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1、污染控制微生物工程,选修课程（32学时）考核方式：1、平时:随堂测验、提问、考勤、课后作业等2、考试：课程结束后的考查成绩天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室刘廷志、张红杰,第一章 绪论(了解，2学时)第二章 微生物对污染物的降解和转化(掌握，6学时)第三章 污染控制工程中微生物学基本知识(重点掌握，6学时)第四章 微生物技术在污染控制工程中的应用(重点掌握自学，16学时)第五章 污染控制工程微生物学方法(自学),全书内容学时分配与重点,参考书目：1 污染控制微生物工程，徐亚同等编著，化学工业出版社，20012 污染控制微生物学（第四版），任南琪等编著，哈尔滨工业大学出版社，2011,第一章
2、绪 论,第一节 污染控制微生物工程的由来,污染控制微生物工程的产生,人们设想模仿自然界的污染物（包括生物自身的排泄物、遗体及其它外来污染物）在生态系统中循环迁移转化的规律，通过工程学上的措施，为污染物的分解者微生物提供合适的环境条件（温度、pH值、营养、溶解氧等），以强化微生物对环境污染物的降解和转化作用，达到消除环境污染的目的。,第二节 微生物的特点及其与污染控制工程的关系,1.种类多、分布广、代谢类型多2.生长旺盛、繁殖快3.体积小，比表面积大（代谢强度大）4.数量多5.适应强，易变异,微生物的重要特点：,钟形虫,纤毛虫,线虫,累枝虫,吸管虫,第三节 污染控制微生物工程的进展,目前，各种好
3、氧、厌氧微生物污染处理技术广泛应用，生物修复技术的概念逐渐为人们所接受，各种污水、固态污染物、气态污染物的处理以及微污染物的处理技术迅速发展。,第四节 污染控制微生物工程的内容,1.微生物对污染物的降解和转化（微生物分解能力、有机污染物的生物降解性和降解途径等第二章）2.污染控制工程中的微生物学基础知识（废水处理中的好氧和厌氧微生物、微生物生长环境和生长曲线等第三章）3.微生物技术在污染控制工程中的应用（核心部分，废水的厌氧和好氧生物处理、生物脱氮、生物脱磷、固体废料的生物处理等第四章）4.污染控制工程中的微生物学检测技术和研究技术（生物相的分离与检测、污染物的毒性检测等第五章）,第五节 污染
4、控制微生物工程的学习方法,1.注重微生物自身特性和降解有机物一般规律的学习；2.掌握必需的工程学基础知识；3.注重比较各种生物技术在不同污染物处理过程中应用特点；4.了解最新技术、设备发展动态。,（一）概念,生物体与非生物体在一定的时间和空间内进行能量和物质交换，相互作用、相互制约所形成的动态平衡、相对稳定的统一体，是组成生物圈的基本功能单位。,一、生态系统,生态系统的类型：自然界的生态系统大小不一、多种多样。小如一滴湖水，培养着细菌的平皿、小沟、小池、花丛、草地，大至湖泊、海洋、河流、森林、草原，以至包罗地球上一切生态系统的生物圈。按类型分：有水生生态系统，如湖泊、沼泽、河流、海洋等生态系统
5、；陆生生态系统，如草原、森林、沙漠、农田等生态系统。,（二）生态系统的组成,1.非生物部分（周围环境）2.生物部分（生物群落）1)生产者2)消费者3)分解者,1生态系统的组成四个基本要素：生产者、消费者、分解者和无机环境。,生产者：指绿色植物及某些能进行光合作用的和化能合成的细菌。它们通过光合作用，把从周围环境中摄取的简单无机物（CO2、H2O和无机盐）合成复杂的有机物，把太阳能转化为化学能贮存起来。这不仅供生产者自身生长发育的需要，也是其他生物种群和人类的能量来源。初级生产者是自养生物。,消费者：指所有的动物及人类，是异养生物。它们依靠生产者制造的有机物而生存。只以植物为食的，叫食草动物或初
6、级消费者；以食草动物为食的，叫食肉动物或次级消费者；植物、动物都食的，叫杂食动物。,分解者：指细菌、真菌等微生物，它们以死有机体为营养，把植物的枯枝落叶及动物的尸体分解为简单的无机物，如CO2、H2O和无机盐，释放回环境，供初级生产者再用。无机环境：指太阳能、大气、水、土壤、二氧化碳等。,生产者,消费者,分解者,由无机物到有机物,由有机物到无机物,（三）生态系统的功能,1.能量流动2.生态系统中的物质循环3.生态平衡与自净能力,1、能量流动,2、物质循环生态系统的物质循环包括：生态系统内（主要是植物群落和土壤之间）的生物循环和地球化学大循环。包括水循环、碳循环和氮循环（水循环、气体型循环和沉积
7、型循环）。,水的循环的主要过程：蒸发、蒸腾、降雨、径流。,水对生命的作用生命重要的组成部分生命的活动介质生命体中物质和能量传递的溶剂参与光合作用和呼吸作用维持体温,碳的循环,CO2对环境的作用大气和海洋的起源和演化地表岩层的形成和变异生命诞生地表热量的收支水体中的碳酸平衡绿色植物自养者的光合作用和生产力有机物氧化（呼吸作用、燃料燃烧、有机体腐烂分解）,地球上的碳主要集中在岩石中石灰石白云石大气中的碳形式COCO2CH4,3、生态系统的调节能力生态系统具有自动调节、恢复稳定态的能力。系统的组成成分愈多样，能量流动和物质循环的途径愈复杂，这种调节能力就愈强。,4、生态平衡影响因素有自然的和人为的。
8、在正常的生态系统中，一定条件下，生产者、消费者、分解者之间的能量与物质循环保持动态平衡，具有一定的抗干扰和自我调节能力的状态，称为生态平衡。通常表现为生物的种类和数量相对稳定。,5、环境的自净能力与环境污染环境的自净能力：生态系统自动调节保持动态平衡的能力环境污染人类各种活动的冲击环境的自净能力环境容量：环境对污染物的净化能力,TOC(Total Organic Carbon)TOD(Total Oxygen Demand),BOD(Biochemical Oxygen Demand)BOD5,BOD20COD(Chemical Oxygen Demand)CODCr,CODMn,有机指标：B
9、OD COD TOC TOD等,6、废水水质指标,物理指标：色度、浊度、固形物含量等Turbidity,TSS(Total Suspended Solid),TS(Total Solid),DS(Dissolved Solid)etc.,生物性指标：细菌总数 大肠菌群,废水有机指标,生化需氧量（BOD）水中有机物被好氧微生物分解时所需要的氧量称为生化需氧量；BOD 与温度、时间有关；现在国际上大多采用20、5天的生化需氧量即BOD5。,化学需氧量(COD)用化学氧化剂氧化水中有机物时所消耗的氧的量。常用的氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾，分别对应的COD值为：CODCr 和CODMn。,(1)意大利
10、塞维索化学污染事故。1976年7月10日意大利北部塞维索地区的一家农药厂爆炸，导致剧毒化学品二恶英的污染，使许多人中毒，附近居民被迫迁走，几年内当地畸形儿的出生率大为增加。(2)美国三里岛核电站泄露事故。这次事故发生在1979年3月28日，直接经济损失达10多亿美元。(3)墨西哥的液化气爆炸事故。1984年11月19日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供应中心发生爆炸，死亡1000多人，伤400多人，3万多人无家可归。(4)印度博帕尔农药泄漏事故。1984年12月3日，美国联合碳化物公司设在博帕尔市的农药厂的剧毒化学品异氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人数20万，死亡3000人以上。,近年来，全世界平均
11、每年约发生200多起严重公害事件。世界瞩目的有下面7起,博帕尔农药厂毒气泄漏而毙命的牲畜,(5)原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故。1986年4月26日位于基辅地区的切尔诺贝利核电站四号反应堆爆炸，造成重大放射性污染，周围十多万居民被疏散，伤数百人，死亡31人。(6)莱茵河污染事故。1986年11月1日，瑞士巴塞赞德兹化学公司的仓库起火，使大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，造成西欧10年来最大的污染事故。(7)海湾战争造成的环境污染。1991年的海湾战争历时42天，期间油井大火昼夜燃烧，是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最严重的一次环境污染，其污染程度超过切尔诺贝利核电
12、站发生的核泄漏事故。这次战争所造成的环境污染是灾难性的，已给世界带来了影响。,近年来，全世界平均每年约发生200多起严重公害事件。世界瞩目的有下面7起,淤泥中的DDT含量浓度为0.016*10-6,DDT在体内积累到万分之五时就会引起肝细胞坏死并损害神经系统,虾体内则为0.44*10-6,吃虾的动物体内又把浓度提高10倍,人吃动物,环境问题的全球共识,随着环境问题的日益严重，人类对环境问题的认识也在不断提高。在当今世界上，人们越来越清楚地看到，环境问题已不再是某个国家和局部地区的事情。酸雨、温室效应、臭氧层破坏等已远远超出国家和地区的局限而成为全球性的问题。这些问题严重威胁着人类的生存和发展，
13、成为世界各国关心的大问题，也成为国际社会注意的热点。,在过去的三十年中：,地球上的资源“自然财富”被消耗殆尽正在以每年的速度失去淡水生态系统正在以每年的速度失去海洋生态系统 全世界每一种生命系统的衰退正在不断的加速，并已开始失去其维持生命过程的能力和延续能力。,过去半个世纪：全世界已丧失了,在我们的寿命年限内将失去,寄生着的海洋生物Paracitise,表土层(topsoil),森林覆盖(timberland),珊瑚礁(coral reef),我国造纸工业生产技术水平,我国造纸工业生产技术装备水平发生质的飞跃 世界最先进的各类纸机几十台（纸板机20-75万吨/年，文化纸机1035万吨/年，卫生
14、纸机0.5-7万吨/年）,岳阳纸业8号纸机1450米/分,网宽6950毫米,南平纸业公司引进的新闻纸机1600米/分,18万吨/年,先进制浆生产线百条以上（废纸6.8-35万吨/年，废纸脱墨纸5-15万吨/年）,岳阳纸业脱墨车间(300吨/日脱墨浆),一、造纸工业发展及污染状况,1造纸工业发展现状2造纸工业污染状况,1.造纸工业发展现状,2011年度造纸企业：3500家，大中型企业425家，小型3200多家；利润大中型66%，小型34%从业人数：71.00万人人均纸品消费量：73公斤生产量：9930万吨消费量：9752万吨,造纸工业发展现状,2001-2011纸和纸板生产和消费情况,造纸工业发
15、展现状,2001-2011造纸工业总产值,造纸工业发展现状,2001-2011年造纸工业纸浆消耗情况,造纸工业污染状况,2008年度造纸工业污染状况用水量：108.9亿吨，新鲜水用量48.84亿吨，相当于工业用水总量的8.89%；万元工业总产值用水量：94吨，2006年山东省为21吨；造纸废水排放量：40.77亿吨，占全国总排放量的18.76%；,造纸工业污染状况,2008年度造纸工业污染状况COD排放量128.8万吨，占全国总排放量的31.82%；万元工业产值COD排放强度：25公斤，污染强度大,三、造纸工业废水处理,水体污染及水质指标造纸工段废水的来源和特征；制浆造纸废水厂内、厂外处理的一般原则，废水处理方法 一级处理：沉淀、絮凝、过滤等 生物处理：厌氧、好氧、专用微生物及生物酶处理 深度处理：氧化处理、膜处理、固定化生物处理等,非生物处理物理处理：过滤 重力沉降 气浮法化学处理：中和 化学混凝 化学沉淀 氧化还原物化处理：吸附法 离子交换法 膜分离法生物处理好氧生物处理：活性污泥法 生物膜法厌氧生物处理,思考题,1、生态系统、生态平衡、环境自净能力等概念。2、微生物具有哪些生态特点？这些特点对于污染控制工程有何影响？,
