第11章 生物技術(shù)與環(huán)境

第11章 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)概論 授課人 楊宇 生物技術(shù)與環(huán)境 學(xué)習(xí)目的 2 了解環(huán)境生物技術(shù)在 三廢 處理以及環(huán)境監(jiān)測評價方面的應(yīng)用及發(fā)展 了解環(huán)境生物技術(shù)的基本原理 生物技術(shù)與環(huán)境 概述 高層次 基因工程為主導(dǎo)的近代污染防治技術(shù) 中層次 污水的活性污泥法 生物膜法處理及其強化的技術(shù)與工藝 低層次 指氧化塘 人工濕地 生態(tài)工程以及厭氧發(fā)酵等處理技術(shù) 根據(jù)技術(shù)的難度和理論基礎(chǔ)的深度可分為 注 層次之間沒有主次之分 高新技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染防治產(chǎn)生的一門新興邊緣學(xué)科 生物技術(shù)與環(huán)境 11 1污水處理 人類的生產(chǎn)活動和生活離不開水 但同時又帶來大量的工業(yè)廢水和生活污水 處理方法 物理法 化學(xué)法 生物法 生物技術(shù)與環(huán)境 11 1污水處理 生物法穩(wěn)定塘法人工濕地處理系統(tǒng)法污水處理土地系統(tǒng)活性污泥法生物膜處理法 生物技術(shù)與環(huán)境 11 1 1穩(wěn)定塘法 基本原理 污水進(jìn)入塘內(nèi)后 在細(xì)菌 藻類等生物的作用下發(fā)生分解 硝化和光合等物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng) 達(dá)到降低有機(jī)污染成分的目的 生物技術(shù)與環(huán)境 11 1 2人工濕地處理系統(tǒng)法 綜合作用 人工濕地由土壤和礫石等混合結(jié)構(gòu)的填料床組成 生物技術(shù)與環(huán)境 基本原理 利用土壤微生物和植物的根系對污染物的凈化能力 11 1 3污水處理土地系統(tǒng) 生物技術(shù)與環(huán)境 活性污泥 由具有生命活力的多種微生物類群組成的顆粒狀絮絨物 11 1 4活性污泥處理法 基本原理 活性污泥黏液層對污染物的迅速吸附 生物技術(shù)與環(huán)境 11 1 5生物膜處理法 基本原理 生物膜對污水的滲濾作用 生物膜 濾床填料表面附著的大量微生物群落而形成一層黏液狀膜 生物技術(shù)與環(huán)境 11 2大氣凈化 工業(yè)對大氣的污染情況 生物技術(shù)與環(huán)境 主要方法生物凈氣塔滲濾器生物濾池 生物技術(shù)與環(huán)境 11 2 1生物凈化塔 廢水處理流程 大氣污染物 液態(tài)污染物 生物技術(shù)與環(huán)境 特點 廢氣的吸收和液相的除污再生過程同時在一個反應(yīng)裝置內(nèi)完成 11 2 2滲濾器 生物技術(shù)與環(huán)境 基本原理 腐生性細(xì)菌和真菌的降解作用 11 2 3生物濾池 生物技術(shù)與環(huán)境 11 3 1固體垃圾的生物處理 填埋 將固體廢物存積在大坑或低洼地 并通過科學(xué)的管理來恢復(fù)地貌和維護(hù)生態(tài)平衡的工藝 堆肥 鋪有固體有機(jī)顆粒的底床上進(jìn)行 主要利用固有的微生物在其中生長和繁殖 微生物 填埋 堆肥 焚燒 利用 生物技術(shù)與環(huán)境 大型填埋場照片 生物技術(shù)與環(huán)境 11 3 2礦渣的生物淋溶處理 適用于貧礦 廢礦 難處理礦物開發(fā)與利用 提高了礦產(chǎn)資源的可利用率 礦渣的資源化 微生物對礦物溶解作用 生物技術(shù)與環(huán)境 浸礦體系中分離到的各種微生物 Acidithiobacillusferrooxidans Acidithiobacilluscaldus Acidithiobacillusalbertensis Leptospirillumferrophilium 生物技術(shù)與環(huán)境 Thermoplasma acidophilum T a Leptospirillumferrooxidans L f Acidithiobacillusthiooxidans A t Acidiiphiliumspp 浸礦體系中分離到的各種各種微生物 生物技術(shù)與環(huán)境 制定的篩選高效浸礦細(xì)菌基因芯片標(biāo)準(zhǔn) 生物技術(shù)與環(huán)境 礦物 微生物 溶液 氣相界面電子傳遞研究 生物技術(shù)與環(huán)境 礦石的生物堆浸工藝示意圖 生物技術(shù)與環(huán)境 浸出堆 集液池 礦石的生物堆浸工藝試驗場 生物技術(shù)與環(huán)境 德興銅礦的生物堆浸現(xiàn)場 尾礦壩 積液池 水泵房 生物技術(shù)與環(huán)境 洗脫和吸附等物理或化學(xué)方法 投資成本較高 并僅適用于嚴(yán)重污染的小范圍地點 土壤以及地下水污染 生物修復(fù)法 投資成本低 可用于大面積污染環(huán)境的治理 人類范圍廣泛的生產(chǎn)活動 如化肥和農(nóng)藥的大量使用 廢棄化學(xué)物質(zhì)的堆放 油田的事故性排放 導(dǎo)致 11 4 1污染環(huán)境的生物修復(fù)概述 生物技術(shù)與環(huán)境 生物修復(fù)基本原理 生物技術(shù)與環(huán)境 11 4 2生物修復(fù)的方法 原位 insitu 生物修復(fù) 異位 exsitu 生物修復(fù) 污染對象不需移動 處理費用低 但處理過程控制比較難 需要通過某種方法將污染對象轉(zhuǎn)移到污染現(xiàn)場之外 再進(jìn)行處理 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)與環(huán)境 一 通過增加營養(yǎng)鹽以促使土著微生物的生長二 通過生物反應(yīng)器培養(yǎng) 增加有益微生物的數(shù)量 然后再將這些微生物混合類群接種到污染地進(jìn)行生長 繁殖 11 4 3生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用 石油污染處理 生物技術(shù)與環(huán)境 重金屬污染處理 生物技術(shù)與環(huán)境 地下水污染處理 11 4 3生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用 第1步 收集水文地質(zhì)資料 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)與環(huán)境 11 5環(huán)境污染監(jiān)測與評價的生物技術(shù) 指示生物傳統(tǒng)的指示生物常采用哺乳動物 但是哺乳動物存在生長周期長 費用高 結(jié)果有較大偶然性等不足之處 為了獲得大量準(zhǔn)確有效的毒理數(shù)據(jù) 人們建立了多種多樣的短期生物試驗法 分別用細(xì)菌 原生動物 藻類 高等植物和魚類等作為指示生物 生物技術(shù)與環(huán)境 11 5環(huán)境污染監(jiān)測與評價的生物技術(shù) 生物技術(shù)與環(huán)境 核酸探針 生物技術(shù)與環(huán)境 同位素標(biāo)記 生物技術(shù)與環(huán)境 Fluorescentinsituhybridization FISH 熒光標(biāo)記 生物技術(shù)與環(huán)境 熒光標(biāo)記 生物技術(shù)與環(huán)境 PCR相關(guān)技術(shù) 1 PCR RFLP 生物技術(shù)與環(huán)境 DGGE Denaturinggradientgelelectrophoresis 2 DGGE技術(shù) 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)與環(huán)境 生物技術(shù)與環(huán)境 生物芯片 生物技術(shù)與環(huán)境 Taroncher Olderburg G etal 20