環(huán)境生物學 重點內(nèi)容.doc

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環(huán)境科學：影響人類生存和發(fā)展的和經(jīng)過人工改造的自然因素總合。 生態(tài)學：直接或間接影響生物生存和發(fā)展的各種因素總和。 環(huán)境問題的實質(zhì)：由于人類活動超出了環(huán)境的承受能力，對其所賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了破壞作用，導致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào)。 環(huán)境問題的根本：人類活動作用于人們周圍的環(huán)境所引起環(huán)境質(zhì)量變化，及這種變化反過來對人們的影響。 環(huán)境生物學：是研究生物與人類干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機理的學科，是環(huán)境科學的一個分支學科。 第一章 環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為 環(huán)境污染：指有害物質(zhì)或因子進入環(huán)境，并在環(huán)境中擴散、遷移、轉(zhuǎn)化，使環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，對人類以及其他生物的生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象。 環(huán)境生物效應(yīng)：各種環(huán)境因素變化而導致系統(tǒng)變異的效果。 污染源：造成環(huán)境污染的污染物發(fā)生源 污染物：進入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生變化、直接或間接有害于人類生存和發(fā)展的物質(zhì)。（生產(chǎn)性、生活性） 優(yōu)先污染物：有毒有機化學污染物、難降解污染物、具有生物積累作用的污染物、三致（致癌、致畸、致突變）污染物 ★一、污染物的遷移：指污染物在環(huán)境中發(fā)生的空間位置的移動及其引起的富集、分散和消失過程。 遷移方式：機械遷移（水，風），物理化學遷移（溶解沉淀、氧化還原、水解、絡(luò)合螯合、吸附解析），生物遷移（通過食物鏈放大積累作用） 環(huán)境中污染物的形態(tài)：外部形態(tài)、化學組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu) ★二、污染物的轉(zhuǎn)化：污染物在環(huán)境中通過物理、化學或生物的作用改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過程。 轉(zhuǎn)化形式：物理轉(zhuǎn)化、化學轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化結(jié)果：①污染物對生物的毒性降低，甚至轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或形成易降解的結(jié)構(gòu) ②增加污染物的生物可利用性，使污染物的生物毒性增強，或形成難降解的結(jié)構(gòu) 。 大氣中的轉(zhuǎn)化：光化學氧化，催化氧化（光化學煙霧—碳氧化物和氮氧化物在紫外線照射下發(fā)生光化學氧化，形成臭氧和過氧乙酰硝酸酯PAN） 水體中的轉(zhuǎn)化：氧化還原反應(yīng)，配合作用（水體中有大量無機配為體），生物降解作用 污染物生物地球化學循環(huán) 合成作用：生物將所吸收的環(huán)境化學物質(zhì)變成為生物體本身的有機物質(zhì) 礦化作用：生物通過代謝作用將生物體的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)或簡單的有機物 三、生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化 ★生物轉(zhuǎn)運：環(huán)境污染物經(jīng)各種途徑和方式同生物機體接觸而被吸收、分布和排泄等過程。 ★污染物透過細胞膜的方式：被動轉(zhuǎn)運、特殊運輸（主動轉(zhuǎn)運，易化擴散）、胞飲 污染物的吸收：呼吸系統(tǒng)吸收、消化管吸收、皮膚吸收 植物對污染物的吸收途徑：①根部吸收，蒸騰作用②暴露在空氣中的地上部分，葉片吸收③有機化合物蒸汽，表皮滲透吸收 生物轉(zhuǎn)化：外源性化合物進入生物機體后在有關(guān)酶系統(tǒng)的催化作用下的代謝變化過程。 外源化合物：人工合成，具有不被現(xiàn)有酶系所識別和作用的分子結(jié)構(gòu)和化合鍵序列的化合物。 ★生物轉(zhuǎn)化過程： 相Ⅰ反應(yīng)：外源性化合物在有關(guān)酶的催化下經(jīng)由氧化、還原或水解反應(yīng)改變其化學結(jié)構(gòu)，形成某些活性基團或進一步使這些活性集團暴露。（氧化、還原、水解） 相Ⅱ反應(yīng)：相Ⅰ反應(yīng)產(chǎn)生的以及代謝物在另外的一些酶系統(tǒng)催化下通過上述活性基團與細胞內(nèi)的某些化合物結(jié)合，產(chǎn)生二級代謝產(chǎn)物。（葡萄糖醛酸化、硫酸化、甲基化） （相Ⅱ反應(yīng)為解毒反應(yīng)①時有毒化合物的功能基團失活②增加水溶性，由腎臟排出） 影響生物轉(zhuǎn)化的因素：①物種和個體的差異（最大，酶種類活性不同）②飲食營養(yǎng)狀況（蛋白質(zhì)、無機鹽、維生素缺乏影響轉(zhuǎn)化）③生理因素（年齡性別、激素、內(nèi)分泌） 四、環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累與放大 生物濃縮：指生物機體或處于同一營養(yǎng)級上的許多生物種群，從周圍環(huán)境中積蓄某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過了環(huán)境中的濃度現(xiàn)象，又叫生物學富集。 生物積累：指生物在其整個代謝活躍期通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中積蓄某種元素或難分解的化合物，以致隨著生長發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象。 生物放大：在生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級的生物以低營養(yǎng)級的生物為食，某種元素或難分解的化合物在生物機體中的濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。 生物濃縮系數(shù)：指生物體內(nèi)某種元素或難分解的化合物的濃度同它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度比值。 生物污染：對人和生物有害的微生物、寄生蟲等病原體和變應(yīng)原等污染水、氣、土壤和食品，影響生物產(chǎn)量和質(zhì)量，危害人類健康的污染。 ★重金屬生物轉(zhuǎn)化的環(huán)境效應(yīng)： ①微生物通過分泌和呼吸作用排除形成有機金屬化合物（有可能危害更大） ②把化合態(tài)金屬還愿成單質(zhì) 第二章 污染物對生物的影響 各級生物學水平：生物分子—細胞器—細胞—組織—器官—器官系統(tǒng)—個體—種群—群落—生態(tài)系統(tǒng) 防護性與非防護性生化反應(yīng) 防護性：(保護機體抵抗污染物傷害)通過降低細胞中游離污染物的濃度，從而防止或限制細胞組成部分發(fā)生可能的有害反應(yīng)，消除對機體的影響。 ①混合功能氧化酶的誘導—加快新陳代謝，生成水溶性的代謝產(chǎn)物，從而加速排泄。 ②金屬硫蛋白的生成—增加對金屬的束縛速度，從而降低金屬的生物利用率。 非防護性：①乙酰膽堿酯酶的抑制作用：有機磷農(nóng)藥 ②DNA加合物的的形成：若導致突變發(fā)生損害作用 一、酶和生物大分子水平上的影響 酶和污染物的作用：①在酶催化氧化下，進行代謝轉(zhuǎn)化 ②使體內(nèi)酶活性降低 ③對酶的誘導作用，增加活性 污染物對酶的影響：①對酶輔助因子的影響 ②對酶活性中心的影響（與酶活性基團結(jié)合，使酶失活） ③破壞酶結(jié)構(gòu) ④與酶激活劑作用 ⑤與基質(zhì)競爭同種酶而抑制酶活性 酶的抑制作用：①不可逆性抑制，污染物與酶蛋白活性中心功能基因不可逆性結(jié)合。 ②非競爭性抑制，污染物與酶分子的結(jié)合位置不是底物的結(jié)合位置，因此增加底物濃度，不能使抑制作用逆轉(zhuǎn)。 ③競爭性抑制，競爭性抑制劑與酶底物在化學結(jié)構(gòu)上相似，與酶活性中心結(jié)合部位相同，可逆抑制。 污染物對生物大分子的影響：①干擾正常的受體和配體的作用 ②破壞生物膜 ③干擾細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) ④干擾細胞能量合成 ⑤脂質(zhì)過氧化與自由基 ⑥共價結(jié)合 1、對蛋白質(zhì)，與氨基酸的活性基團結(jié)合。2、對DNA，外源性化合物及其活性代謝引起DNA損傷。3、對脂質(zhì)，脂質(zhì)自由基與分子氧反應(yīng)，生成脂質(zhì)過氧自由基。（使多種與脂質(zhì)蛋白結(jié)合的酶活性降低） 二、細胞和器官水平上的影響 對細胞的影響：1、細胞膜（①引起磷脂過氧化 ②膜離子通透性 ③與膜上受體結(jié)合，干擾正常生理功能） 2、細胞器（使核糖體脫落，導致蛋白質(zhì)合成控制改變） 對組織器官的影響：①直接產(chǎn)生毒作用的器官為靶器官 ②污染物作用于靶器官后，其作用直接由靶器官表現(xiàn)出來，此靶器官為效應(yīng)器官 ③污染物在體內(nèi)積蓄的器官，但不一定顯示毒作用的器官為蓄積器官。 三、個體水平上的影響（死亡、行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加、代謝率變化） 致死劑量：在一定劑量或者濃度作用下，引起動物死亡。 行為毒性：當一種污染物或其他因素使得動物一種行為改變超過正常變化的范圍。 環(huán)境激素：具有動物和人體激素活性，能干擾破壞野生動物繁殖，誘發(fā)人類重大疾病的天然或者人工合成物。 生長指示器：反映生物機體能量獲取利用和代謝的綜合指標 P=從食物獲取能量—（呼吸能量損失+排泄能量損失） 四、種群和群落水平的影響 對種群的影響：① 個體數(shù)量減少，種群密度下降 ②影響種群性別比例和年齡結(jié)構(gòu) ③遺傳結(jié)構(gòu)改變 ④競爭關(guān)系改變 對群落的影響：①群落組成和結(jié)構(gòu)的改變（優(yōu)勢種、耐污種、敏感種） ②對物種多樣性的影響 化學污染物對生物的聯(lián)合作用 1、 協(xié)同作用：兩種或兩種以上化學污染物同時或數(shù)分鐘內(nèi)與機體接觸，其對機體產(chǎn)生的生物學作用遠遠大于他們分別單獨與機體接觸時所產(chǎn)生的生物學作用的總和。 2、 相加作用：多種化學污染物混合產(chǎn)生的生物學作用強度等于個化學污染分別產(chǎn)生的作用強度之和。 3、 獨立作用：各種化學污染物對機體產(chǎn)生的毒性作用的機理不同，互不影響 4、 拮抗作用：兩種或兩種以上化學污染物同時或數(shù)分鐘內(nèi)先后輸入體內(nèi)，其中一種化學污染物可干擾另一化學污染物原有的生物學作用使其減弱，或者相互干擾，時污染物的生物學作用強度低于任何一種污染物單獨輸入機體的強度。 聯(lián)合作用的研究方法： 過篩試驗：將聯(lián)合作用污染物以半數(shù)致死劑量給予試驗生物，死亡率≥80%為協(xié)同作用，死亡率≤30%為拮抗作用，兩者之間為相加作用。 第三章 污染物的生物效應(yīng)監(jiān)測 生物測試：系統(tǒng)的利用生物的反應(yīng)，測定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨或聯(lián)合存在時，所導致的影響或危害。 生物測試特點：①利用的生物反應(yīng)包括分子、細胞、組織、器官、個體、種群、群落—生態(tài)系統(tǒng)各級水平上的反應(yīng)。②可以提供物理和化學檢測無法得到的數(shù)據(jù)。 生物測試分類： 短期生物測試：被測試的生物在短時間內(nèi)暴露于高濃度的污染物下，測定污染物對生物機體的影響（快速估計污染物毒性、評定幾種不同毒物對某生物的相對毒性）測定半數(shù)致死濃度、半數(shù)抑制濃度、半數(shù)效應(yīng)濃度 中期生物測試：介于長期和短期之間的。 長期生物測試：在低濃度污染物作用下，暴露時間盡可能長達受試生物整個生活史。測定不造成有害效應(yīng)的毒物最大濃度、最大允許毒物濃度 毒物：在一定條件下，以較小劑量給予機體時，能與生物相互作用，引起生物體功能或器質(zhì)性損傷的化學物質(zhì)，但積累到一定的量，就能干擾和破壞機體的正常生理功能，引起暫時或持久性的病理變化，甚至危及生命的化合物。 中毒：生物體受到毒物作用引起功能或器質(zhì)性改變后出現(xiàn)的疾病狀態(tài)。 效應(yīng)和反應(yīng)： 效應(yīng)：接觸一定劑量化學物質(zhì)引起機體個體發(fā)生的生物學變化（針對個體） 反應(yīng)：接觸一定劑量化學物質(zhì)后，表現(xiàn)一定程度某種效應(yīng)的個體在一個群體中所占比重（針對群體，發(fā)病率、死亡率） 毒性參數(shù)： ①致死劑量、致死濃度：絕對致死劑量LD100，半數(shù)致死劑量LD50，最小致死劑量MLD，最大耐受劑量LD0 ②最大無作用劑量：（化學物質(zhì)在一定時間內(nèi)，按一定方式與機體接觸，按一定的檢測方法或觀察指標，不能觀察到任何損害作用的最高劑量） 每日容許攝入量ADI，最高容許濃度MAC ③最小有作用劑量 ④毒帶作用 ⑤半數(shù)效應(yīng)濃度EC50 ⑥半數(shù)抑制濃度IC50 毒性參數(shù)應(yīng)用： ① 急性毒性實驗: LD100、LD50、LD0、MLD ② 亞慢性實驗：ADI、MAC、LD0 ③ 慢性毒性實驗：ADI、MAC 生物致突變效應(yīng)檢測 Ames實驗原理：利用一種突變型微生物菌株與被檢測化學物質(zhì)接觸，若該化學物質(zhì)具有致突變性，則可使突變?yōu)樯锇l(fā)生回復突變 突變率= Ames實驗：鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株，在含微量組氨酸的培養(yǎng)基中，除極少數(shù)自發(fā)回復突變的細胞外，一般只能分裂幾次，形成在顯微鏡下才能見到的微菌落。受誘變劑作用后，大量細胞發(fā)生回復突變，自行合成組氨酸，發(fā)育成肉眼可見的菌落。 生物致畸效應(yīng)檢測 作用機理：①突變引起胚胎發(fā)育異常 ②對細胞的生長分化較為重要的酶類受到抑制 ③母體正常代謝過程被破壞 ④細胞分裂過程的障礙 微宇宙法：研究污染物在生物種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈水平上的生物效應(yīng)的方法。（自然微宇宙、人工微宇宙） 第四章 環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評價 生物監(jiān)測：利用生物個體、種群或群落對環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)，闡明環(huán)境污染狀況，從生物學角度為環(huán)境質(zhì)量的檢測和評價提供依據(jù)。 相對理化監(jiān)測的的優(yōu)缺點： 優(yōu)：①直接反映出環(huán)境質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的影響 ②綜合反映環(huán)境質(zhì)量狀況 ③連續(xù)監(jiān)測 ④靈敏度高 ⑤成本小 ⑥可大面積密集布點 缺：①作用時間較長 ②不能精確測得含量 指示生物：對環(huán)境中某些物質(zhì)，能產(chǎn)生各種反應(yīng)或信息，而被用來監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化的生物。 指示植物：對某些有害氣體有特殊敏感性，可監(jiān)測大氣中氣體濃度。 指示植物的選擇：①現(xiàn)場比較評比法（污染現(xiàn)場，受害最嚴重的植物） ②栽培比較試驗（將備選植物栽培好后，放到污染區(qū)看受害情況，減小條件差異帶來的影響） ③人工熏氣法（備選植物放入熏氣室） 大氣污染物植物監(jiān)測方法： ① 指示植物 ② 現(xiàn)場調(diào)查 ③ 植物群落監(jiān)測法（敏感植物受害~大氣污染，中等抗性受害~污染較嚴重，高抗性受害~嚴重污染） ④ 現(xiàn)場盆栽定點監(jiān)測法 ⑤ 地衣苔蘚檢測法（對SO2 HF敏感。 根據(jù)植物單位面積生物量、多度、蓋度、頻度、種類、數(shù)量的變化） ⑥ 微核技術(shù)（染色體受損，形成四分體微核，根據(jù)微核數(shù)預(yù)測誘變劑效應(yīng)） ⑦ 污染量指數(shù)法（KIPC=Cm/Cc 監(jiān)測點指示植物葉片中污染物含量/對照點同種植物中污染物含量 ＜1.2清潔大氣，1.21~2.0輕度污染，2.01~3.0重度污染，＞3.0重度污染） 注意的問題：凍害、病蟲害、肥料不足、農(nóng)藥藥害也可能使植物受害。 問題解決途徑：①調(diào)查污染源（有害氣體種類） ②觀察葉片受害癥狀 ③觀察植物受害方式（風向、距離） ④葉片內(nèi)污染物含量分析 水污染生物監(jiān)測 測定大腸桿菌群的原因：大腸桿菌和和致病菌數(shù)量有關(guān)，成正相關(guān)，且抵抗力強，易于檢查。 水環(huán)境質(zhì)量生物學評價方法 ① 一般描述對比法 ② 指示生物法 ③ 污水生物系統(tǒng)（原理：受污河由于自凈過程使得從上游到下游形成一系列在污染程度上逐漸減輕的連續(xù)帶，隨污染物濃度降低、生物種類變化，每一帶都生存有大體上能夠表示這一帶特征的生物。從而根據(jù)生物區(qū)系來鑒別該區(qū)域的有機污染程度。分為多污帶，α—中污帶，β—中污帶，寡污帶） ④ 生物指數(shù)（特點：方法簡單，是數(shù)字便于比較。但是需要分類學和生態(tài)學專家進行種類鑒定，同時只考慮了種類，沒考慮數(shù)量） Beak生物指數(shù)：IB=2nA+nB（nA敏感種種類，nB中等耐污種種類） 生物標志物：化學污染導致生物有機體化學和生理學的改變。（例如DDT—蛋殼變薄，有機磷—AchE的抑制，有機物PCBs—混合功能氧化酶誘導） 生物標志物作用：①污染物早期反應(yīng)，有預(yù)警的作用 ②反應(yīng)在特定環(huán)境中的生物體是否正常，有環(huán)境診斷的作用 ③生態(tài)系統(tǒng)修復時，可了解是否恢復到正常水平 ④表現(xiàn)速度快 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價：從生態(tài)系統(tǒng)的層次上，研究系統(tǒng)各組分，特別是有生命組分的質(zhì)量變化規(guī)律和相互關(guān)系，以及人為作用下結(jié)構(gòu)和功能的變化情況，從而評價其環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣。 第五章 環(huán)境污染物生物凈化的原理 一次污染物：直接從污染源排放到大氣中的原始污染物。 二次污染物：由一次污染物與大氣中其他組分經(jīng)過一系列化學或光化學反應(yīng)而生成的新污染物。 污染與凈化指標 BOD：微生物好氧分解水樣中有機物所消耗的溶解氧量。 有機物被好氧分解的兩個過程：①碳化需氧量，有機碳氧化成CO2 ②硝化需氧，將還原態(tài)氮氧化成亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮 COD：用強化學試劑在化學氧化被測廢水所含有機物過程中消耗的氧量。 BOD和COD區(qū)別于聯(lián)系： ① BOD是反映微生物能夠降解的呢部分有機物數(shù)量，基本反映了水體中生物氧化分解有機物的耗氧量，但檢出時間長而且當水體毒性過大會抑制微生物的作用。BODu是水樣在BOD測定瓶中經(jīng)長期培養(yǎng)后所顯示的耗氧量。BOD5約為2/3 BODu ② COD幾乎可以表示所有有機物全部被氧化所需氧量，不受水體限制，速度快。COD包括能被微生物降解的有機物的耗氧量CODB，和不能被微生物降解的有機物的需氧量CODNB ③ BODu＞CODB，因為作為微生物營養(yǎng)基質(zhì)的有機物中，有1/3通過微生物的呼吸作用（異化）被氧化分解，并轉(zhuǎn)變成能量，2/3的營養(yǎng)基質(zhì)通過微生物的合成代謝（同化）轉(zhuǎn)為細胞物質(zhì)。 ④ BODu=0.87CODB BOD5=0.58 CODB TOD(總需氧量)：廢水有機物徹底氧化燃燒氧化的總需氧量。（BODu＜TOD） TOC（總有機碳）：950℃，以鉑為催化劑，高溫燃燒水樣，測定排出氣體中CO2含量，以此確定廢水水樣中碳元素的重量，并從中扣除碳酸鹽等無機碳元素的含量。 微生物對物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點 ① 微生物個體小，比表面積大，代謝速率快 ② 微生物種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣 ③ 微生物具有多種降解酶 ④ 微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強 ⑤ 微生物具有巨大的降解能力 ⑥ 共代謝作用 共代謝：微生物在可用作碳源和能源的基質(zhì)上生長時，會伴隨著一種非生長基質(zhì)的不完全轉(zhuǎn)化。（A在酶E1下到C在酶E2下繼續(xù)降解，而B與A有著類似的結(jié)構(gòu)，B也在酶E1下到D，但不能繼續(xù)降解。） 生物降解：由于生物作用，把污染物大分子轉(zhuǎn)化為小分子，實現(xiàn)污染物的分解或降解。（實質(zhì)酶反應(yīng)） 微生物代謝活動在環(huán)境中的化學作用：氧化作用、還原作用、脫羧作用、脫氨基作用、水解作用、酯化作用、脫水作用、縮合作用、氨化反應(yīng) 影響微生物對物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素 ① 微生物代謝活性（對數(shù)期代謝最旺盛） ②微生物的適應(yīng)性 ③化合物結(jié)構(gòu) ④環(huán)境因素（溫度、酸堿度、營養(yǎng)、氧、底物濃度） 水體自凈作用：受污染的水質(zhì)自然地恢復到原樣的現(xiàn)象 第六章 環(huán)境污染物的生物凈化方法 活性污泥法：利用懸浮生長的微生物絮狀體處理有機廢水的一類好氧生物處理方法。 菌膠團：具有莢膜或粘液或明膠質(zhì)的絮凝性細菌相互絮凝聚集形成的菌膠團快 菌膠團的作用：①具有很強的吸附能力，氧化分解有機物的能力 ②菌膠團的形成可以避免細菌被微型生物吞食 ③菌膠團與污泥的沉降性能和二沉池能否有效泥水分離密切相關(guān) ④為原生動物、微型后生動物提供良好的生存環(huán)境，附著場所 活性污泥的膨脹： 一、 是由于活性污泥中大量絲狀菌的繁殖而引起的污泥絲狀菌膨脹。在單位體積中，呈絲狀擴展生長的絲狀細菌的表面積與體積比絮凝性菌膠團細菌的大，在對有限制性的營養(yǎng)和環(huán)境條件的爭奪中占優(yōu)勢；絮凝性菌膠團細菌處于劣勢，絲狀細菌大量生長繁殖成優(yōu)勢菌，從而引起活性污泥絲狀膨脹。（1、偏酸環(huán)境：偏酸易于絲狀菌生長繁殖。 2、供氧不足 3、水溫偏高 4、碳氮比失衡）。 二、 是由于菌膠團細菌體內(nèi)大量累積高粘性物質(zhì)， 或有毒物質(zhì)侵害，而引起的非絲狀菌性膨脹。（非絲狀菌膨脹系由于菌膠團細菌生理活動異常，導致活性污泥沉降性能的惡化。這類污泥膨脹又可分為二種：一種是由于進水含有大量的溶解性有機物，使污泥負荷F／M（污染物濃度/微生物生物量）太高，而進水中又缺乏足夠的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，或者混合液內(nèi)溶解氧不足。另一種非絲狀菌是進水中含有較多的毒性物質(zhì)，導致活性污泥中毒，使細菌不能分泌出足夠量的粘性物質(zhì)基礎(chǔ)，形不成絮體，從而也無法在二沉池進行泥水分離最終導致污泥解體。 活性污泥降解過程：①菌膠團絮凝和吸附廢水 ②污泥中微生物代謝增殖，，污染物攝取分解階段 ③活性污泥凝聚、沉淀、濃縮 活性污泥法的特征： ① 利用生物絮凝體為生化反應(yīng)的主體物 ② 利用曝氣設(shè)備向生化反應(yīng)系統(tǒng)分散空氣或氧氣，為微生物提供氧源 ③ 對體系進行混合攪拌以增加接觸和加速生化反應(yīng)傳質(zhì)過程 ④ 采用沉淀方式除去有機物，降低出水中微生物的固體含量 ⑤ 通過回流使沉淀池濃縮的微生物絮凝體返回到反應(yīng)系統(tǒng) ⑥ 為保證系統(tǒng)內(nèi)生物細胞平均停留的時間穩(wěn)定，經(jīng)常排出一部分生物固體 推流式活性污泥法CAS：水流呈推流式，在曝氣池的任何斷面上都存在有機基質(zhì)的濃度梯度 標準活性污泥法工藝流程： 廢水—→初次沉淀池—→曝氣池—→二沉池—→出水 ↓ ↑ ↓ 污泥 再生池 ←——（回流污泥）—→剩余污泥 生物吸附法AB：先使原污水與高濃度的活性污泥混合，活性污泥迅速吸附污染物質(zhì)，再進入沉淀池（吸附）。沉降后使?jié)饪s的污泥進入再生曝氣池，通氧，此時活性污泥微生物便充分分解利用吸附的有機物，使活性污泥恢復原先很強的吸附能力（污泥再生） 生物吸附法流程： 廢水—→吸附曝氣池—→沉淀池—→出水 ↑ ↓ 再生池←———————（回流污泥）—→剩余污泥 完全混合式活性污泥法CMAS：使原生污水和回流污泥進入曝氣池后，立即與池內(nèi)原有的混合液完全混合，稀釋了廢水（此法能忍受較大的沖擊負荷） 活性污泥工作參數(shù)： MLSS混合液懸浮固體， MLVSS混合液揮發(fā)性懸浮固體（可揮發(fā)的，能完全燃燒的）， SV污泥沉降比（混合液靜置30min，沉降的污泥體積與原混合液體積之比）反映了曝氣池正常運行的污泥量 SVI污泥容積系數(shù)（混合液靜置30min靜置沉降后體積與污泥干重之比）反映了污泥的凝聚性和沉降性 Ls（F/M）污泥負荷（單位重量的活性污泥能處理的有機物數(shù)量） 生物膜法：利用為生物在固體表面的附著生長對廢水進行生物處理的技術(shù) 機理（特征）：通過廢水與生物膜的相對運動，使廢水與生物膜接觸，進行固液兩相的物質(zhì)交換，并在膜內(nèi)進行有機物的生物氧化降解，使廢水得到凈化，同時生物膜內(nèi)微生物不斷得以生長和繁殖（P256圖 6—9） 特點： ①為生物多樣性高（不隨廢水流動，和廢水停留時間無關(guān)。增殖速度小的容易被水沖走） ②生物膜各段的微生物類群不同（微生物的群落組成隨廢水的凈化過程而相應(yīng)的發(fā)生演替） ③生物膜中的食物鏈較長（微生物不被廢水帶走，膜可以不斷增厚，使微生物種類增多） ④具有較高的脫氮能力（硝化細菌增殖速度小，在生物膜內(nèi)能夠良好發(fā)育） ⑤單位處理能力大 ⑥系統(tǒng)維護方便 ⑦操作運行穩(wěn)定 廢水的厭氧生物處理 厭氧生物處理：在厭氧條件下，形成了厭氧微生物所需要的營養(yǎng)條件和環(huán)境條件，利用這類微生物分解廢水中的有機物并產(chǎn)生CH4和CO2的過程，又叫厭氧發(fā)酵。 厭氧生物處理過程： 復雜有機物————→簡單有機物——→簡單有機酸、醇類——→CH4 CO2 ↑ ↑ ↑ 水解和發(fā)酵細菌 產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細菌 產(chǎn)甲烷菌 （水解階段） （酯化階段） （甲烷化階段） 微生物脫氮 原理：硝化作用和反硝化作用。在有氧段進行硝化作用，NH3氧化成NO2=，再氧化成NO3=，在缺氧段進行反硝化作用，HNO3—HNO2—NO2—N2 硝化作用運行關(guān)鍵：①泥齡較長 ②供給足夠的DO ③控制適度的曝氣時間（過渡曝氣沖淡CO2，使硝化細菌缺啥碳源） ④控制PH值 7.5~8 反硝化作用運行關(guān)鍵：在極低的DO和有NO3-和有機物的環(huán)境，PH值、溫度合適就反應(yīng) 微生物脫氮工藝流程（根據(jù)所用碳源分為內(nèi)碳源和外碳源，根據(jù)細菌存在狀態(tài)分為膜法系統(tǒng)和懸浮污泥系統(tǒng)） 1、 懸浮多級污泥系統(tǒng)（P279 圖6—24）內(nèi)碳源的無需加碳源，外碳源的在反硝化這一步加碳源 2、 懸浮單級污泥系統(tǒng)：A/O工藝、氧化溝工藝、橋本工藝、四段Bardenpho工藝 氧化溝工藝：射曝氣機，污泥沿氧化溝循環(huán)流動，曝氣機下游為好氧段，進行去碳和硝化，遠離曝氣機的上游區(qū)段為缺氧段，進行反硝化，廢水從缺氧段進入。 微生物脫氮的影響因素： ① PH值，消化反應(yīng)消耗堿，硝化細菌和亞硝化細菌要求弱堿性環(huán)境。 ② 溫度，硝化細菌最適溫度為30℃ ③ 溶解氧，溶解氧對反硝化脫氮有抑制作用。但溶解氧對反硝化細菌是有利的，反硝化細菌為兼性厭氧菌，菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組織只有在有氧的條件下才能合成 ④ 碳源，通過影響反硝化細菌的活性來影響脫氮效率。外碳源多用甲醇。 內(nèi)碳源：活性污泥微生物死亡、自溶后釋放的有機碳。 微生物除磷 原理：厭氧條件下積磷菌將體內(nèi)聚磷分解產(chǎn)生能量———→另一部分能量用于生理活動需求 （厭氧放P） ↓ 一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB ↓ 好氧條件見下，PHB分解產(chǎn)生能量———→另一部分能量用于細胞正常生長繁殖 （好氧吸P） ↓ 一部分能量用于主動過量吸收環(huán)境中的磷并合成聚磷 微生物除磷的影響因素 ① 碳源濃度和種類，有機物濃度高，誘發(fā)了反硝化作用，消耗了了硝酸鹽，不然硝酸鹽抑制發(fā)酵產(chǎn)酸菌，使得積磷菌合成PHB受阻（積磷菌只能直接利用低級脂肪酸，發(fā)酵產(chǎn)酸菌幫助積磷菌降解大分子物質(zhì)） ② 溶解氧 ③ 硝酸鹽和亞硝酸鹽（同①，抑制厭氧發(fā)酵） ④ 溫度 ⑤ PH值，中性和弱堿性 ⑥ 工藝的運行參數(shù)和運行方式，泥齡（泥齡越短效果越好）、厭氧區(qū)停留時間 固體廢棄物的微生物處理 一、堆肥：依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進可被微生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物學過程 好氧堆肥過程： 1、發(fā)熱階段：堆肥堆置初期，主要由中溫好養(yǎng)的細菌和真菌，利用堆肥中容易分解的有機物，如淀粉、糖類等迅速增殖，使堆肥溫度上升。 2、高溫階段：好熱性的纖維素分解菌逐漸代替了中溫微生物，這時堆肥中殘留的或新形成的可溶性有機物繼續(xù)被分解轉(zhuǎn)化外，一些復雜的有機物如纖維素、半纖維素等也開始分解。 3、腐熟階段：好熱性微生物活動減弱，產(chǎn)熱量減少，溫度逐漸下降，中溫微生物又逐漸成為優(yōu)勢菌群，殘余物質(zhì)進一步分解，腐殖質(zhì)繼續(xù)不斷積累 好氧堆肥過程中微生物相變化：細菌、真菌——→纖維分解菌——→放線菌——→能分解木質(zhì)素的菌類 厭氧堆肥過程：①生成有機酸、醇、CO2、H2S、NH3等，使PH下降（酸性發(fā)酵） ②甲烷菌分解有機酸和醇，產(chǎn)生CH4和CO2（產(chǎn)氣發(fā)酵） 厭氧堆肥特點：不設(shè)通氣系統(tǒng)，堆溫低，腐熟時間長，方法簡單省工 二、衛(wèi)生填滿 填滿坑中的生物過程：①好氧分解階段 ②厭氧分解不產(chǎn)甲烷階段（硝酸根很硫酸根為氧源） ③厭氧分解產(chǎn)甲烷階段 ④穩(wěn)定產(chǎn)氣階段 三、厭氧發(fā)酵，和厭氧堆肥相似 第七章 現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染 生物技術(shù)：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程 基因工程：遺傳物質(zhì)核酸的分離、提取、體外剪切、拼接重組以及擴增和表達 細胞工程：細胞的離體培養(yǎng)、繁殖、再生、融合以及細胞核、細胞質(zhì)乃至染色體與細胞器的移植改建 酶學工程：利用生物體內(nèi)酶所具有的某些特異性催化功能，借助固定化技術(shù)、生物反應(yīng)器和生物傳感器等新技術(shù)、新裝置，高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)特定產(chǎn)品 發(fā)酵工程：為微生物提供適宜的發(fā)酵條件，生產(chǎn)特定的產(chǎn)品。 生態(tài)工程：一般指人工設(shè)計的、以生物種群為主要結(jié)構(gòu)組分、具有一定功能的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。分為：物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程、無污染生態(tài)工程、污染自凈多功能生態(tài)工程、工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程 生物氧化塘：利用藻類和細菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。（P342圖7—5） 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)：根據(jù)自然濕地模擬的人工生態(tài)系統(tǒng)，用于處理污水 污水土地處理系統(tǒng)：利用土地以及其中的微生物和植物根系對污染物的凈化能力來處理已經(jīng)過預(yù)處理的污水或廢水，同時利用其中的水分和肥分促進農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設(shè)施 第八章 污染環(huán)境的生物修復 生物修復：利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險性污染物現(xiàn)場去除或降解的工程技術(shù)系統(tǒng) 特點：投資費用省，環(huán)境影響小，能有效降低污染物濃度，是用于在其他技術(shù)難以應(yīng)用的場地。不能除去所有污染物，還需考察污染物，微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響 原理：和生物處理一樣，是微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化。