新环境生物技术复习总结Word文件下载.docx
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▪2、生物相对适应法则
▪3、生物富集现象
▪4、可比性与可重复性
生物相对适应法则：
（选择题、填空）稳定性、选择性、环境相关性
生物富集现象：
（名词解释）1、人类的干扰如某些人工合成化学物质等进入环境后；
2、会通过食物链在生态系统中传递和被放大被生物吸收和富集；
3、当这些物质超过生物所能承受的浓度后，将对生物乃至整个群落造成影响或损伤，并通过各种形式表现出来。
生命具有共同特征：
细胞构成、新陈代谢、感应性、生殖能力
▪生物对同一环境因素变化的忍受能力有一定的范围，即不同地区的同种生物抵抗某种环境压力或对某一生态要素的需求基本相同.
▪生物监测特点（问答题）优点、局限综合效应性：
生物监测可反映各类污染物之间联合作用
▪连续监测性：
能反映出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况
▪多功能性：
能通过指示生物的不同反应症状，分别监测多种干扰效应
▪高灵敏性：
生物监测更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化
局限：
▪反应相对迟钝：
不能像监测仪器那样迅速做出反应，并在较短时间内就能获得监测结果作出判断
▪很难定性和定量化：
不能精确地监测出环境中存在的污染物的名称和含量，它通常反映的只是环境中各污染物所反映出来的总体生物毒性水平
▪影响因素多：
指示生物同一受害症状可由多种因素造成，增加了对监测结果判别的困难
⏹生物监测基本方法（问答题、选择题、填空）
⏹1、指示生物法
⏹2、现场调查法
⏹3、现场盆栽定点监测法
⏹4、群落和生态系统监测法
⏹5、生物标志物检测法
⏹6、毒性与毒理试验
⏹7、环境流行病学调查法
指示生物（名词、填空）指环境中对某些物质（包括进入环境中的污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物
⏹指示生物法（名词、填空）是根据对环境中某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在环境中的多寡或分解程度，是最经典的生物学评价方法
指示生物的基本特征：
灵敏、代表性、具有小的差异性、具有多功能性
敏感性划分：
（选择、判断）
⏹大气污染的植物敏感性划分：
三级制
⏹敏感：
不能长时间生活在一定浓度的有害气体污染环境中；
否则，植物的生长点将干枯；
全株叶片受害普遍、症状明显，大部分受害叶片迅速脱落;
生长势衰弱，植物受害后生长难以恢复
⏹抗性中等：
能较长时间生活在一定浓度的有害气体环境中。
在遭受高浓度有害气体袭击后，生长缓慢，植株表现出慢性中毒症状，如节间缩短、小枝丛生、叶形缩小以及生长量下降等
⏹抗性强：
能较正常地生活在一定浓度的有害气体环境中，基本不受伤害或受害轻微。
慢性受害症状不明显。
在遭受高浓度有害气体袭击后，叶片受害轻或受害后生长恢复较快，能迅速萌发出新枝叶，并形成新的树冠。
指示生物选择方法（各方法适用性、优缺点等---问答、选择、判断）
⏹
（1）现场比较评比法
⏹
（2）栽培或饲养比较试验法
⏹（3）人工熏气法
⏹（4）浸蘸法
生物监测指标的选择：
形态指标、生长指标、生理生化指标、行为学指标（填空、选择）
⏹植物群落监测法：
（填空、选择、判断）
⏹该法是利用植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气污染的方法。
⏹如敏感植物受害，表明大气受到污染；
如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重；
如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重；
在严重污染地区，敏感植物不存在。
⏹在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。
看课件：
情况分析：
⏹根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。
⏹从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为3～10ppm。
地衣、苔藓监测法
⏹例如SO2年平均浓度在0.015～0.105mg/m3
⏹范围内就可使地衣绝迹；
浓度超过0.017mg/m3时大多数苔藓植物不能生存。
⏹地衣、苔藓——大气生物监测指示生物的优缺点
⏹地衣、苔藓生长在树干上，可以减少土壤或水体污染的干扰。
⏹地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染物，故前者吸收污染物的量相对较多。
⏹生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。
⏹两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。
而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。
⏹取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。
⏹形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。
观察指标
⏹通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类数量以及内外部受害症状等指标。
微核技术的应用：
⏹根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。
污化带：
（填空、选择、判断）将河流划分成多污带、α-中污带、β-中污带和寡污带
微型生物群落监测法
⏹常用的方法1969年由美国学者凯思斯等人发展和创立的聚氨酯泡沫塑料块法，又称PFU法（polyurethanefoamunit）
⏹原理：
用PFU法得到的原生动物群集过程是群集速度随着种类上升而下降，集群速度与种类数的交叉点就是种数的平衡点
PFU法的优点：
PFU法测定要点
浮游植物是生态学范畴上的类群，包括所有生活在水中浮游生活方式的微小植物。
通常所说的浮游植物就指浮游藻类，而不包括细菌和其他植物。
⏹特征：
浮游植物含有叶绿素，能利用光能进行光合作用，是初级生产者，在水生态系统中具有重要地位。
⏹生物指数（bioticindex）（名词、填空、选择、判断）是指依据不利环境因素，运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化以评价环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。
生物指数法的应用特点（优缺点—选择、判断、问答）特点
⏹优点：
方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较；
⏹缺点：
需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类数，而未考虑个体数量。
应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素
生物种类多样性指数
⏹理论依据：
⏹生物种类多样性指数的特点：
是能够定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化的信息。
种类多样性指数值越大，水质越好
生物指数主要反映的生态学效应
⏹某些对污染有指示价值的生物种类出现或消失→群落结构的种类组成变化
⏹群落中生物种类数在污染加重的条件下减少，在水质较好的情况下增加，但过于清洁的条件下由于食物缺乏也会导致种类数的减少
⏹组成群落的个别种群变化（如数量变化等）
⏹群落中种类组成比例的变化
⏹自养-异养程度上的变化
⏹生产力的变化
微宇宙法（microcosms）
⏹微宇宙法是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法。
又称为模型生态系统法（modelecosystem）
⏹研究内容：
研究污染生态系统中污染物
▪对生物和非生物组成的影响
▪在生物和非生物组成中的分布
▪对生物-生物和生物-非生物之间相互关系的作用
▪研究生物和非生物组成及其过程对污染物的生物效应的影响
⏹自然微宇宙直接来自于自然生态系统的断面，如土壤核心区、河流和湖泊底部土壤等。
⏹人工微宇宙根据研究者所需研究生态系统的特征在实验室组建的人工生态系统。
生物标志物检测法：
生物标志物（Biomarker）（名词等））监测和评价化学污染物的暴露及其效应中，把化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学改变称之为生物标志物（
⏹生物标志物在生物监测和评价中的作用
⏹起到“预警”系统的作用
⏹反映在特定环境中的生物体在生理上是否正常
⏹在受损生态系统的修复时，通过对生物标志物的监测，可以知道修复技术是否有效和生态系统是否恢复到正常的水平
毒性与毒理试验（填空、选择、判断）即利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法
发光细菌法
。
利用污染物对革兰氏阴性兼性厌氧微生物所发射出的蓝绿光强度的影响，来判断水质受污染的情况
⏹环境流行病学：
（了解）
▪研究作用物、环境和宿主三者之间相互关系，
▪分析患病人群与环境中的某种因子有无相关关系或因果关系，
▪找出剂量-反应关系，
▪从而从复杂的综合因素中推导出病因，
▪并为制订某一致病因子的环境卫生标准提供依据，
▪控制引起疾病或健康障碍的作用物，以达到控制发病、围遏扩散、预防发病的目的
大气污染生物监测指利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气的环境质量状况。
环境的基本属性——具有有限的自我调节能力量度
⏹环境承载力：
（填空、名词等）指某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下，所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度上的限值。
它与自然界的再生能力是相匹配的，在某种意义上环境承载力也是自然在生产能力的综合表示
环境预警：
（填空、名词等）是建立在环境承载力或环境容量基础上，通过一些重要的自然状态指标，对大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的环境进行实时监测，并及时提供环境危险信号的警示报告
生物监测在环境预警中的作用
生物监测的优点：
（一）水体污染的预警体系
⏹退化水体的生物监测自动预警系统：
是利用生物敏感性对污染源排放的废水和地表水的水质变化进行连续监测、传输和数据处理的一种检测系统。
（二）陆地环境退化的预警
生态监测：
是以地面网络式观测、试验为主，收集大范围内具有生命支持能力的数据，这些数据牵涉人、植物、动物及地球本身，结合遥感、地理信息系统和数学模型等现代生态学研究等手段，对各主要类型的生态系统和环境状况进行长期、全面的监测和研究的一种综合技术
第三章废水生物处理原理与技术
第一节废水生物处理技术概述
废水的生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质（无机物或简单有机物）的方法。
一废水生物处理的目的和重要性（填空、选择、判断）
☐废水生物处理的目的
☐1絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物2稳定和去除废水中的有机物3去除营养元素氮和磷
☐微生物在废水生物处理中的主要作用
☐1去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等；
2絮凝沉淀和降解胶体状固体物；
3稳定有机物。
第二节好氧生物处理技术
城市污水和工业废水生物处理的方法很多:
（填空）
根据微生物与氧的关系：
好氧处理、厌氧处理
根据微生物在构筑物中：
悬浮状态——活性污泥法；
固着——生物膜法
⏹城市生活污水和工业废水的各种生物处理构筑物为活性污泥或生物膜提供一个环境（有氧环境和无氧环境），构筑物中充满活性污泥或生物膜或活性污泥和生物膜的混合体。
有氧环境或无氧环境与其中的活性污泥和生物膜就构成一个生态系统。
⏹活性污泥和生物膜是净化污（废）水的工作主体。
（一）好氧活性污泥法
⏹1好氧活性污泥的组成
⏹好氧活性污泥（名词、填空、判断）好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒
⏹2好氧活性污泥的性质
⏹它具有沉降性能
⏹有生物活性，有吸附、氧化有机物的能力。
⏹有自我繁殖的能力
好氧活性污泥的存在状态
⏹在完全混合式的曝气池内，-均匀分布
⏹在推流式的曝气池内各区段之间的微生物种群和数量有差异，随推流方向
好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，称菌胶团。
⏹在其上生长着其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物（轮虫及线虫等）。
菌胶团细菌——活性污泥主体，它们多数是G-菌，如动胶菌属（Zoogloea）和丛毛单胞菌属（Comamonas），数量占70％，还有其他的G-菌和G+菌。
菌胶团的作用
丝状细菌的作用有两方面：
⏹正面：
是活性污泥的重要组分，交叉穿织于菌胶团内，或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解有机物能力，起到一定的净化作用。
⏹反面：
当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可使絮状体沉降性能下降，严重时可引发污泥膨胀（bulking）现象。
原生动物及微型后生动物的作用
⏹净化作用：
⏹腐生性营养的原生动物可吸收溶解性有机物，动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌及其它微小生物
⏹促进絮凝和沉淀作用
⏹指示作用：
可作为处理系统运转管理的指标
①可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污（废）水处理程度。
还可判断活性污泥培养成熟程度。
②根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。
③根据原生动物个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。
好氧活性污泥净化污（废）水的作用机理：
活性污泥绒粒中微生物之间的关系是食物链的关系。
好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解有机物的过程过程分三步：
第1步在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物。
第2步是活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细胞。
污（废）水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化。
第3步是原生动物和微型后生动物吸收或吞食未分解彻底的有机物及游离细菌。
活性污泥的增值曲线
适应期
⏹定义：
微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程；
⏹活性污泥微生物的变化：
⏹数量基本没有变化；
⏹菌体体积增大；
⏹酶系统相应调整；
⏹新的变异；
等。
⏹水质指标基本无变化。
对数增殖期——增长率上升阶段
⏹F/M值高（2.2kgBOD/kgVSS.d），有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；
⏹微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；
⏹微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖，合成新细胞；
⏹活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳；
⏹活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；
⏹一般不采用此阶段作为运行工况。
（但也有，如高负荷活性污泥法）
减速增长期——增长率下降阶段
⏹F/M值下降到一定水平后，有机物的浓度成为微生物增殖的控制因素；
⏹微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应；
⏹有机底物的降解速率也开始下降；
⏹微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为零，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；
⏹絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；
⏹出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；
⏹大多数污水厂曝气池的运行工况。
内源呼吸阶段
⏹内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；
⏹污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；
有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；
⏹一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。
好氧活性污泥法的几种处理工艺流程
好氧活性污泥的培养
8.1间歇式曝气法培养好氧活性污泥
⏹
（1）菌种来源：
⏹
（2）驯化：
☐驯化初期：
☐在驯化过程中：
⏹驯化后期：
⏹（3）培养
8.2连续曝气培养法培养好氧活性污泥
9判断活性污泥培养成熟与否的方法
判断活性污泥是否培养成熟，还要靠镜检和化学测定分析指标。
镜检判断方法，也是看培养初期活性污泥的生长状况，在向成熟阶段过渡的进程中，菌胶团的结构是否由松散向紧密演变，原生动物是否由低级向高级演替。
当进水流量达到设计值时，若菌胶团结构紧密，形成大的絮状颗粒，并且原生动物以钟虫等固着型纤毛虫大量出现，相继出现楯纤虫、漫游虫、轮虫等时即进入成熟期。
什么是活性污泥膨胀？
指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离，影响出水水质的现象。
☐活性污泥丝状膨胀的特征
☐1丝状膨胀污泥的SV30均在95％以上，甚至达到100%，污泥完全沉不下来。
2SVI在200mL/g以上。
一旦发生活性污的泥丝状膨胀，二次沉淀池中泥水分离困难，池面出水漂泥严重，在二沉池的表面漂浮有许多污泥，其厚度有20cm，并溢出池外，此时出水水质极差，严重污染环境。
活性污泥丝状膨胀的成因
☐活性污泥丝状膨胀的致因微生物
☐由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀。
☐活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多。
其中经常出现的有诺卡氏菌属（Nocardia）、浮游球衣菌（Sphaerotilusnatans）、微丝菌属（Microthrix）、发硫菌属（Thiothrix）、贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）等。
详见表。
活性污泥丝状膨胀的成因——
（1）温度
⏹构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30℃左右。
⏹菌胶团细菌如动胶菌属（Zoogloea）的最适生长温度在28～30℃，10℃生长缓慢，45℃不长。
⏹浮游球衣菌（Sphaerotilusnatans）最适温度在25～30℃，生长温度在15～37℃。
⏹※菌胶团和丝状细菌两者的最适生长温度接近。
浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，在低溶解氧的条件下，浮游球衣菌的竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长。
春、夏之交和秋季，水的温度在25～28℃之间。
此时的溶解氧低，有利于浮游球衣菌、贝日阿托氏菌、发硫菌的生长导致活性污泥丝状膨胀。
活性污泥丝状膨胀的成因——
（2）溶解氧（DO）
⏹菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状细菌对溶解氧的需要量差别大。
⏹菌胶团细菌是严格好氧，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，它对环境的适应性强，
⏹在微量好氧条件下，仍正常生长。
⏹贝日阿托氏菌、发硫菌是微量好氧，DO为0.5mg/L时生长最好。
⏹温度在25～30℃的条件下，在有机废水中溶解氧匮乏，丝状细菌呈优势生长，故很容易引起活性污泥丝状膨胀。
活性污泥丝状膨胀的成因——（3）可溶性有机物及其种类
⏹几乎所有的丝状细菌都能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸。
⏹在运行过程中，有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造营养条件，使丝状细菌优势生长。
⏹甚至自养的发硫菌也能利用低浓度的乙酸盐。
活性污泥丝状膨胀的成因——（4）有机物浓度（有机负荷）
⏹浮游球衣菌在含葡萄糖和蛋白胨各5g/L的培养基中不长衣鞘，不形成丝状体而呈大的单个细胞存在，菌落接近圆形，边缘光滑。
⏹在含葡萄糖和蛋白胨各1g/L的低浓度培养基中，浮游球衣菌则形成小细胞而呈丝状体，外披衣鞘，甚至呈假分枝茂盛生长，菌落为粗糙型。
11控制活性污泥丝状膨胀的对策
⏹解决活性污泥丝状膨胀的问题，根本的是要控制引起丝状微生物过度生长的具体环境因子而作出对策。
⏹如温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类、有机物浓度或有机负荷等。
⏹但实际运行过程中，进水的温度和进水中可溶性有机物是不可能控制的。
⏹而溶解氧和有机负荷可控制，改革工艺、改进曝气器的性能是最佳的办法。
11.1控制溶解氧（DO）
溶解氧浓度必须控制在2mg／L以上。
11.2控制有机负荷
⏹BOD污泥负荷高，在0.38kg/（kgMLSS·
d）以上时，容易发生活性污泥丝状膨胀。
⏹活性污泥要保持正常状态，BOD污泥负荷在0.2～0.3kg／（kgMLSS·
d）为宜。
11.3改革工艺
☐浮游球衣菌等丝状微生物去除有机物的能力比较强，对去除有机物有积极意义。
☐只要丝状细菌数量不占优势，不会影响处理效果。
☐为解决丝状膨胀问题，将活性污泥法改为生物膜法，
☐如在曝气池中加填料改为生物接触氧化法。
☐还可将二次沉淀池的沉淀法改为气浮法。
☐其他的工艺如：
AB法、A／O（缺氧－好氧）系统、A2／O（厌氧－缺氧－好氧）系统、A2／O2（缺氧－好氧－缺氧－好氧）系统及SBR（即序批式间歇曝气反应器）法及生物滤池等工艺，不但可以提高有机物的处理效果，脱氮除磷，还能有效地克服活性污泥丝状膨胀。
12活性污泥法运行中常见的问题（会用生物学的知识解释污泥上浮的原因和解决的方法）
⏹12.1.1污泥脱氮上浮;
活性污泥上氮气吸附多时，由于比重降低，污泥随气体浮上水面。
⏹12.1.2污泥腐化上浮;
污泥由于缺氧而腐化（厌氧分解），产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上，使污泥比重变小而上浮，上浮的污泥发黑发臭。
⏹防止方法：
减少曝气、及时排泥、减少曝气池进水量。
12.2污泥的致密与减少
污泥失去活性。
⏹解决方法：
⏹投加营养料；
缩短曝气时间或减少曝气量；
⏹调整回流比和污
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