环境生物工程1

环境生物工程主讲人：李丽华联系地址：化工学院环境工程系联系电话：5929273电子邮箱：[e-mail]ering2008-9化工学院《环境生物工程》课件2学时数：32学时学分：2授课方式：老师讲课＋提问＋讨论考核方式：平时考察（30％）＋期末开卷考试（70%)学习方式态度决定一切！只要态度端正，没有什么是不可能的！2008-9化工学院《环境生物工程》课件3专业性教材：当代给水与废水处理原理－许保玖主编，高等教育出版社其他参考书：环境生物技术与工程－陈欢林主编，化学工业出版社现代环境生物技术－王建龙、文湘华编著，清华大学出版社环境生物工程－伦世仪主编，化学工业出版社微生物与水处理工程－李军，杨秀山，化学工业出版社第一章环境生物工程概述Chapter1BriefIntroduction2008-9化工学院《环境生物工程》课件5...环境生物工程的研究内容—掌握及重点......环境生物工程的发展进程...环境生物工程定义及学科体系—掌握环境现状及生物工程技术解决环境污染的特点主要内容2008-9化工学院《环境生物工程》课件6第一节我国环境现状及生物工程技术解决环境污染的特点一、环境现状二、生物工程技术解决环境污染的特点内容2008-9化工学院《环境生物工程》课件7一.环境现状在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，环境状况已经变得十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。目前，我国已经是世界上环境污染最为严重的国家之一，从城市到乡村，我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。城市污染振荡水体污染水污染空气污染城市污染环境污染BECDA大气污染土壤污染生态破坏2008-9化工学院《环境生物工程》课件8（1）水污染现状水的污染有两类：自然污染人为污染对水体危害较大的水污染可根据污染杂质的不同而主要分为:化学性污染物理性污染生物性污染污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）使用化肥,农药,除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染”下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。2008-9化工学院《环境生物工程》课件9据环境部门监测，全国每年污水排放达360亿吨，仅10%的生活污水和70%工业废水得到处理，其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。其他未经处理的污水直接排入江河湖海，致使我国的水环境遭受严重污染和破坏。全国七大水系和内陆河流的110个重点河段中，属4类和5类水体的占39%；城市地面水污染普遍严重，并有进一步恶化的趋势，136条流经城市的河流中，水质属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%；约50%的城市地下水受到不同程度的污染；全国大淡水湖(滇池,太湖和巢湖等)富营养化程度逐年加剧;一些地区的饮用水源受到严重污染，对人民身体健康造成严重危害。（1）水污染现状2008-9化工学院《环境生物工程》课件10公众与环境研究中心-中国水污染地图（1）水污染现状2008-9化工学院《环境生物工程》课件111994年淮河水污染事件：2004年沱江“3．02”特大水污染事故：大量含氨氮的工艺冷凝液排入河南濮阳多年喝不上“放心水”：取水口发生持续4个多月的水污染2005年北江镉污染事故：冶炼厂在设备检修期间超标排放含镉废水2005年重庆綦（qi)河水污染：化肥有限公司排除的废水污染河水2005年松花江重大水污染事件：石化公司双苯厂苯胺车间发生爆炸事故事故产生的约100吨苯、苯胺和硝基苯等有机污染物流入松花江所致2006年白洋淀死鱼事件：由于水污染造成DO过低，造成大量鱼类死亡2006年湖南岳阳砷污染事件：3家化工厂日常排放大量含砷废水2007年太湖水污染事件：天气连续高温少雨,太湖水富营养化较重(蓝藻)2007年江苏沭阳水污染：短时间、大流量的污水侵入到位于淮沭河取水口水污染现状中国十大水污染公害事件我国属于贫水国家，人均占有水量为2.51km3/a，低于世界上多数国家。水质恶化使水资源更趋于紧张。2008-9化工学院《环境生物工程》课件12水污染现状松花江支流污染2006年8月21日，发现牤牛河部分水质呈红色，并伴有少量泡沫。初步检测污染物主要是二甲基苯胺，造成的污染带长约5km。原因:吉林长白山精细化工有限公司向牤牛河中人为排放化工废水所致。2008-9化工学院《环境生物工程》课件13我国大气污染严重，属于煤烟型污染，主要大气污染物是粉尘和二氧化硫；太原、贵阳、重庆、北京、兰州等5个城市位于世界十大空气污染最严重的城市之列；全国600多个城市，大气质量符合国家一级标准的不足1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。(2)大气污染现状我国酸雨覆盖率以国土面积计已近40%并有半数以上城市受酸雨之害2008-9化工学院《环境生物工程》课件14大气污染现状酸雨控制区和二氧化硫污染控制区2008-9化工学院《环境生物工程》课件15(3)城市污染－固体废弃物污染现状城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨，占地超过5万公顷，使200多个城市陷入垃圾包围之中。而且有的垃圾越堆越宽，造成土壤和地下水的严重污染。Thisisaverycommonrubbishheapofonecity!2008-9化工学院《环境生物工程》课件16(4)土壤污染现状农用化工产品：化肥，杀虫剂，杀菌剂,除草剂其它化学物品：石油污染，重金属污染等工业废弃物：塑料，玻璃制品，电池等农业废弃物：塑料，秸秆土壤的有机污染土壤的重金属污染：汞、铅、镉、镍、硒、砷、铬等土壤的放射性污染使用化肥、农药、灌溉污水是直接造成土壤污染的主要原因土壤污染的主要类型有机氯农药DDT五氯酚钠防治血吸虫病－二噁英类污染多环芳烃（PAHs）2008-9化工学院《环境生物工程》课件17土壤污染现状我国土壤有机染料的污染概况毗邻污染源地区农业土壤环境中各种有机染料总含量达19-3114mg/kg锦州大连北京天津济南青岛苏州上海绍兴宁波厦门广州汕头2008-9化工学院《环境生物工程》课件18(5)生态环境现状森林覆盖：森林覆盖率稳步增长，但森林的人均占有量低水土流失：水土流失分布范围广、面积大，主要分布于西部地区，其中以黄土高原地区的水土流失最为严重，造成的危害最大。目前，中国约有1/3的耕地受到水土流失的危害.每年流失的土壤总量达50多亿吨，相当于在全国的耕地上刮去1厘米厚的地表土。湿地：人类生产生活对湿地资源依赖与开发程度的提高，直接导致了对湿地及其生物多样性的普遍破坏。最近40年来，已有近50％的滨海滩涂湿地不复存在，黑龙江三江平原78％的天然沼泽湿地丧失，洪湖水生植物种类减少24种、鱼类减少约50种等等。土地沙化：土地沙化问题非常突出，且主要集中在西部。全国沙化土地总面积已超过174万平方公里，占全国土地面积的近二成，并且正在以每年约3400平方公里的速度扩张。生物多样性：锐减，栖息地环境改变、生境破碎化日趋严重2008-9化工学院《环境生物工程》课件19由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。如何在经济高速发展的同时控制环境污染，改善环境质量，以实现社会、经济可持续发展之目标是我国亟待解决的重要问题。解决这一问题必须依靠科技进步，特别是高新技术的应用。仅靠传统的污染防治技术和手段，已远远不能满足人类对生存环境质量的要求，必须另辟新的途径。生物工程及其与环境工程的渗透与结合为解决上述问题提供了新的契机。结论生物技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程，从根本上实现了可持续发展的战略思想。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物处置（资源化）、环境监测、环境友好材料的合成污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着重要的作用。2008-9化工学院《环境生物工程》课件202.生物工程技术解决环境污染的特点①生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害、稳定的物质；②生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术；由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应的底物，其中有机污染物经生物过程处理后可转化为沼气,酒精,生物蛋白质等有用物质.③反应过程通常是在常温、常压下进行的，且转化效率高、副产物少；生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白质,对底物有高度的特异性.④用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标。⑤生物处理技术除易于大规模应用外，还可利用天然水体或土壤作为污染物的处理场所，从而大大节约处理过程费用。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的。⑥用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度，使经济发展进入可持续发展的轨道。鉴于此，环境友好材料的合成利用是生物技术解决环境问题的又一个重要方面，当前其最主要代表是生物可降解塑料，还有一些环境友好的化学品、农药及其它生物材料。2008-9化工学院《环境生物工程》课件21第二节环境生物工程的定义及学科体系定义环境生物工程学科体系环境工程学生物工程学生物化学工程123环境生物工程是环境工程与生物工程的交叉学科，是生物技术在环境工程中的应用，即应用生物（主要是微生物）来进行环境污染的防治，使环境变化向有利于人类社会发展的方向转变。同时，应用生物技术还可以实现废弃物资源化，使人类更充分地利用自然资源，保持生态平衡。2008-9化工学院《环境生物工程》课件22环境工程学：把环境科学的基本原理与工程技术相结合，通过工程技术措施对环境进行污染防治与控制的科学。1.环境工程学环境工程学科体系水质净化与污染控制工程污染控制工程大气环境污染控制工程固体废弃物处理处置与管理工程噪声、振动与其他公害防治技术环境评价与管理环境规划、管理和环境系统工程环境监测与环境质量评价清洁生产技术的推进与应用环境工程学2008-9化工学院《环境生物工程》课件23废水处理的任务是采用各种技术措施将废水中所含的各种形态污染物分离出来或将其分解、转化为无害和稳定的物质，使废水得到净化。1.环境工程学现代废水生物法处理工艺活性污泥法生物膜法厌氧生物处理法自然生物处理法脱氮除磷法2008-9化工学院《环境生物工程》课件242.生物工程学生物工程学：研究如何利用微生物的科学，或者说研究由微生物参与的工艺过程原理的科学，包括基因工程和细胞工程等。基因工程：主要涉及一些生物类型所共有的遗传物质—核酸的分离提取、体外剪切、拼接重组、转化和转导以及扩增与个体表达的技术.将人们所需要的基因从DNA或染色体上切割下来或人工合成，在细胞体外将该基因连接到载体上，通过转化或转导达到将重组的遗传特性在菌种中表达出来或创造新菌种的目的。细胞工程：包括对一切生物类型的基本单位—细胞的离体培养、繁殖、再生和融合，以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器（如线粒体、叶绿体）的移植与改建等操作技术。简单的说，就是动物、植物细胞人工培养技术的研究领域，它包括细胞的原生质体融合技术、植物细胞培养技术以及动