环境生物技术复习总结

1、绪论 思考题1我国的环境问题主要体现在哪些方面？主要体现在：水土流失严重、荒漠化加剧；包括淡水在内的许多资源短缺；草原退化严重、沙化和碱化面积逐年增加；濒危野生动物、植物物种增多，生物多样性锐减；自然灾害频繁发生，经济损失重大。2什么是环境生物技术？广义上讲：凡是涉及环境污染控制的一切与生物技术有关的技术，都可以称为环境生物技术。严格上讲：环境生物技术指的是直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些机能来降低或消除污染物产生的生产工艺或能高效净化环境污染，同时又能生成有用物质的工程技术。 3环境生物技术划分为几个层次？各层次的内容是什么？是否有明显的界限？ 从技术难度和理论深度上环境生物技

2、术一般可划分为三个层次：第一层次：是指以基因工程为主导的近代污染物防治生物技术。包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等高效基因工程学，创造抗污染型转基因植物等。这个层次是以现代生物技术知识为基础，为寻求快速有效的污染治理与预防途径提供了可能，是解决目前出现的日益严重复杂的环境问题的强有力手段。第二层次：是以废物的生物处理为主要内容，既包括传统的生物处理技术，如废水的生物处理的活性污泥法、生物膜法等，也包括在新的理论和技术支撑下开发出的废物强化处理技术和工艺，如生物流化床等。这个层次的环境生物技术是当今废物生物处理中应用最广泛的技术，在高新技术不断渗入的过程中，其本身也在不断改进，是目前

3、环境污染治理中的主力军。第三层次：是指利用天然处理系统进行废物处理的技术，主要包括氧化塘、人工湿地系统和农业生态工程等。这个层次的特点是最大限度地发挥自然界环境中生物生态功能；投资运行费用少，易于操作管理，是一种省力、省费用、省能耗的技术。在解决实际环境污染问题时，三个层次的技术可能会集于一体，很难有明显的界限。4环境生物技术主要应用于哪些方面？ 环境生物技术的应用主要包括：生物工程技术在环境污染防治中的应用；废水生物处理技术；固体有机废物的生物处理技术；大气污染的生物防治技术；污染环境的生物修复技术；环境污染预防生物技术；环境生物监测技术等。 5环境生物技术最有应用前景的是在哪个领域？环境生

4、物技术最有应用前景的领域是废物高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染环境的现场修复技术、及可降解材料的生物合成技术。第1章 思考题酶: 酶是动物、植物、微生物等生物体内自身合成的、参与生化反应、并传递电子、原子和化学集团的生物催化剂。酶工程：是利用酶的催化作用进行物质转化（合成有用物质，分解有害物质）的技术，是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术。酶工程包括的内容： 酶的生成、酶的分离纯化、酶分子的修饰、酶固定化、酶反应动力学、酶反应器、酶的应用等。 酶的固定化：固定化酶：是指将酶固定在载体上，在一定的空间范围内进行催化反应的酶（其被限制在一定的空间的同时，又不妨碍底物的自由扩散）。益处

5、：与游离酶相比固定化酶的优势在于：热稳定性提高；可以重复使用；不需要在反应后进行催化物质与反应物质的分离；能够避免外源微生物对酶的污染和降解。酶的固定化方法主要有：吸附法、包埋法、结合法、交联法等。吸附法： 采用非水溶性吸附剂，将酶或含酶菌体吸附在其表面，而使酶固定的方法就称为吸附法，为一种物理方法。 可利用的吸附剂有：活性炭、高岭土、氧化铝、硅胶、硅藻土、多孔玻璃、胶原、纤维素、羟基石灰石等。 影响酶与吸附剂结合程度的主要因子有：pH值、离子强度、温度、溶剂性质和种类、酶的浓度等。 特点：操作简单，条件温和，载体可以重复使用，但是酶与吸附剂吸附不牢固，容易脱落。包埋法：将酶或酶菌体包埋在凝胶

6、微小格子或半透性的聚合物内，这样的酶固定化方法被称为包埋法。 可利用的载体主要有：琼脂、琼脂糖、明胶、树脂等。 特点：不易渗漏，底物分子可以在包埋结构中任意扩散，不足是分子量大的底物在网格中扩散较困难，这种方法不适合大分子底物的测定结合法： 选择适宜的载体，使酶与载体通过共价键或离子键相互结合在一起的固定方法。特点：采用离子键相结合的方法：其条件温和，操作简便，只需要一定的pH值、温度和离子强度下即可，结合活性损失少，但结合力弱。采用共价键结合的方法：结合牢固，酶分子不易脱落，载体不易被降解，但是操作麻烦。交联法：借助功能试剂，使酶结合到惰性载体上。 功能试剂具有2个功能基团：能与酶分子中-氨

7、基和-氮基发生共价交联。 主要的试剂有：戊二醛、双偶氮苯、无水丁烯二酸一乙酸等。 特点：操作简单，结合牢固，不足之处是固定化时需要严格控制pH值。酶在环境污染治理中的应用: 目前，普遍采用的活性污泥法和生物膜法。利用酶处理污废水的优点：能处理难以生物降解的化合物；无论污废水的浓度高或低，都适用酶来处理；操作时，pH值、温度和盐度的范围广泛；不会因为生物物质的聚合而减慢处理速度；处理过程的控制简便易行。理论上的三大发现：生物的遗传物质DNA的发现，DNA双螺旋结构的发现，遗传信息的传递方式的确定。技术上的三大发明：工具酶，载体，逆转录酶。基因工程： 将外源基因通过体外重组后，导入受体细胞内，使这

8、个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译、表达的过程，称为基因工程。基因工程包括：基因的分离、重组、转移、以及基因在受体细胞内的复制、转录、翻译、表达的全过程。因此，基因工程又称为DNA重组技术。是在分子水平上对基因进行的复杂技术。基因工程实施的必要条件：工具酶、基因、载体、受体细胞。基因工程在环境污染治理中的应用：最成熟的最广泛的就是质粒育种技术质粒：是指在原核微生物中，除染色体外，携带少量遗传基因的环状DNA分子，这个就称为质粒。经过基因工程重新构建的工程菌表现出的特点是：提高了微生物的降解速率；拓宽了底物的专一性。基因工程的特点：DNA分子的新组合是按照工程学的方法设计和操作的；设计和操作赋

9、予了基因工程跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的物种间的限制；允许并扩大了定向创造新物种的可能性，这是基因工程最大的特点.微生物细胞工程：是指应用微生物进行细胞水平的研究和生产。内容包括：各种微生物细胞的培养，遗传性状的改造，微生物细胞的应用。第二章 思考题1. 污染预防的重要性和意义是什么？主要包括三个方面：尽可能改善燃料结构，减少大气中污染物的排放；实行水资源的合理利用，提高水的循环利用率，减少废水的排放；改变传统的生产工业，实行清洁生产。2. 一般将环境中的污染物分为哪几类？按照污染物所在介质不同，将环境中的污染物分为三类：大气污染物（煤烟型污染，酸沉降，光化学烟雾污染）,水体中的污染物

10、,土壤中污染物3. 概述大气、土壤、水体中主要的污染物。大气中主要污染物：烟尘及生产性粉尘，SO2 ，CO， H2S，CO2，Pb、Hg、Cr。水体中的污染物：酚、氰化物、硫化物、砷、苯类、焦油等土壤中的污染物主要来源：生活污水、垃圾、工业三废、汽车废气、农田用农药和化肥。有毒物质：某些无机盐、重金属、农药、致癌物如：苯并芘、来源于树脂焦油、石油产品、汽车废气、沥青路面等。4. 煤炭、原油中硫存在的主要形式是什么？煤炭中的硫：以无机和有机硫二种形式存在：无机硫：硫化物主要是黄铁矿FeS2，是主要形式，占总硫量的6070%；硫酸盐含量极少。有机硫：有噻吩型（C4H4S）、硫醇型（SH）、硫醚型（

11、S），占总硫量3040%原油中的硫：主要是有机硫包括：硫醇：是低分子量的，在石油炼制过程中被除去。在200以上沸点的石油中很少存在。硫醚：是沸点200以上石油产品中如柴油中硫化物的主要成分。噻吩：在有机硫中含量最多，尤其衍生物是高硫原油的重要组分。还有部分无机硫：S、H2S、FeS2等溶解或悬浮在油中。5无机硫脱除所利用的主要微生物是什么？ 无机硫微生物脱除主要利用的菌：是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌；有机硫微生物脱除：主要作用微生物：假单孢菌、红球菌、棒杆菌、硫化叶菌、短杆菌。煤炭中有机硫的脱除途径：开环途径，特定硫途径。6无机硫脱除有什么特点？对煤炭中的黄铁矿去除率最高达90-97%；处理的

12、时间长约46天。7. 煤炭生物脱硫具有应用前景的两种方法是什么？有什么特点？浸出脱硫法：在煤上撒上含有微生物的溶液，以水浸透，使煤和微生物淹没在水体中，生成的硫酸从底部排除。特点：操作简单，经济；但是处理的时间长，同时硫酸对设备有腐蚀。助浮脱硫法：将煤粉碎成微粒，并与水混合，在其悬浊液的下面吹进微气泡，使煤和黄铁矿的微粒附着在气泡上，由于空气的浮力，两者一起浮在水面上不能分开。此时，将微生物透入混合液中，微生物仅能浮在黄铁矿上，使黄铁矿的表面变成亲水性而能溶于水，进而从气泡上分离开来，下沉到底部，这样就把煤和黄铁矿分开。特点：脱硫的时间仅为数分钟即可； 还可以同时洗去煤中的灰分。8. 影响悬浮

13、法煤炭脱硫效果的主要因素是什么？煤的因素：煤的颗粒度、孔隙度、煤浆浓度微生物的浓度：浓度越高，脱硫效果越好接触时间：微生物在几秒钟内即能吸附在黄铁矿的表面上 。介质pH值及温度：这两个因素比微生物的影响小，即使有较大的变化范围，黄铁矿也可以脱除掉，表明该技术具有较强的适应性。9.生物脱硫存在哪些问题?处理前煤的粉碎费用过高；受微生物繁殖慢的限制，处理反应的时间不定，难以保证脱硫的稳定性；微生物和生物催化剂对温度较为敏感，在大规模的生产中，传热是个棘手的问题；煤是非均质的物质，其中有机硫的检测还缺乏确定的方法；煤中的杂质对微生物产生抑制作用。10.生物脱硫研究的焦点是什么？ 集中在菌的开发上，主

14、要方向是通过遗传工程和酶工程改进脱硫菌种的性能，使之对重金属、盐浓度具有更高的抗性，对pH值和温度有更广泛的适应性。简化微生物重组的制备方法，降低成本。微生物脱硫技术的发展现状和趋势：策略：选取高效脱硫菌及工程菌；对脱硫液回收处理，资源化和无害化，防止二次污染。第三章 生物技术与能源 思考题1生物能源的种类有哪些？生物电池：直接以生物质为原料燃烧进行电能的生产；生物燃料：乙醇、甲醇、氢气等；利用植物产生燃料：利用植物生产“植物石油”如：橡胶树、美国发现的兰安树、巴西的可比巴乔木等；油料作物：从向日葵、椰子、油菜、花生等作物中提取油；藻类能源：藻类能产生大量的脂类物质，可以用来生产柴油和汽油。2

15、什么是微生物石油勘探？指示菌有哪些？如何检测？通过微生物测量确定油气储藏分布方法即为微生物勘探。甲烷氧化菌：是一类具有高度专一的碳代谢能力的细菌。是为识别石油聚集体位置而研究的第一类细菌。乙烷、丙烷、丁烷氧化菌：只消耗乙烷、丙烷、丁烷，不消耗甲烷的一类细菌，乙烷、丙烷、丁烷气体在很大程度上不会由微生物产生，而是由深部运移而来，通常用乙烷、丙烷、丁烷氧化菌异常发育来指示油气聚集体的位置。己烷氧化菌：可以很好的指示有无油气储藏。平板计数法：原理：烃类代谢的中间产物醇、醛等有机物对一般土壤微生物是有毒的，只有那些能够利用这些物质作为营养的微生物，才能在具有这些物质存在的平板上生长，因此该方法中计数的

16、只有噬烃微生物。方法：向以醇、醛、酸为唯一碳源的琼脂培养基上接种土壤稀释液，培养约7d，计数。特点：选择性高，但是结果可能偏低；测定的时间长；菌落技术困难。产油区的水中具有多种类型的微生物群，丙烷和液态烃氧化菌占多数，并且发育带状异常场，而非产油区不存在这种异常场。3油气微生物勘探一般检测哪些来源的微生物？土壤微生物；非开发井的钻井岩屑或岩芯的微生物；地下水中的微生物。4能源危机与燃料酒精有什么关系？1950年：石油的开发和应用，挤掉了醇类燃料的市场。1970年中东战争，其对西方实行石油禁运，使得西方国家能源严重短缺，西方称能源危机。此时人们又把目光投向醇类燃料。5燃料酒精发展的先驱是哪个国家

17、？巴西是世界上燃料酒精发展的先驱。6为什么我国燃料酒精发展速度缓慢?我国也是世界酒精生产大国，但是在燃料酒精方面却应用较少；因为我国是缺粮国家，是否发展燃料酒精一直都有所争议，所以我国燃料酒精发展速度缓慢。7微生物生产燃料酒精的原料有哪些？从环保的角度，你更倾向于使用哪类原料？为什么？可用于微生物发酵生产酒精的原料很多一般分为淀粉类、糖类、纤维素类等。淀粉类和谷物：玉米、高粱、小麦、大麦、压榨产品、面粉饲料、淀粉、马铃薯等；纤维素类：木材、木屑、废纸、森林残留物、农业残留物、固体废物、产品废物；糖类：蔗糖、葡萄糖、糖甜菜、饲料甜菜等；其它：菜花、葡萄干、香蕉等。8为什么说燃料酒精的应用，具有巨

18、大的环境和经济效益？经济效益：目前，酒精的成本大约比汽油高40%，这也是燃料酒精不能推广的主要原因，但是从长远来讲，燃料酒精的应用，将会给社会带来巨大的环境效益和经济效益燃料酒精的价格高于汽油价格的主要原因是：燃料酒精的主要原料是粮食作物；生产过程中能量消耗太高；生产酒精的效率还不太高。环境效益：在城市大气污染中，汽车尾气排放是环境污染的一个主要来源。大气中的CO2约50%来源于汽车尾气的排放，因此，控制汽车尾气中CO2 的排放是缓解温室效应的主要手段之一。利用纤维素作为原料生产燃料酒精，可降低这些固废物质对环境的污染。9通过你学到的知识，如何降低燃料酒精的生产成本？采取的对策是：开发木质纤维

19、素资源；逐步解决燃料酒精生产过程中的能耗问题；通过固定化酵母技术，提高发酵法生产酒精的效率。10通过生物生产的绿色能源是什么？氢气氢是最理想的载能体，它燃烧时只生成水，不产生任何污染物及CO2，与传统的能源物质比较，具有能量密度高，热转化效率高、运送成本低等优点。根据产氢微生物种类的不同，生物制氢技术分为：光合微生物制氢技术；发酵生物制氢技术。能够产生分子氢的微生物可分为两类：包括藻类和光合细菌在内的光合微生物；兼性和专性厌氧的发酵产氢细菌。产生甲烷主要作用的微生物：发酵细菌；产甲烷细菌产生甲烷的基质：固体废弃物，高浓度有机废水11生物制氢和废水生物处理二者之间有什么联系？又有什么特点？在处理

20、高浓度有机废水的同时，回收大量的清洁能源氢和甲烷。最大特点是：将制氢与废水处理有机地结合起来，集污染治理、废物利用为一体。第4章 污染环境的生物修复技术 思考题1生物修复有哪些优点和局限性？ 生物修复（生物恢复）：是利用生物，特别是微生物的催化降解作用，修复或消除有机物或受有机物等污染的环境。阿拉斯加海滩污染后生物修复是修复史上的里程碑。生物修复的内涵：除了传统的生物修复外，还发展了真菌修复、植物修复以及生态修复。生物修复的优点：生物修复可以在现场进行，节约治理费用，是理化处理方法费用的30-50%；最终产物是二氧化碳、水和小分子的物质，对环境的影响小；最大限度地降低污染物的浓度；在特殊的地方

21、，如位置特殊，采用生物修复技术有其独到的优势；生物修复可以同时处理受污染的土壤和地下水。生物修复的局限性：耗时长：生物生命周期较长，需要花费时间长；条件要求高：生物生命代谢容易受到环境因素影响；并非所有进入环境的污染物都能够被生物利用，污染物的低生物有效性、难利用性及难降解性等常常使微生物修复不能进行；特定的微生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质，状态稍变化的化合物就可能不会降解；一些降解的产物其毒性可能会更强，降解的过程及产物一定要全面了解；生物修复是一种科技含量较高的处理方法，其运作必需符合污染地的特殊条件。2生物修复的主体和受体各指什么？ 生物修复的受体：污染了的环境修复的主

22、体是：生物，包括微生物、植物、动物以及由它们构成的生态系统。3依修复的主体不同，修复分为哪几种？一般将生物修复划分为：微生物修复、植物修复和生态修复。4生物修复必备的条件有哪些？必须存在具有代谢活性的微生物；微生物必须能以相当速率降解污染物，使其浓度将至环境要求的范围内；降解过程不产生毒副产物；污染物对微生物无害或其浓度对微生物没有抑制作用，污染物的浓度可以稀释；目标化合物必须能被生物利用；污染场地的环境必须有利用于微生物的生长及其活性提供微生物生长的营养物质和环境条件；处理费用应较低，至少要低于其他处理技术。5可用于生物修复的微生物种类包括哪些？土著型微生物，外来微生物，基因工程菌6富营养化

23、湖泊的微生物修复有哪几种？其目的是什么？强化土著型微生物功能的曝气修复：目的是：增加水体中的氧的含量、改善水生物生存环境及食物供给，使底泥由厌氧转变为好氧环境。添加外来微生物的投菌剂修复：复合菌剂的添加可以快速的降解转化水体中营养物的含量及改善水质情况。7富营养化湖泊水生植被修复的两条途径是什么？人工强化自然修复、人工重建水生植被两条途径。营养平衡原则：输入与输出的达到平衡；生态平衡原则：保障水质、藻类、水生植被之间的平衡。底泥环境疏浚的特点：环境疏浚旨在清除湖泊水体中的污染底泥；为水生生态系统的恢复创造条件；还需要与湖泊综合治理方案协调。8哪些环境因素影响生物修复？环境因素：影响生物降解的最

24、重要的因素有温度、pH、湿度盐度、有毒物质、净水压力；营养物质：微生物所需要的营养物质不可缺少；电子受体：好氧或厌氧的条件下必须有受体存在，才能使微生物很好的进行代谢；微生物的协同作用：一种微生物将目标化合物分解产生若干中间产物，第二类微生物分解中间产物；微生物之间的相互作用：它们之间的相互作用可能会削弱主要微生物的作用，也可能会有促进作用；种植植物：植物的种植有利于生物修复的进行。第5章 环境生物监测技术 思考题1与理化监测相比较，生物监测有什么特点？综合、真实地反应环境质量状况： 生物个体、群体、群落在环境中所承受的影响是环境中各种污染因素的综合作用结果；具有连续监测的功能：生物受到的影响

25、和危害是污染物长期作用的结果，所以对生物的监测可以反映在一段时间内的环境污染水平。具有多功能性：理化监测仪器的专一性很强，生物监测能通过指示生物的不同反应症状，分别监测多种干扰效应。（如废水生物处理中通过微型动物种类和数量的变化，获得水质变化情况、运行效果、活性污泥的结构和功能等信息）监测灵敏度高：生物的灵敏度极高，即使污染物的浓度很低，生物也有反应。如：SO210-20mg/L时人才会流泪，敏感植物紫花苜蓿在0.3mg/L就会有受害症状。简单易行：生物监测不需要更多的仪器和设备，不需要复杂的方法，更简单、容易掌握。如：了解微型动物的变化，只需要一台光学显微镜即可。2大气污染的生物监测包括哪两种？一般以哪种为主？为什么？动物监测：由于动物具有回避能力，可以主动脱离污染区域，大气污染主要改变动物局部地区的种群结构，而对动物的个体发育的影响及对人类利益的危害远小于植物，利用动物监测还没有形成一套