环境生物技术概论初步.PPTVIP

*/46 环境生物技术的层次划分 环境生物技术可分为三个层次 高层次是指以基因工程为主导的现代污染防治生物技术，如基因工程菌的构建、抗污染型转基因植物的培育等 中层次是指传统的生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法，以及其在新的理论和背景下产生的强化处理技术和工艺，如生物流化床、生物强化工艺等 低层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术，如氧化塘、人工湿地系统等 三个层次均是污染治理不可缺少的生物技术手段 新途径 主力军 自然性 */46 目前环境生物技术面临的任务 基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，其遗传稳定性、功能高效性和生态安全性等方面的问题 开发废物资源化和能源化技术，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源，如甲烷、氢气、乙醇等 建立无害化生物技术清洁生产新工艺，如生物制浆、生物絮凝剂、煤的生物脱硫、生物冶金等 开发对环境污染物的生理毒性及其对生态的影响检测技术 */46 环境生物处理技术的相关概念 生物处理的主体是微生物，生物降解过程以微生物的代谢为核心，化合物的分解过程遵循化学原理 生物降解是指由生物催化的复杂化合物的分解过程 生物处理就是在设计的工程设施内，利用生物降解与转化作用去除水、废水、固体废弃物、废气等介质中的污染物质 有机物的转化 矿化：有机物完全无机化的过程；其为微生物生长的基质和能源 共代谢：使有机物得到修饰或转化，但不能完全分解；由非专一性酶促反应完成；不导致细胞质量和能量的增加，需要有另外的基质存在 生物处理过程基本上分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种过程 */46 好氧生物处理的基本原理 有氧条件下，有机物在好氧微生物的作用下氧化分解，有机物浓度下降，微生物量增加 合成代谢：有机物被用于合成新的细胞物质 分解代谢：有机物分解成CO2和H2O，产生能量 有机物的好氧分解 */46 有机物的降解途径 历程：大分子→小分子→二氧化碳+水+硝酸盐+硫酸盐等 难降解有机物 难降解有机物结构稳定或对微生物活动有抑制作用，适生的微生物种类少 不同类型的难降解有机物的降解历程也不尽相同 许多降解过程与微生物携带的质粒有关 有机物好氧生物降解的一般途径 */46 有机物降解动力学 指数方程（适用于均匀溶液）： c：污染物浓度 t：反应时间 K：降解速率常数 n：反应级数，≥1 双曲线方程（适用于非均相）： K1：随浓度增加的最大反应速率 K2：假平衡常数 */46 微生物的增殖 微生物菌群的生长表现为适应期、对数增殖期、衰减期和内源呼吸期 对数期微生物增殖速率和自身浓度成一级反应，细胞数量按指数增殖 衰减期微生物生长与残余有机物浓度成一级反应 内源呼吸阶段微生物代谢自身细胞，总量减少 静态培养微生物生长曲线 */46 溶解氧的提供 溶解氧是影响好氧生物处理过程的重要因素，充足的溶解氧有利于好氧生物降解过程的顺利进行 溶解氧的需求量与微生物的代谢过程密切相关 不同的好氧生物处理过程和工艺中，溶解氧的提供方式不同，如在废水好氧生物处理过程中，溶解氧可以通过鼓风曝气、表面曝气、自然通风等方式提供 */46 好氧过程的控制 在有机物的好氧分解过程中，有机物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗这三个过程是同步进行的，也是控制好氧生物处理成功与否的关键过程 即：底物消耗速率、菌体生长速率、溶氧消耗速率及其对应的控制策略 */46 厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理是在无氧条件下，利用多种厌氧微生物的代谢活动，将有机物转化为无机物和少量细胞物质的过程 无机物质主要是生物气即沼气和水 沼气的主要成分是2/3的甲烷和1/3的二氧化碳 有机物厌氧分解过程 */46 厌氧生物分解有机物的过程 水解阶段 复杂有机物在发酵性细菌的胞外酶作用下分解为溶解性的小分子有机物 过程缓慢，是厌氧降解的限速阶段 发酵阶段（酸化） 溶解性小分子进入细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸及乳酸、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢等 同时合成细胞物质 产乙酸阶段 发酵酸化阶段产生的丙酸、丁酸、乙醇等经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、氢气和二氧化碳 产甲烷阶段 产甲烷菌利用乙酸（70%）：CH3COOH→CH4+CO2 产甲烷菌利用H2和CO2（30%）：H2+CO2→CH4+H2O */46 水解处理 水解处理是指将厌氧过程控制在水解或酸化阶段、利用兼性水解产酸菌将复杂有机物转化为简单有机物 不仅能降低污染程度，而且降低污染物的复杂程度，提高后续好氧生物处理的效率 */46 缺氧处理 没有分子氧存在的条件下，一些特殊的微生物类群可以利用含有化合态氧的物质，如硫酸盐、亚