1、 绪论 1、环境生物技术 （ enviromental biotechnology)也称环境生物工程(enviromental bioengineering) 狭义的定义：生物技术在处理环境问题时的特定应用，包括废弃物处理、污染控制以及非生物技术的结合运用。 名词、填空 2、主要研究对象和目的 环境生物技术主要研究环境污染引起的机理、生物对环境污染的适应性即抗性机理、利用生物技术对环境污染现象进行分析、检测和检测的原理和方法；利用生物技术对污染环境的控制和处理；进行污染环境的生物修复；采用生物技术合成和生产环境友好物 质。 主要目的在于人类的健康、促进环境的生态平衡、有利于人类的生存和社会的可
2、持续发展 3、环境生物技术的研究内容 （填空） 有学者从技术难度和理论深度的角度，提出可分为三个部分或三个层次 第一层次 现代环境生物技术 第二层次 指传统的生物处理技术 第三层次 指利用天然处理系统进行废物处理的技术 应该指出的是 , 环境生物技术中的三个层次没有重要与不重要之分 3、 环境生物技术的应用 （填空、选择） 废物生物处理技术、废水生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术以及可降解材料的生物合成技术。环 境生物监测技术 第一节 生物监测概述 生物监测 ： （名词解释） 是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些
3、干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据 生物监测重点 个体和生态系统级的生物反应 生物监测至少应具备什么条件 ? 对比性，有已建立的标准可供对照； 重复性，按一定的标准、采用相应的方法、在一定观测点上每隔一定时间采样分析 生物监测内容包括： （选择题、填空） 生态环境变化 生物个体急性、亚急性、慢性的毒性测定 生物的生理生化分析 有毒物质、污染物在生物体内循环运转的分析 个体生态状况以及群落生态结构变化分析等 二、 生物监测的依据 （名词、选择题、填空） 生态系统理论 是生物监测的理论基础：生态系统具有维持一定地区的系统结构与功能的能力 1、生命与
4、环境协同进化理论 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
5、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
6、 （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
7、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
8、 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
9、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 0.105 mg/m3 范围内就可使地衣绝迹；浓度超过 0.017 mg/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
10、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、
11、选择、判断） 将河流划分成多污带、 -中污带、 -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 (polyurethane foam unit) 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
12、系统中具有重要地位 。 生物指数 (biotic index)（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
13、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（ model ecosystem） 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
14、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
15、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 原理： 。 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、
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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 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。 根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。 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
