微生物技术与环境污染控制.ppt

微生物技术微生物技术与环境污染控制与环境污染控制导导 师：师：报告人：报告人：时时 间：间：2005年年5月月Seminar1.主要内容主要内容一一.概论概论二二.原理及特点原理及特点三三.应用应用四四.新技术与发展新技术与发展2.微生物学微生物学 环境（工程）微生物学环境（工程）微生物学 环境污染治理环境污染治理微生物生态，环境自净作用，微生物生态，环境自净作用，*环境污染及其生物处理环境污染及其生物处理利用有益微生物资源防止、控制、利用有益微生物资源防止、控制、消除环境污染消除环境污染3.非分类学概念。个体体积微小（一般非分类学概念。个体体积微小（一般 0.1 硝酸盐硝酸盐反硝化作用：硝酸盐反硝化作用：硝酸盐氨，氨，N2固氮作用：固氮作用：N2氨，有机氨氨，有机氨7.含硫有机物转化为硫化氢含硫有机物转化为硫化氢 硫化作用硫化作用 H2S S H2SO4 反硫化作用反硫化作用 硫酸盐硫酸盐 H2S无机硫转化无机硫转化硫循环硫循环磷循环磷循环有机：核酸、磷脂、植素分解有机：核酸、磷脂、植素分解无机：难溶性磷酸盐无机：难溶性磷酸盐 水溶性磷酸盐水溶性磷酸盐 有机磷有机磷铁锰循环铁锰循环人工合成人工合成有机物循环有机物循环农药农药合成洗涤剂合成洗涤剂增塑剂增塑剂多氯联苯多氯联苯8.微生物对污染物降解转化的特点微生物对污染物降解转化的特点*个体微小，比表面积大，代谢速率快，降解个体微小，比表面积大，代谢速率快，降解能力强大能力强大*种类繁多，分布广泛，代谢类型多，易于找种类繁多，分布广泛，代谢类型多，易于找到用于降解各种污染物质的微生物到用于降解各种污染物质的微生物*繁殖快，易变异，适应性强，便于选育驯化繁殖快，易变异，适应性强，便于选育驯化特定微生物以降解难降解有机物特定微生物以降解难降解有机物*共代谢作用（对非生长基质的不完全转化，共代谢作用（对非生长基质的不完全转化，不能作为唯一碳源或能源被降解的物质在不能作为唯一碳源或能源被降解的物质在提供其它有机物时被降解），增加了难降提供其它有机物时被降解），增加了难降解物质被生物降解的可能性。解物质被生物降解的可能性。9.废水的微生物净化废水的微生物净化 环境污染物的生物净化环境污染物的生物净化 煤炭微生物脱硫煤炭微生物脱硫 无机废气（无机废气（H H2 2S S、NHNH3 3）处理）处理 【化能自养细菌化能自养细菌】有机废气处理有机废气处理【化能异养细菌化能异养细菌】大气污染物的大气污染物的微生物处理微生物处理固体废弃物的固体废弃物的微生物处理微生物处理 卫生填埋卫生填埋 厌氧发酵厌氧发酵 好氧（高温堆肥）好氧（高温堆肥）厌氧厌氧堆肥堆肥10.污水生物污水生物处理处理好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理（厌氧生物处理（19701970，英）英）活性污泥法（活性污泥法（19141914，英），英）生物膜法生物膜法生物滤池生物滤池(1893,(1893,英）英）生物转盘（生物转盘（19601960)11.活性污泥法处理污水基本流程：活性污泥法处理污水基本流程：活性污泥活性污泥：悬浮生长的微生物絮体。好氧微生物：悬浮生长的微生物絮体。好氧微生物 及其代谢和吸附的物质。及其代谢和吸附的物质。工艺改革工艺改革：污泥负荷率，进水点位置，曝气池混合、：污泥负荷率，进水点位置，曝气池混合、曝气方式（渐减曝气、阶段曝气、吸附再生、延时曝气方式（渐减曝气、阶段曝气、吸附再生、延时 曝气、纯氧曝气等），氧化沟（曝气、纯氧曝气等），氧化沟（OD）:曝气池呈封闭曝气池呈封闭 的沟渠型，污水污泥在其中循环流动（的沟渠型，污水污泥在其中循环流动（1960）12.生物膜内生物膜内物质传递示意物质传递示意生物膜法生物膜法：固着于载体表面的微生物膜净化污水。：固着于载体表面的微生物膜净化污水。悬浮物及微生物吸附于固相表面，生长繁殖形成悬浮物及微生物吸附于固相表面，生长繁殖形成黏液状膜。黏液状膜。生物滤池生物滤池示意示意13.生物膜法生物膜法：填充式填充式废水和空气废水和空气沿膜流过沿膜流过生物滤池（固定的填料）生物滤池（固定的填料）生物转盘（转动的盘片）生物转盘（转动的盘片）浸渍式浸渍式载体完全浸没在载体完全浸没在水中，鼓风曝气水中，鼓风曝气生物接触氧化（载体固定）生物接触氧化（载体固定）生物流化床（载体呈流化状态）生物流化床（载体呈流化状态）工艺改革工艺改革：回流式，塔式滤池、流化床等：回流式，塔式滤池、流化床等优化组合优化组合：生物接触氧化法，泥膜共生系统法等：生物接触氧化法，泥膜共生系统法等14.污水厌氧生物处理：污水厌氧生物处理：无分子氧的条件下，厌氧微生物（包括兼性）将无分子氧的条件下，厌氧微生物（包括兼性）将复杂有机物分解转化为甲烷和复杂有机物分解转化为甲烷和CO2等（厌氧消化）。等（厌氧消化）。厌氧活性污泥法：普通消化池厌氧活性污泥法：普通消化池厌氧生物膜法：厌氧生物膜法：厌氧接触法，厌氧滤池（厌氧接触法，厌氧滤池（1960），），生物转盘和挡板反应器等生物转盘和挡板反应器等工艺革新工艺革新：上流式厌氧污泥床（：上流式厌氧污泥床（UASB）反应器）反应器 （1970,荷兰），厌氧流化床，两级厌氧法，复合荷兰），厌氧流化床，两级厌氧法，复合 厌氧法，厌氧内循环反应器，膨胀颗粒污泥床等厌氧法，厌氧内循环反应器，膨胀颗粒污泥床等.15.发展趋势发展趋势：处理低浓度废水，处理温度由：处理低浓度废水，处理温度由中高温向常低温发展。中高温向常低温发展。优化组合优化组合：19601960年以来，厌氧好氧（年以来，厌氧好氧（A AO O）、缺氧好氧（）、缺氧好氧（A AO O）组合工艺，去）组合工艺，去除有机物同时去除磷或氮。除有机物同时去除磷或氮。A AA AO O 流程流程（A A2 2/O/O），厌氧缺氧好氧三段处理，），厌氧缺氧好氧三段处理，同时脱氮除磷，去除难生物降解的有机物同时脱氮除磷，去除难生物降解的有机物效果好。中国效果好。中国19801980年开始研究采用。年开始研究采用。16.现代生物工程技术现代生物工程技术在污染治理中的应用在污染治理中的应用酶工程酶工程 以酶为催化剂进行反应，处理难以生物降以酶为催化剂进行反应，处理难以生物降 解的化合物。适用性广。关键：酶的生产开发与固定解的化合物。适用性广。关键：酶的生产开发与固定化技术。化技术。细胞工程细胞工程 将游离的微生物细胞限定在一定空间并保将游离的微生物细胞限定在一定空间并保持其活性，进行污染物降解。持其活性，进行污染物降解。发酵工程发酵工程 利用微生物的生长和代谢生产有用物质利用微生物的生长和代谢生产有用物质（饲料，农肥，燃气）（饲料，农肥，燃气）基因工程基因工程 通过质粒育种、构建基因工程菌，培育通过质粒育种、构建基因工程菌，培育可快速降解污染物（人工合成的农药洗涤剂染料等）可快速降解污染物（人工合成的农药洗涤剂染料等）的高效菌。的高效菌。17.质粒（质粒（plasmid）育种）育种质粒：原核微生物除染色体外一种较小的携带质粒：原核微生物除染色体外一种较小的携带少量遗传信息的环状（少数为带状）少量遗传信息的环状（少数为带状）DNA分分子，也称染色体外子，也称染色体外DNA。特点：容易丢失或转移，可诱导产生，使菌体特点：容易丢失或转移，可诱导产生，使菌体失去或者获得该质粒决定的某些性状但不影响失去或者获得该质粒决定的某些性状但不影响生命活性。生命活性。基因转移的运载工具。培育优良菌种，构建基因转移的运载工具。培育优良菌种，构建多功能降解特定污染物的超级工程菌。多功能降解特定污染物的超级工程菌。将供体菌携带有关基因的质粒转入繁殖速度将供体菌携带有关基因的质粒转入繁殖速度快，适应型强的受体菌体内，受体菌保留自身快，适应型强的受体菌体内，受体菌保留自身功能同时获得供体菌的功能。功能同时获得供体菌的功能。18.DNA重组技术重组技术存在问题：稳定性，安全性存在问题：稳定性，安全性19.微生物在环境污染的控制微生物在环境污染的控制和治理中体现出巨大作用和治理中体现出巨大作用控制环境污染控制环境污染维持生态良好循环维持生态良好循环保证经济和环境协调发展保证经济和环境协调发展走可持续发展道路走可持续发展道路20.结束结束21.