《环境生物技术》试卷A卷参考答案

2012至2013学年第二学期

《生物环境技术》 课程期末考试A卷答案

一、名词解释：（20分）

1、湿地：指天然形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区，还包括在低潮时水深不超过6米的水域。湿地与森林、海洋并称全球三大生态系统，每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层，能维持大型水生植物生长的生态系统。

人工湿地：根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。

2、BOD：即生物化学需（耗）氧量，表示在一定条件下（20℃），单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水）。有BOD5和BOD20 之分，BOD5最常用。COD：即化学耗氧量：用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr 和CODMn表示（高锰酸盐指数，常用于测定地下水的指标）。

3、赤潮和水华：当大量营养物质进入水体时，会使藻类大量繁殖，水面上积聚大量的动物和植物，这种现象在海洋中出现叫赤潮，在湖泊中出现叫水华。

4、废水的好氧生物处理：在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物利用废水中的存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主）作为营养源进行好氧代谢，使其稳定、无害化的处理方法。

5、 菌胶团：在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶

团；在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的团块都称为菌胶团。菌胶团是絮凝体的中心，在其上生长着其他微生物。

6、活性污泥：在曝气状态下，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。由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。构成活性污泥的骨架是菌胶团。

7、微生物浸出：利用微生物及其代谢产物氧化、溶浸废物中的有价组

分，使废物中有价组分得以利用的过程，称为微生物浸出，也称为生物冶金。主要用于回收矿业固体中的有价金属，如铜、金、铀、钴、镍、锰、锌、银、铂、钛等金属。

8、堆肥化: 在人工控制的环境下,依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。

9、城市热岛：是以市中心为热岛中心，有一股较强的暖气流在此上升，而郊外上空为相对冷的空气下沉，这样便形成了城郊环流，空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下，聚集在城市上空，如果没有很强的冷空气，城市空气污染将加重，人类生存的环境被破坏，导致人类发生各种疾病，甚至造成死亡。

10、环境生物监测法：受到污染的生物，在生态、生理和生化指标以及污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方法称为生物监测法。

二、简答题：50分

1、简答环境生物技术的定义、学科的层次和内容。（10分）

解答：（1）定义：即直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。（4分）

（2）学科的层次和内容

①第一层次为现代环境生物技术（2分）

是指以基因工程为主导的现代污染防治生物技术。如构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等。 这一层次知识密集，为快速、有效地防治污染开辟了新途径，使解决日益出现的大量环境难题成为可能。

②第二层次是指传统的生物处理技术（2分）

如活性污泥法、生物膜法，及其在新的理论和技术背景下产生出的强化处理技术和工艺，如生物流化床、生物强化工艺等。这是目前广泛使用的治理污染的生物技术，仍在不断强化和改进，已为控制现时的环境质量起到了极其重要的作用。

③第三层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术（2分）

如氧化塘、人工湿地和农业生态工程等，其特点是最大限度地发挥自然界的生物自净功能，投资运行费用少，易于操作管理。

2、简答废水中的污染物分类及危害。（10分）

解答：(1)需氧污染物（1）

需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物。

有些是有毒的，大部分本身是无毒的。 这类污染物的特点是数量大、成分复杂，所以很难分别表示其含量。需氧污染物用间接指标来衡量，常用的有BOD、COD、TOC和TOD等。

（2）有毒污染物（2）

废水中能对生物引起毒性反应的化学物质称为有毒污染物。

①无机化学毒物，主要是指重金属离子、氰化物、氟化物和亚硝酸盐等。急性中毒，

初期效应十分明显，严重时会导致死亡；慢性中毒，初期效应不明显，但长期积累可引起突变、致畸、致死，甚至引起遗传畸变。

②有机化学毒物，大多是人工合成的有机物，主要有农药（DDT、有机氯、有机磷等）、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃和芳香族氨基化合物等。 特点是种类最多、性质最复杂、毒性大、化学稳定性好、多数难被生物降解且可通过食物链富集，危害人体健康。

③放射性物质，主要是指废水中所含的能产生有害射线的物质。（3）营养污染物（2）

主要是指植物和微生物生长过程中所需的营养物质，主要是氮和磷。

过多可引起水体的富营养化，水体出现缺氧，水质恶化黑臭；水体中有毒有害物质增加，水中生物的大量死亡；给水体带来大量病原菌、寄生虫卵及病毒等；造成水体重金属富集，并可由水中生物转移至人体；引发藻类大量繁殖，加快湖泊水体的老化程度。

（4） 生物污染物（1）

指废水中的致病微生物(pathogens)和其他的有机体。如 制革厂废水中常含有炭疽菌；医院污水中含有病原菌和病毒等；生活废水中含有能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。

（5）感官污染物（1）

废水中的异色、混浊、泡沫、不良气味等会引起人们感官上不快

的污染物称为感官污染物。色泽、色度、臭和味。

（6）酸碱污染物（1）

主要是指进入水体的无机酸和碱，影响水体的pH值。

（7）油类污染物（1）

一般是指比水轻能浮在水面上的液体物质，多指油类。其不溶于水，进入水体后会在水面上形成薄膜，影响氧气的溶入，降低水中的溶解氧。

（8 ）热污染（1）

由于废水的温度过高引起的危害称为热污染。

热污染可以破坏废水的生物处理过程，影响水中生物的生存，加速水体富营养化的进程。

3、简答活性污泥絮凝体的形成机制。（6分）

（1）荚膜学说

很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。

（2）胞外聚合物学说

将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，属于细菌的胞外分泌物。

实验证明,一些纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大。

（2）PHB学说

认为细菌产生的聚β－羟丁酸（PHB）是一种聚脂类物质，当它们积累时，细菌细胞的分裂就不彻底，它们彼此粘连结合时，细胞便由小凝块变成了大的絮凝体。

4、简答造成丝状菌性污泥膨胀的原因（4分）

解答：（1）溶解氧浓度低

丝状菌能在低溶解氧条件下生长良好，甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。曝气池溶解氧最低应保持在2mg/L左右。

（2）冲击负荷

如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，使絮体内部溶解氧消耗提高，导致了内部丝状体的发展。

（3）进水营养条件的变化

一般细菌在营养为BOD5：N：P＝100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，C／N升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。

（4）碳水化合物过多会造成膨胀

（5）硫化物的影响

过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀；含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。

（6）pH值和水温的影响

丝状菌易在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境(pH值=4.5～6.5)中生长，菌胶团宜在pH值＝6～8的环境中生长。

5、生物修复是如何定义的？有何特点？（10分）

解答：(1)定义：（2）

①广义的生物修复，利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。

②狭义的生物修复，通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。

（2）优点（4）

可以现场进行，节省了很多治理费用；环境影响小；最大限度地降低污染物浓度；可以同时处理受污染的土壤和地下水。

（3）缺点（4）

耗时长；条件苛刻；并非所有的污染物都能被生物利用；特定生物只能降解特定类型的化学物质。

6、简述重金属污染的植物修复机制。（10分）

解答：（1）植物提取

植物提取是指利用能耐受并能积累重金属的植物吸收环境中的重金属离子，并将它们输送并储存在植物体的地上部分，通过收割植物地上部分带走土壤中污物的一种方法。目前有关植物提取的研究开展得较多,也是最主要和最具有发展前景的一种修复方式。植物对重金属耐受

并富集的机制包括：(1)细胞壁钝化；(2)跨膜运输减少；(3)主动外排；(4)区域化分布；(5)螯合；(6)合成逆境蛋白；(7)产生乙烯（2）植物稳定

指利用植物将土壤重金属转变成无毒或毒性较低的形态，使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，从而减少其对环境和人类健康的污染风险 (又称作原位改良)。其中包括了分解，沉淀，鳌合，氧化还原等过程。植物稳定技术适合于土壤粘性重，有机质含量高的污染土壤的修复。但是该技术并没有彻底清除土壤中的重金属，只是暂时将其固定在环境中。

（3）植物挥发

是指植物将其吸收积累的重金属元素转化为可挥发形态，释放到大气中。这方面研究最多的是汞和硒此法只适用于挥发性污染物，并且有一定的风险，应用范围很小。

（4）根系过滤

是利用植物根系过滤沉淀水体中重金属的过程。例如浮萍和水葫芦可有效吸收清除水体中的镉、铜和硒。

三、论述题（30分）

1、你所了解的目前我国土壤污染的情况如何？结合本课程所学的环境生物技术方面的知识，论述该如何进行生物治理修复。（15分）

自由发挥

2、什么是水体的富营养化？论述造成富营养化的原因及其生态修复技术（15分）

解答：（1） 富营养化定义（3）

由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”或“赤潮”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。池塘、水库、湖泊等多发。一般认为水体全氮量大于0.2mg/L、全磷量大于0.02mg／L时属于富营养化水体。

（2）富营养化的主要成因（4）

水体富营养化的根本成因是营养物质的增加，使得藻类和有机物

增加所致。

营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微量元素或维生素等。

营养物质来源有土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水体；禽畜、水产养殖，畜、禽排泄物中含有大量的营养物质，雨水冲刷，进入水体；生活污水和工业废水排入水体。

（3）湖泊富营养化生态修复技术（9）

①人工湿地

定义：是人工建造和管理控制的、工程化的湿地,通过模拟自然湿地,人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体。

去除营养物质机理:

a.除磷

人工湿地对磷的去除作用包括介质的吸收和过滤、植物吸收、微生物去除等。无机磷的吸收和过滤去除作用因湿地床的填料不同而存在差异；植物生长过程中通过同化作用将无机磷变成植物体的组成部分, 最后通过收割去除；微生物对磷去除包括对磷的正常吸收和对磷的过量积累，不同含氧状态的人工湿地根区类似于污水脱氮除磷系统的 A-A-O处理单元，使某些细菌在厌氧条件下吸收低分子的有机物(如脂肪酸) ，同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒的磷释放出来(释磷) ,并提供必需的能量以便它们在好氧条件下从水中吸收超过其生长所需的磷(聚磷) ，并以聚磷酸盐的形式成为微生物细胞的内含物而被贮存起来，因此人工湿地有较高的除磷效果。

b.除氮

人工湿地系统中氮的去除主要依靠微生物的分解转化作用和植物的吸收同化作用完成的。进入湿地系统中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在。在人工湿地系统内,植物光合作用过程中将氧通过植株-根系向湿地床输送,使得系统内部存在许多好氧、缺氧和厌氧微环境,为微生物的硝化和反硝化作用创造了良好条件。

首先, 水中的有机氮被异养微生物(氨化细菌)转化为氨氮, 而后硝化细菌在好氧环境下将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮，最后通过反硝化微生物的脱氧作用以及植物根系的吸收作用将无机氮从水中去除。

②生态浮床

定义：生态浮床技术是按照自然规律, 运用无土栽培技术, 以高分子材料为载体和基质, 采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。

原理: 利用植物在生长过程中对水体中N、P等元素的吸收及植物发达根系和浮床基质对水体中悬浮物的吸附, 富集水体中有害物质,利用植物根系释出大量能降解有机物的分泌物, 加速有机污染物分解； 一些植物还能分泌化学克生物质, 抑制浮游植物生长。随着部分水质指标改善, 尤其是溶解氧 (DO) 大幅增加, 为好氧微生物繁殖创造了条件。

③生物操纵

定义：通过对水生生物群及其栖息地的一系列调节，以增强其中的某些相互作用，促使浮游植物生物量下降。主要作用对象是鱼类。原理：经典的生物操纵主要通过去除浮游生物食性鱼类或添加肉食性鱼类来降低浮游生物食性鱼的数量，调控浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝角类的发展，从而提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量。