管理来恢复地貌和维护生态平衡的工艺 堆肥 铺有固体有机颗粒的底床上进行 主要利用固有的微生物在其中生长和繁殖 微生物 填埋 堆肥 焚烧 利用 生物技术与环境 大型填埋场照片 生物技术与环境 11 3 2矿渣的生物淋溶处理 适用于贫矿 废矿 难处理矿物开发与利用 提高了矿产资源的可利用率 矿渣的资源化 微生物对矿物溶解作用 生物技术与环境 浸矿体系中分离到的各种微生物 Acidithiobacillusferrooxidans Acidithiobacilluscaldus Acidithiobacillusalbertensis Leptospirillumferrophilium 生物技术与环境 Thermoplasma acidophilum T a Leptospirillumferrooxidans L f Acidithiobacillusthiooxidans A t Acidiiphiliumspp 浸矿体系中分离到的各种各种微生物 生物技术与环境 制定的筛选高效浸矿细菌基因芯片标准 生物技术与环境 矿物 微生物 溶液 气相界面电子传递研究 生物技术与环境 矿石的生物堆浸工艺示意图 生物技术与环境 浸出堆 集液池 矿石的生物堆浸工艺试验场 生物技术与环境 德兴铜矿的生物堆浸现场 尾矿坝 积液池 水泵房 生物技术与环境 洗脱和吸附等物理或化学方法 投资成本较高 并仅适用于严重污染的小范围地点 土壤以及地下水污染 生物修复法 投资成本低 可用于大面积污染环境的治理 人类范围广泛的生产活动 如化肥和农药的大量使用 废弃化学物质的堆放 油田的事故性排放 导致 11 4 1污染环境的生物修复概述 生物技术与环境 生物修复基本原理 生物技术与环境 11 4 2生物修复的方法 原位 insitu 生物修复 异位 exsitu 生物修复 污染对象不需移动 处理费用低 但处理过程控制比较难 需要通过某种方法将污染对象转移到污染现场之外 再进行处理 生物技术与环境 生物技术与环境 生物技术与环境 一 通过增加营养盐以促使土著微生物的生长二 通过生物反应器培养 增加有益微生物的数量 然后再将这些微生物混合类群接种到污染地进行生长 繁殖 11 4 3生物修复技术的应用 石油污染处理 生物技术与环境 重金属污染处理 生物技术与环境 地下水污染处理 11 4 3生物修复技术的应用 第1步 收集水文地质资料 生物技术与环境 生物技术与环境 11 5环境污染监测与评价的生物技术 指示生物传统的指示生物常采用哺乳动物 但是哺乳动物存在生长周期长 费用高 结果有较大偶然性等不足之处 为了获得大量准确有效的毒理数据 人们建立了多种多样的短期生物试验法 分别用细菌 原生动物 藻类 高等植物和鱼类等作为指示生物 生物技术与环境 11 5环境污染监测与评价的生物技术 生物技术与环境 核酸探针 生物技术与环境 同位素标记 生物技术与环境 Fluorescentinsituhybridization FISH 荧光标记 生物技术与环境 荧光标记 生物技术与环境 PCR相关技术 1 PCR RFLP 生物技术与环境 DGGE Denaturinggradientgelelectrophoresis 2 DGGE技术 生物技术与环境 生物技术与环境 生物技术与环境 生物芯片 生物技术与环境 Taroncher Olderburg G etal 20