生物技术和环境省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第7 7章章 生物技术与环境生物技术与环境第1页OutlineOutline 污水处理污水处理 大气净化大气净化 固体废弃物生物处理固体废弃物生物处理 生物技术与环境污染监测生物技术与环境污染监测第2页地球总水量地球总水量13.913.9亿立方千米，三分之二被水覆盖。亿立方千米，三分之二被水覆盖。咸水咸水97.5%2.5%冰帽和冰川冰帽和冰川地下水地下水易得江河湖淡易得江河湖淡水不到总淡水水不到总淡水量量1%中国水资源问题：中国水资源问题：南多北少，东多西少、时多时少、南多北少，东多西少、时多时少、总量多人均少亩均少。总量多人均少亩均少。水水 资资 源源 问问 题题一一.污水处理污水处理第3页表示水污染几个指标：表示水污染几个指标：p(1)(1)生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD)：表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗游离氧表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗游离氧数量，数量，惯惯用单位为用单位为mgmgL L，这是一个间接表示水被有机污染物污染程度指标。，这是一个间接表示水被有机污染物污染程度指标。在在2020和在和在BODBOD测定条件测定条件(氧充分、不搅动氧充分、不搅动)下，以五日作为测定下，以五日作为测定BODBOD标按时标按时间，称之为五日生化需氧量，以间，称之为五日生化需氧量，以BODBOD5 5表示。表示。p(2)(2)化学需氧量化学需氧量(COD)(COD)：用强氧化剂用强氧化剂重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物氧化为重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物氧化为H H2 2OO和和COCO2 2，此时所测出耗氧量称为化学需氧量，此时所测出耗氧量称为化学需氧量(COD)(COD)。CODCOD能够比较准确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，能够比较准确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，所以多作为工业废水污染指标。所以多作为工业废水污染指标。p(3)(3)总需氧量总需氧量(TOD)(TOD)：有机物主要是由碳有机物主要是由碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、氮、氮(N)(N)、硫、硫(S)(S)等元素所组成。当有机物完全等元素所组成。当有机物完全被氧化时，被氧化时，C C、H H、NN、S S分别被氧化为分别被氧化为COCO2 2、H H2 2OO、NONO和和SOSO2 2，此时需氧量称为总需氧量，此时需氧量称为总需氧量(TOD)(TOD)。第4页1.1.氧化塘法氧化塘法 生物氧化塘生物氧化塘生物氧化塘生物氧化塘(Oxidation(Oxidation Pond)Pond)又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功效上协又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功效上协同作用处理污水一个生态系统。同作用处理污水一个生态系统。氧化塘净化原理氧化塘净化原理氧化塘净化原理氧化塘净化原理:氧化塘净化原理是利用了细菌与藻类互生关系。氧化塘净化原理是利用了细菌与藻类互生关系。p 藻类进行光合作用释放氧气；藻类进行光合作用释放氧气；p 细菌利用藻类产生氧气分解流入塘内有机物；细菌利用藻类产生氧气分解流入塘内有机物；p 分解产物中分解产物中COCO2 2、NN、P P等无机物以及一部分小分子有机物成等无机物以及一部分小分子有机物成 为藻类营养源；为藻类营养源；p 增殖细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。增殖细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。第5页氧化塘内生物学过程氧化塘内生物学过程藻类细菌衰亡细胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀固体处理出水O2 风阳光（厌氧性）（兼性）有机物微生物有机酸、醇等微生物CH4CO2NH3等第6页pp藻类：藻类：藻类：藻类：位于氧化塘表层，常见有：小球藻属、衣藻属、眼虫位于氧化塘表层，常见有：小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等。藻属等。pp细菌：细菌：细菌：细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无色杆菌、大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化塘底部厌氧假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化塘底部厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。pp微型动物：微型动物：微型动物：微型动物：存在存在各各种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。氧化塘内生物组成氧化塘内生物组成第7页2.2.人工湿地处理系统法人工湿地处理系统法pp湿地：湿地：每年在足够长时间内均含有前表面水层每年在足够长时间内均含有前表面水层,能维持能维持大型水生植物生长生态系统。大型水生植物生长生态系统。pp人工湿地：人工湿地：依据自然湿地模拟人工生态系统，用于处理废依据自然湿地模拟人工生态系统，用于处理废水。水。第8页p人工湿地处理系统优点：人工湿地处理系统优点：净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处理厂难以去除营养元素净化效果好。理厂难以去除营养元素净化效果好。p应用实例：应用实例：芦苇湿地处理系统芦苇湿地处理系统第9页3.3.污水土地处理系统污水土地处理系统pp污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统(Land Treatment System)(Land Treatment System)利用土地及其中微生物和植物根系对污染物净化能力利用土地及其中微生物和植物根系对污染物净化能力来处理已经经过预处理污水或废水，同时利用其中水来处理已经经过预处理污水或废水，同时利用其中水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长工程设施。分和肥分促进农作物、牧草或树木生长工程设施。pp污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水土地处理系统组成污水预处理设施，污水调整与储存设施，污水输送、污水预处理设施，污水调整与储存设施，污水输送、布水和控制系统，土地处理面积，排出水布水和控制系统，土地处理面积，排出水搜搜集系统。集系统。第10页pp土地处理净化机理土地处理净化机理净化机理包含：土壤过滤截留、物理和化学净化机理包含：土壤过滤截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物摄取等作用。摄取等作用。第11页v土地处理系统要求对污水进行必要预处理，去除污水中有害物质。土地处理系统要求对污水进行必要预处理，去除污水中有害物质。v土地处理系统是按照整年连续运行污水处理设施；污灌则是按照土地处理系统是按照整年连续运行污水处理设施；污灌则是按照农作物需要进行农作物需要进行浇浇灌。灌。v土地处理系统有完整工程系统并能够调控，其底层防渗系统，有土地处理系统有完整工程系统并能够调控，其底层防渗系统，有效控制了污水对地下水可能造成污染。效控制了污水对地下水可能造成污染。v土地处理系统地面上种植植物，以有利于污水处理牧草、林木、土地处理系统地面上种植植物，以有利于污水处理牧草、林木、青饲料等经济作物为主，不中直接食用农作物；污灌土地常以粮青饲料等经济作物为主，不中直接食用农作物；污灌土地常以粮食、蔬菜等农作物为主。食、蔬菜等农作物为主。土地处理系统与污灌主要区分土地处理系统与污灌主要区分第12页4.4.活性污泥处理法活性污泥处理法 活性污泥活性污泥 污水经过一段时间曝气后，水中会产生一个污水经过一段时间曝气后，水中会产生一个以好氧菌为主以好氧菌为主体体茶褐色絮凝体，其中含有大量活性微生物，这种污泥絮体就是茶褐色絮凝体，其中含有大量活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成活性。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成活性微生物为主体，另外还有一些无机物，未被微生物分解有机物和微生物为主体，另外还有一些无机物，未被微生物分解有机物和微生物本身代谢残留物。微生物本身代谢残留物。依据生物反应器中微生物存在状态依据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着悬浮，附着)可将污水生物处可将污水生物处理技术分为理技术分为活性污泥法活性污泥法(悬浮有活性生物絮体悬浮有活性生物絮体)和和生物膜法生物膜法(附着有附着有活性生物膜活性生物膜)，及以后，及以后复合式复合式(悬浮，附着悬浮，附着)生物处理、技术。生物处理、技术。第13页 基本流程基本流程 污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池：微生物降解有机：微生物降解有机 物反应场所物反应场所2.二沉池二沉池：泥水分离：泥水分离3.污泥回流污泥回流：确保曝气池内：确保曝气池内 生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气：为微生物提供溶解：为微生物提供溶解 氧，同时起到搅拌氧，同时起到搅拌 混合作用。混合作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机空气机空气剩剩下下污污泥泥污污泥泥井井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水第14页活性污泥法基本工艺流程活性污泥法基本工艺流程出水出水出水出水初沉池初沉池初沉池初沉池曝气池曝气池曝气池曝气池二沉池二沉池二沉池二沉池进水进水进水进水污泥污泥污泥污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥剩剩剩剩下下下下污泥污泥污泥污泥活性污泥法基本流程活性污泥法基本流程第15页 1.1.污水中有足够可溶解性易降解有机物污水中有足够可溶解性易降解有机物 2.2.混合液中含有足够溶解氧混合液中含有足够溶解氧 3.3.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态 4.4.活性污泥连续回流活性污泥连续回流 5.5.及时排除剩下污泥及时排除剩下污泥 6.6.没有对微生物有毒害作用物质进入没有对微生物有毒害作用物质进入活性污泥法处理系统有效运行得基本条件活性污泥法处理系统有效运行得基本条件第16页活性污泥净化污水过程活性污泥净化污水过程 活性污泥净化污水作用是由吸附和氧化两个阶段完成，活性污泥在活性污泥净化污水作用是由吸附和氧化两个阶段完成，活性污泥在与废水与废水早早期接触期接触202030min30min内，就能够去除内，就能够去除75%75%以上以上BODBOD，在于活性污，在于活性污泥含有巨大表面积泥含有巨大表面积(10000m(10000m2 2/m/m3 3),),且其表面含有多糖类粘液层。氧化分且其表面含有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长多，可见暴气池大部分容积解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长多，可见暴气池大部分容积是在进行有机物氧化和微生物合成。是在进行有机物氧化和微生物合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物质8020内源代谢内源代谢第17页厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点 与废水好氧生物处理工艺相比，废水厌氧生物处理工艺含有以下主要与废水好氧生物处理工艺相比，废水厌氧生物处理工艺含有以下主要优点：优点：能耗降低，而且还能够回收生物能能耗降低，而且还能够回收生物能(沼气沼气)；因为厌氧生物处；因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，降低了理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，降低了 能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同 时，还会产生大量沼气。时，还会产生大量沼气。污泥产量很低。污泥产量很低。厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分 降解；对于一些含有难降解有机物废水，利用厌氧工艺进行降解；对于一些含有难降解有机物废水，利用厌氧工艺进行 处理能够取得更加好处理效果。处理能够取得更加好处理效果。第18页 厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧微生物厌氧微生物尤尤其是其中产甲烷细菌对温度、其是其中产甲烷细菌对温度、pHpH等环境原因非常等环境原因非常 敏感。敏感。厌氧生物处理出水水质仍通常较差，普通需要利用好氧工艺进厌氧生物处理出水水质仍通常较差，普通需要利用好氧工艺进行深入处理；行深入处理；厌氧生物处理气味较大；厌氧生物处理气味较大；对氨氮去除效果不好，还可能因为原废水中含有有机氮在厌氧对氨氮去除效果不好，还可能因为原废水中含有有机氮在厌氧条件下转化造成氨氮浓度上升。条件下转化造成氨氮浓度上升。主要缺点：主要缺点：第19页5.5.生物膜处理法生物膜处理法 生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。共同特点：共同特点：共同特点：共同特点：是在有氧条件下，利用好氧微生物来是在有氧条件下，利用好氧微生物来是在有氧条件下，利用好氧微生物来是在有氧条件下，利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解有机物。氧化分解污水中可生物降解有机物。氧化分解污水中可生物降解有机物。氧化分解污水中可生物降解有机物。不一样之处：不一样之处：不一样之处：不一样之处：微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有微生物在处理构筑物中生存方式有所不一样。所不一样。所不一样。所不一样。第20页生物膜法分为以下三类：生物膜法分为以下三类：生物膜法分为以下三类：生物膜法分为以下三类：1 1 1 1）润壁型生物膜法）润壁型生物膜法）润壁型生物膜法）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘生物滤池和生物转盘等；等；等；等；2 2 2 2）浸没型生物膜法）浸没型生物膜法）浸没型生物膜法）浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如如如如生物接触氧化生物接触氧化生物接触氧化生物接触氧化；3 3 3 3）流动床型生物膜法）流动床型生物膜法）流动床型生物膜法）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如气池中，如气池中，如气池中，如生物流化床生物流化床生物流化床生物流化床。第21页 生物滤池于生物滤池于生物滤池于生物滤池于1889188918891889年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究年在劳伦斯实验厂首先开始研究,1910,1910,1910,1910年后期在美国开始了大规模的应用，年后期在美国开始了大规模的应用，年后期在美国开始了大规模的应用，年后期在美国开始了大规模的应用，20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代逐年代逐年代逐年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大池又得到了的改进，应用范围不断扩大池又得到了的改进，应用范围不断扩大池又得到了的改进，应用范围不断扩大。生物滤池生物滤池第22页生物滤池生物滤池结结构构 生物滤池由生物滤池由滤床滤床、布水装置布水装置和和排水系统排水系统三部分组成。三部分组成。第23页n池壁池壁n滤料滤料n布水系统布水系统n排水系统排水系统第24页二二.大气净化大气净化p什么是大气污染物微生物处理？什么是大气污染物微生物处理？指利用微生物生物化学作用，使大气污染物分解。转化指利用微生物生物化学作用，使大气污染物分解。转化为无害或少害物质。当前主要用来净化有机污染物为无害或少害物质。当前主要用来净化有机污染物尤尤其其是脱除臭味。是脱除臭味。p废气微生物处理特点废气微生物处理特点设备简单、能耗低、不消耗有用原料、安全可靠、无二设备简单、能耗低、不消耗有用原料、安全可靠、无二次污染等。次污染等。p废气生物处理两个阶段废气生物处理两个阶段污染物由气相转入液相或固相表面液膜中；污染物由气相转入液相或固相表面液膜中；污染物在液相或固相表面被微生物降解。污染物在液相或固相表面被微生物降解。第25页煤炭微生物脱硫煤炭微生物脱硫p 细菌浸出法细菌浸出法利用微生物把煤炭中不一样类型硫分解成可溶性铁利用微生物把煤炭中不一样类型硫分解成可溶性铁盐和硫酸后滤出煤粉。盐和硫酸后滤出煤粉。p 表面改性法表面改性法利用细菌氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性质利用细菌氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性质(疏水性疏水性)，提升分离能力，从而将黄铁矿从煤中脱，提升分离能力，从而将黄铁矿从煤中脱除。除。第26页微生物对无机废气处理微生物对无机废气处理微生物对无机废气处理主要利用一些化能自养菌微生物对无机废气处理主要利用一些化能自养菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。适合于微生物处理无机废气污染组分主要有：氨适合于微生物处理无机废气污染组分主要有：氨和硫化氢。和硫化氢。比如：硫化氢生物处理比如：硫化氢生物处理第27页微生物对有机废气处理微生物对有机废气处理p微生物吸收法微生物吸收法(Microorganism Absorption)(Microorganism Absorption)原理：利用微生物、营养物和水组成吸收液处理废气，适合原理：利用微生物、营养物和水组成吸收液处理废气，适合于处理可溶性气态污染物。于处理可溶性气态污染物。装置：由吸收器装置：由吸收器(物理溶解过程物理溶解过程)和废水反应器和废水反应器(生物处理过程生物处理过程)两部分组成。两部分组成。p微生物洗涤法微生物洗涤法(Microorganism Wash)(Microorganism Wash)利用污水厂剩下污泥配制混合液作为吸收剂处理废气，对脱利用污水厂剩下污泥配制混合液作为吸收剂处理废气，对脱除复合型臭气效果很好。除复合型臭气效果很好。p微生物过滤法微生物过滤法(Microorganism Adsorption)(Microorganism Adsorption)利用含有微生物固体颗粒吸收废气中污染物。利用含有微生物固体颗粒吸收废气中污染物。包含以下类型：堆肥滤池、土壤滤池、微生物过滤箱包含以下类型：堆肥滤池、土壤滤池、微生物过滤箱第28页吸收设备填料塔吸收设备填料塔第29页三三.固体废弃物生物处理固体废弃物生物处理 生物处理就是以固体废物中可降解有机物或其它组生物处理就是以固体废物中可降解有机物或其它组分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定产物、分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定产物、能源和其它有用物质一个处理技术。能源和其它有用物质一个处理技术。第30页1 1、生活垃圾生活垃圾中中5060%5060%是有机物，会腐烂变质，释放臭是有机物，会腐烂变质，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康。气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康。2 2、粪便、污水厂污泥粪便、污水厂污泥大部分是有机物，堆放过程中会释大部分是有机物，堆放过程中会释放污染物，污染环境。放污染物，污染环境。3 3、农业废弃物农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释基本上全是有机物，倾倒水体中会释放污染物；焚烧会污染大气。放污染物；焚烧会污染大气。有机物是固体废物污染主要起源有机物是固体废物污染主要起源有机污染物有必要进行治理有机污染物有必要进行治理有机污染物通常是可生物降解有机污染物通常是可生物降解生物处理是一个很好路径生物处理是一个很好路径第31页p固体废弃物分类固体废弃物分类p固体废弃物处理基本标准：固体废弃物处理基本标准：无害化、减量化、资源化无害化、减量化、资源化p固体废弃物微生物处理主要方法：固体废弃物微生物处理主要方法：堆肥法堆肥法卫生填埋法卫生填埋法厌氧发酵法厌氧发酵法(厌氧堆肥化厌氧堆肥化)第32页p堆肥化是利用自然界广泛存在微生物，有控制堆肥化是利用自然界广泛存在微生物，有控制地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定腐地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定腐殖质生物化学过程。殖质生物化学过程。p依据微生物生长环境可将堆肥化分为依据微生物生长环境可将堆肥化分为依据微生物生长环境可将堆肥化分为依据微生物生长环境可将堆肥化分为好氧堆肥好氧堆肥好氧堆肥好氧堆肥化化化化和和和和厌氧堆肥化厌氧堆肥化厌氧堆肥化厌氧堆肥化两种。两种。两种。两种。(一一)堆肥法堆肥法 堆肥化堆肥化 第33页1.1.好氧堆肥化好氧堆肥化好氧堆肥化是以好氧菌为主对废物中有机物好氧堆肥化是以好氧菌为主对废物中有机物进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一部分有机物氧化成简单无机物，并释放出能部分有机物氧化成简单无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化合成为新细胞物量，把另一部分有机物转化合成为新细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多生物体。质，使微生物生长繁殖，产生更多生物体。第34页好氧堆肥化微生物好氧堆肥化微生物堆肥中含有微生物种堆肥中含有微生物种类主要有类主要有细菌、真菌细菌、真菌和放线菌和放线菌，堆肥过程，堆肥过程中，随有机物降解，中，随有机物降解，堆肥微生物在数量和堆肥微生物在数量和种群上会发生改变。种群上会发生改变。高温阶段会出现较多高温阶段会出现较多真菌。真菌。第35页好氧堆肥化过程温度改变规律好氧堆肥化过程温度改变规律(1)(1)中温阶段中温阶段p嗜温性微生物比较活跃，主要利用堆肥中可嗜温性微生物比较活跃，主要利用堆肥中可溶性有机物进行繁殖，并释放出能量，温度溶性有机物进行繁殖，并释放出能量，温度不停上升。不停上升。pp这阶段微生物主要是这阶段微生物主要是这阶段微生物主要是这阶段微生物主要是细菌细菌细菌细菌和和和和真菌真菌真菌真菌。第36页p当堆温升高到当堆温升高到4545以上即进入高温阶段，嗜热性微生物以上即进入高温阶段，嗜热性微生物逐步代替了嗜温性微生物，复杂有机物如半纤维素、纤逐步代替了嗜温性微生物，复杂有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。维素和蛋白质等也开始被强烈分解。pp在高温阶段，在在高温阶段，在在高温阶段，在在高温阶段，在50505050进行活动主要是嗜热性真菌和放线进行活动主要是嗜热性真菌和放线进行活动主要是嗜热性真菌和放线进行活动主要是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到菌，温度上升到菌，温度上升到菌，温度上升到60606060时，真菌停时，真菌停时，真菌停时，真菌停顿顿顿顿活动，仅为嗜热性放活动，仅为嗜热性放活动，仅为嗜热性放活动，仅为嗜热性放线菌与细菌活动，温度升至线菌与细菌活动，温度升至线菌与细菌活动，温度升至线菌与细菌活动，温度升至70707070以上时，微生物大量死以上时，微生物大量死以上时，微生物大量死以上时，微生物大量死亡或进入休眠状态。亡或进入休眠状态。亡或进入休眠状态。亡或进入休眠状态。pp在该阶段后期，因为可降解有机物已大部分耗尽，微生在该阶段后期，因为可降解有机物已大部分耗尽，微生在该阶段后期，因为可降解有机物已大部分耗尽，微生在该阶段后期，因为可降解有机物已大部分耗尽，微生物内源呼吸占主导作用。物内源呼吸占主导作用。物内源呼吸占主导作用。物内源呼吸占主导作用。(2)(2)高温阶段高温阶段第37页第38页pp在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解有机物深入分解，腐殖质不停增多且稳定化。有机物深入分解，腐殖质不停增多且稳定化。有机物深入分解，腐殖质不停增多且稳定化。有机物深入分解，腐殖质不停增多且稳定化。p在此阶段，只剩下部分较难降解有机物和新形成腐在此阶段，只剩下部分较难降解有机物和新形成腐殖质，此时微生物活性下降，发烧量降低，温度下殖质，此时微生物活性下降，发烧量降低，温度下降至中温，并最终过渡到环境温度降至中温，并最终过渡到环境温度。(3)(3)降温阶段降温阶段第39页好氧静态堆肥工艺好氧静态堆肥工艺p普通采取露天强制通风垛，普通采取露天强制通风垛，当一批物料堆积成垛后，不当一批物料堆积成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后运出。料腐熟后运出。p缺点是有机物和微生物分布缺点是有机物和微生物分布不均匀，局部会发生厌氧。不均匀，局部会发生厌氧。第40页间歇式好氧动态堆肥工艺间歇式好氧动态堆肥工艺p采取间歇翻堆强制通采取间歇翻堆强制通风垛或间歇进出料发风垛或间歇进出料发酵仓，将物料批量地酵仓，将物料批量地进行发酵处理。进行发酵处理。p堆肥装置有垛体、长堆肥装置有垛体、长方形池式发酵仓、立方形池式发酵仓、立筒形发酵仓等。筒形发酵仓等。第41页连续式好氧动态堆肥工艺连续式好氧动态堆肥工艺p是一个发酵时间更短动态二次发酵技术，采取连续进料是一个发酵时间更短动态二次发酵技术，采取连续进料和连续出料方式进行，物料在发酵装置内处于连续翻动和连续出料方式进行，物料在发酵装置内处于连续翻动状态下，组分易于混合均匀，形成空隙利于通风、水分状态下，组分易于混合均匀，形成空隙利于通风、水分蒸发快速，使发酵周期缩短。堆肥装置有达诺筒和浆叶蒸发快速，使发酵周期缩短。堆肥装置有达诺筒和浆叶式发酵塔等。式发酵塔等。第42页2.2.厌氧堆肥化厌氧堆肥化厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地使废物中可生物降解有机物转化为，有控制地使废物中可生物降解有机物转化为CHCH4 4、COCO2 2和稳定物质生物化学过程。和稳定物质生物化学过程。第43页优点：优点：优点：优点：缺点：缺点：缺点：缺点：厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大会产生会产生会产生会产生HH2 2S S等恶臭气体等恶臭气体等恶臭气体等恶臭气体可将废弃物中低品位生物能转化为高可将废弃物中低品位生物能转化为高可将废弃物中低品位生物能转化为高可将废弃物中低品位生物能转化为高端端端端沼气沼气沼气沼气适于处理高浓度有机废水和废物适于处理高浓度有机废水和废物适于处理高浓度有机废水和废物适于处理高浓度有机废水和废物厌氧消化后残渣已基本稳定，可做农肥、饲料或堆肥厌氧消化后残渣已基本稳定，可做农肥、饲料或堆肥厌氧消化后残渣已基本稳定，可做农肥、饲料或堆肥厌氧消化后残渣已基本稳定，可做农肥、饲料或堆肥化原料化原料化原料化原料生产过程全封闭生产过程全封闭生产过程全封闭生产过程全封闭厌氧消化特点厌氧消化特点第44页厌氧消化过程厌氧消化过程三个阶段三个阶段1 1、第一阶段、第一阶段(水解阶段水解阶段)：在水解与发酵细菌作用下，大分在水解与发酵细菌作用下，大分子有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪，经水解与发酵转子有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪，经水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。p水解与发酵细菌水解与发酵细菌 ：纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌解菌p原生动物：原生动物：鞭毛虫、纤毛虫、变形虫鞭毛虫、纤毛虫、变形虫参加第一阶段代谢微生物：参加第一阶段代谢微生物：参加第一阶段代谢微生物：参加第一阶段代谢微生物：p真菌：真菌：毛霉、根霉、曲霉毛霉、根霉、曲霉第45页2 2、第二阶段、第二阶段(产酸阶段产酸阶段)：在产氢、产乙酸菌和同型乙酸菌在产氢、产乙酸菌和同型乙酸菌作用下，把第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。作用下，把第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 2O OCHCH3 3CHCH2 2COOH+CHCOOH+CH2 2COOH+COOH+H H2 2CHCH3 3CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 2O OCHCH3 3COOHCOOH+3H3H2 2+COCO2 2CHCH3 3CHCH2 2OH+2HOH+2H2 2O OCHCH3 3COOHCOOH+2H2H2 22CO2CO2 2+4H+4H2 2CHCH3 3COOHCOOH+2H+2H2 2O Op产氢、产乙酸菌产氢、产乙酸菌：将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧化碳、氢气。化碳、氢气。p 同型乙酸菌同型乙酸菌：将二氧化碳、氢气转化为乙酸；将甲酸、甲将二氧化碳、氢气转化为乙酸；将甲酸、甲 醇转化为乙酸。醇转化为乙酸。参加第二阶段代谢微生物：参加第二阶段代谢微生物：参加第二阶段代谢微生物：参加第二阶段代谢微生物：第46页3.3.第三阶段第三阶段(产甲烷阶段产甲烷阶段)：经过两组不一样产甲烷菌作用，经过两组不一样产甲烷菌作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或者乙酸脱羧产生甲烷。将氢和二氧化碳转化为甲烷或者乙酸脱羧产生甲烷。产甲烷菌：产甲烷菌：甲烷杆菌甲烷杆菌甲烷杆菌甲烷杆菌甲烷球菌甲烷球菌甲烷球菌甲烷球菌参加第三阶段代谢微生物参加第三阶段代谢微生物参加第三阶段代谢微生物参加第三阶段代谢微生物甲烷八叠球菌甲烷八叠球菌甲烷八叠球菌甲烷八叠球菌甲烷螺旋菌甲烷螺旋菌甲烷螺旋菌甲烷螺旋菌4H4H2 2+CO+CO2 2CHCH4 4+2H+2H2 2O OCHCH3 3COOHCOOHCHCH4 4+CO+CO2 2第47页三阶段厌氧消化模式三阶段厌氧消化模式第48页(二二)卫生填埋法卫生填埋法(Sanitary Landfill)(Sanitary Landfill)p 什么是卫生填埋法？什么是卫生填埋法？指将垃圾在填埋场里分层填埋处理方法。由废物层指将垃圾在填埋场里分层填埋处理方法。由废物层(普通厚度普通厚度2.52.53.0m)3.0m)和覆土层和覆土层(普通厚度为普通厚度为0.20.20.3m)0.3m)组成一个填埋单元，由一组成一个填埋单元，由一系列填埋单元组成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层系列填埋单元组成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层0.90.91.2m1.2m土壤，压实后就得到了一个完整卫生填埋场。土壤，压实后就得到了一个完整卫生填埋场。覆土层废物层第二层第一层不透水层扎实粘土卫生填埋场示意图卫生填埋场示意图第49页p好氧分解阶段好氧分解阶段微生物利用垃圾空隙中空气进行好氧分解。微生物利用垃圾空隙中空气进行好氧分解。p厌氧分解不产甲烷阶段厌氧分解不产甲烷阶段微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌繁殖速度大气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌繁殖速度大于产甲烷细菌。于产甲烷细菌。p厌氧分解产甲烷阶段厌氧分解产甲烷阶段当还原状态到达一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至当还原状态到达一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至5555时，进入稳定产气阶段。时，进入稳定产气阶段。p稳定产气阶段稳定产气阶段此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷。此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷。填埋坑内微生物活动过程四个阶段填埋坑内微生物活动过程四个阶段第50页四四.生物技术与环境污染监测生物技术与环境污染监测生物与其生存环境之间存在着相互影响，相互制约，相生物与其生存环境之间存在着相互影响，相互制约，相互依存互依存亲亲密关系，生物需要不停地直接或间接从环境中密关系，生物需要不停地直接或间接从环境中吸收营养，进行新陈代谢，维持本身生命。吸收营养，进行新陈代谢，维持本身生命。当环境受到污染后，生物在吸收营养同时，也吸收了污当环境受到污染后，生物在吸收营养同时，也吸收了污染物质，并在体内迁移、积累，从而遭受污染，受到污染物质，并在体内迁移、积累，从而遭受污染，受到污染生物，在生态、生理和生化指标，污染物在体内行为染生物，在生态、生理和生化指标，污染物在体内行为等方面会发生改变，出现不一样症状或反应，能够利用等方面会发生改变，出现不一样症状或反应，能够利用这些改变来反应和度量环境污染程度。这些改变来反应和度量环境污染程度。第51页1.1.指示生物指示生物 (Indicator Organism)(Indicator Organism)p被用来监测评价环境质量及其改变、污染程度生物称被用来监测评价环境质量及其改变、污染程度生物称作指示生物。作指示生物。p已用指示生物作为监测气象、水土、周围环境污染程已用指示生物作为监测气象、水土、周围环境污染程度。度。p现在所指指示生物包含自然指示生物、活性污泥指示现在所指指示生物包含自然指示生物、活性污泥指示生物和有毒物质指示生物等。生物和有毒物质指示生物等。第52页发光细菌在适当条件下能发射出肉眼可见蓝绿色光，当发光发光细菌在适当条件下能发射出肉眼可见蓝绿色光，当发光细菌与水样中有毒物质接触时，可影响或干扰细菌新陈代谢细菌与水样中有毒物质接触时，可影响或干扰细菌新陈代谢，使细菌发光强度下降或熄灭，在一定毒物浓度范围内，有，使细菌发光强度下降或熄灭，在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因为可使用生物毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因为可使用生物发光光度计测定水样相对发光强度来监测有毒物质浓度。发光光度计测定水样相对发光强度来监测有毒物质浓度。发光细菌作为毒性检测生物学方法，因其简便、快速、灵敏发光细菌作为毒性检测生物学方法，因其简便、快速、灵敏且成本较低而受到重视。且成本较低而受到重视。市场上已经有专门利用发光细菌法原理生物毒性市场上已经有专门利用发光细菌法原理生物毒性(污染污染)测定测定仪仪 。应用举例：应用举例：发光细菌发光细菌第53页细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使用细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使用鼠沙门氏鼠沙门氏伤寒杆菌伤寒杆菌称为称为AmesAmes试验，这种细菌野生型即原养型能试验，这种细菌野生型即原养型能自行合成自行合成组氨酸组氨酸或或色氨酸色氨酸和和乳糖乳糖，其突变体则缺乏这，其突变体则缺乏这些能力，在对应营养缺乏培养基中不能生长，若在受些能力，在对应营养缺乏培养基中不能生长，若在受试物作用下，能生长成菌株，则说明受试物使之发生试物作用下，能生长成菌株，则说明受试物使之发生了回变。了回变。应用举例：应用举例：AmesAmes试验试验第54页第55页S.t.his回回变变S.t.his 吸入吸入滤纸片滤纸片保温保温可疑可疑“三致三致”试样试样 鼠肝匀浆鼠肝匀浆（含羟化酶）（含羟化酶）阳性阳性阴性阴性 利用回变检测致癌剂利用回变检测致癌剂 艾姆斯试验法艾姆斯试验法鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺组氨酸营养缺点点型型第56页2.2.核酸探针和核酸探针和PCRPCR技术技术全世界每年有2亿5千万人感染水源性疾病，而不一样微生物病原体具有不一样致病剂量，所以确定水样中病原体数量，提升检测准确度显得十分主要。已经发觉PCR对星状病毒检测灵敏度比电镜更高，并可判定这一病毒不一样血清型。利用多链PCR技术可检测非人源性E.coli甘氨酸羧酶基因，从而可快速判定河流是否受到人粪便污染。英国人开发了一个基于PCRE.coli检测方法能够在二十四小时完成对99种不一样环境水样检测，与标准方法100%相吻合，现已列为泰晤士河例行项目。基于基于PCRPCR技术生物监测技术生物监测第57页3.3.生物芯片生物芯片p生物芯片主要指经过平面微细加工技术在固体芯片表生物芯片主要指经过平面微细加工技术在固体芯片表面构建微流体分析单元和系统，以实现对细胞蛋白质、面构建微流体