一张图搞清楚环境生物技术
生物技术与环境 PPT
生物滤池
生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究, 1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年 代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生 物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。
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生物滤池的构造 生物滤池由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。
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池壁 滤料 布水系统 排水系统
(2)化学需氧量(COD)：用强氧化剂——重铬酸钾，在酸性条件下能够将
有机物氧化为H2O和CO2，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量(COD)。 • COD能够比较精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，
因此多作为工业废水的污染指标。
(3)总需氧量(TOD)：有机物主要是由碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)等元素
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煤炭的微生物脱硫
细菌浸出法
• 利用微生物把煤炭中不同类型的硫分解成可溶性铁 盐和硫酸后滤出煤粉。
表面改性法
• 利用细菌的氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性 质(疏水性)，提高分离能力，从而将黄铁矿从煤中 脱除。
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微生物对无机废气的处理
• 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养 菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。
微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类
等。
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2. 人工湿地处理系统法
湿地：
• 每年在足够长的时间内均具有前的表面水层,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。
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大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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人工湿地处理系统的优点：
所组成。当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、 NO和SO2，此时的需氧量称为总需氧量(TOD)。
环境生物技术及生物安全课件
环境生物技术及生物安全
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9.1生物技术安全
9.1.5 生物技术安全管理机制 国际： 《生物技术和植物遗传资源以及生物技术守则Ⅲ》 《21世纪议程》 《生物多样性公约》 《卡塔赫纳生物安全议定书草案》 《国际生物技术安全技术指南》
环境生物技术及生物安全
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9.1生物技术安全
9.1.5 生物技术安全管理机制
目前全国大多数自然保护区都已发现有害外 来物种，它们的总数在200种左右，对我国生物多 样性的保护构成了很大威胁，已造成严重的经济 损失。我国常见的外来入侵物种有水葫芦、水花 生、紫茎泽兰、飞机草、豚草、薇甘菊、大米草 等。
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美国： 基于产品的管理
《病毒-血清-毒素法》、《联邦植物害虫法》、《植物检疫法》、 《通过遗传工程所产生或改变的属于植物害虫类有机体的引入规 定》、《联邦杀虫剂、杀真菌剂、杀鼠剂法》、《毒物控制法》、 《公共卫生服务法》、《联邦食品、药物和化妆品法》、《生物安 全法》
欧洲：基于过程的管理
“环境释放和商品化生产”(90/220/ＥＥＣ)和“封闭使 用”(90/219/ＥＥＣ) 《食品管理法》
淀粉： 聚乳酸：
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8.4 环境友好产品的生产技术
8.4.2 生物能源
－－化石能源的替代品
乙醇：废弃物发酵生产 生物柴油： 其他：甲烷、氢能、生物燃料电池
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9 生物技术安全与专利
环境生物技术及生物安全
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9.1生物技术安全
9.1.1 实验室安全
•实验设施 •实验规程 •实验药品试剂 •实验生物体 •废弃物处理
类型
事例
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〔二〕实验方法
菌种复苏：2%NaCl，悬液 样品处置：系列稀释，调pH6-8，浸透压2%NaCl
毒性测定：测试管参与样品和菌液，以苯酚作阳性 有机毒物对照，以ZnSO4.7H2O作阳性无机毒物 对照，蒸馏水为阴性对照。15oC培育5min或 15min。光量抑制百分率：
• 半数效应浓度〔EC50〕和半数抑制浓度 〔IC50〕:影响或抑制微生物正常生理目的 值50%所需的待测物浓度。
检测毒性的手段：动物检测、微生物检测 动物检测急性毒性：研讨化学物质大剂量一次染毒或
24小时内多次染毒动物所引起的毒性的实验。 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为
进一步开展其他毒性实验提供设计根据。 急性毒性实验类型 哺乳动物急性毒性实验 水生生物急性毒性实验 蚯蚓急性毒性实验 察看时间为2周，以半数致死浓度LC50表示。
• 微生物检测选择一项或几项生理目的为指征，根据 代谢物影响或抑制这些指征的程度来判别毒性的强 度。
• 评价目的多为EC50或IC50
第一节 污染物生物毒性的微生物监测方法
一、发光细菌—细菌生物发光抑制实验
细菌生物发光的生物学机制：
FMNH2 + RCHO +细O菌2 荧光素酶 RCOOH + 光
明两者的相关系数达0.85。 可以根据细菌生物发光实验的发光抑制率进展毒性
分级。
各实验室间结果的重现性好
可用于生物传感器分析
二、硝化细菌—硝化作用抑制实验
国际规范化组织将该方法作为检测化合物或废水毒 性的规范方法之一〔ISO 9509〕。
〔一〕实验原理 毒性污染物抑制硝化作用的酶类，导致对底物的利
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加强水资源管理和保护，合理利用水资源。
生态环境保护与恢复的实践案例
农业生态系统保护与恢复 推广生态农业和有机农业，减少化肥和农药的使用。
加强农田水土保持和土壤改良，提高土壤肥力。
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环境生物学实验技术与方 法
环境生物学实验设计原则与方法
导致生物中毒
当生物体摄入含有大量有 毒物质的水时，会出现中 毒症状，甚至导致死亡。
土壤污染对生物的影响
影响植物生长
01
土壤污染中的有害物质会对植物的生长产生不良影响，如抑制
植物生长、降低植物产量和品质等。
破坏土壤生态系统
02
土壤污染会破坏土壤中的生态系统平衡，导致土壤生物多样性
减少，土壤功能退化。
环境生物学常用实验技术与方法
• 生态环境因子观测：对样地的气候、土壤、水文等生态环 境因子进行定期观测和记录。
环境生物学常用实验技术与方法
环境因子模拟
通过实验室设备模拟不同环境条件，研究生物对环境变化的响应。
生物生理生化指标测定
测定生物的生理生化指标，如酶活性、代谢产物等，以评估生物对 环境变化的适应性。
发展历程
环境生物学起源于20世纪初的生态学研究，随着环境问题的日益严重和人类对 生态环境的关注加深，环境生物学逐渐发展成为一个独立的学科领域。
环境生物学的研究对象与任务
研究对象
环境生物学的研究对象包括个体、种 群、群落和生态系统等多个层次，涉 及植物、动物、微生物等各类生物。
研究任务
揭示生物与环境之间的相互作用机制， 探讨生物适应环境的策略以及环境变化 对生物多样性的影响，为环境保护和生 态修复提供科学依据。
环境生物技术--3--4
环境生物技术–3–4简介环境生物技术是一门综合性学科，它将生物学、工程学和环境科学等多个学科相结合，利用生物技术手段来解决环境问题和提高环境质量。
环境生物技术主要包括环境微生物学、环境基因工程、环境生态学和环境生物资源管理等方面的内容。
本文将介绍环境生物技术在环境污染治理、资源回收利用以及生态修复等方面的应用。
环境污染治理环境污染是当今社会面临的重要问题之一，而环境生物技术在环境污染治理方面发挥着重要的作用。
环境微生物学是环境生物技术中的重要分支，它研究微生物在环境中的分布、代谢和功能，并利用微生物来降解和清除污染物。
常见的环境污染物包括有机物、重金属和农药等。
对于有机物的降解，利用微生物菌群进行生物降解是一种较为常见的方法。
微生物菌群能够产生特定的酶，通过酶的作用将有机物分解为无害的物质。
例如，土壤中的某些细菌能够降解石油类物质，这对于处理石油泄漏引起的污染非常重要。
在重金属污染治理方面，环境基因工程技术是一种有效的方法。
通过基因工程手段，可以构建具有特定吸附能力的微生物，用于去除水体和土壤中的重金属离子。
这些微生物能够吸附并固定重金属，从而减少其在环境中的浓度。
此外，环境生物技术还可以应用于农药污染的治理。
通过利用微生物菌群和植物的共生关系，可以有效地降解农药，并减少其在土壤中的残留量。
这对于农田环境的保护和农产品质量的提高具有重要意义。
资源回收利用环境生物技术还可以应用于资源回收利用领域，将废弃物转化为有价值的物质。
一个典型的例子就是生物能源的生产。
利用生物质资源，可以通过发酵过程将其转化为生物能源，如生物气体和生物酒精。
这不仅可以减少对传统化石能源的依赖，还可以有效地处理废弃物，达到资源的循环利用。
另外，环境生物技术还可以应用于废水处理和废气处理。
环境微生物学研究了水体和土壤中的微生物群落结构和功能，可以利用这些微生物来降解和处理废水中的有机物和重金属，以及减少废气中的有害物质排放。
这不仅可以减少对自然资源的消耗，还可以改善环境质量。
环境生物技术(1)
2020/11/23
环境生物技术(1)
• 何謂環境生物技術(environmental biotechnology)？根據1919 年生物技術歐洲 協會(European Federation of Biotechnology) 之定義，「環境生物技術」是指生物化學、微 生物學及工程技術相結合之整合性科學。主要 目的是利用微生物、動物或植物應用於農業、 環境、工業及健康照顧上，以發展永續事業。
环境生物技术(1)
6-1 環境生物技術與五大演進期的關係性
• 生物技術的演進一般可分為五大時期 (Houwink, 1984)：前巴斯特世代、巴斯特世 代、抗生素世代、後抗生素世代及新生物技術 世代。
环境生物技术(1)
• 近年整個生物技術更以發展組織工程、生物 資訊及複製生物種之研究最為熱烈。例如： 幹細胞之發展、人體基因之解密、重組技術 之研究(recombinant technology)及複製羊、 豬之研究。這種基因技術可分成三類：
环境生物技术(1)
环境生物技术(1)
• 二、免疫法 價格比平板計數法貴，因此較少應用於環境微
生物的檢測。
• 三、脂肪酸測定法 細菌的鑑定亦可根據其細胞脂肪酸的種類，這
類方式稱為磷脂脂肪酸分析(phospholipid fatty acid, PLFA)，對甲烷菌與硫酸還原菌特別 有效。
环境生物技术(1)
环境生物技术(1)
• 生物性分析的應用
• 一、傳統微生物檢測法 在實驗室的條件下，所分離純化出來的微生物
只佔環境固實際微生物的少部分（表6-1） ，若以此部分的菌種來代表生物系統固複雜的微 生物菌相將導致極大的誤差，同時，這些方式 比較容易檢測到群落固生長相對快速的物種 (species)，但對於可能很重要卻生長較慢的物 種，則可能檢測不到。
环境生物学课件pptx
环境生物学课件pptxcontents •环境生物学概述•生物与环境的关系•环境污染与生物治理•生态保护与生物多样性•环境生物学实验技术与方法•环境生物学前沿领域与展望目录01环境生物学概述环境生物学的定义与发展定义环境生物学是研究生物与环境之间相互关系的科学，探讨生物如何适应环境以及环境如何影响生物的生存、繁衍和进化。
发展历程环境生物学起源于生态学，随着环境问题的日益严重和人类对生态环境的关注加深，逐渐发展成为一个独立的学科。
环境生物学的研究对象与任务研究对象包括个体、种群、群落和生态系统等各个层次的生物及其与环境之间的相互关系。
任务揭示生物与环境之间的相互作用机制，预测环境变化对生物的影响，提出保护生物多样性和生态环境的措施。
环境生物学与其他学科的关系与生态学的关系01环境生物学与生态学密切相关，生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学，而环境生物学则更侧重于研究环境变化对生物的影响以及生物的适应机制。
与环境科学的关系02环境科学是研究人类活动对环境的影响以及环境保护和治理的科学，而环境生物学则是研究生物与环境之间相互关系的科学，两者在研究对象和研究方法上有一定的交叉和重叠。
与生物学的关系03生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，而环境生物学则是研究生物与环境之间相互关系的科学，是生物学的一个重要分支。
02生物与环境的关系1 2 3生物通过改变自身的形态、生理和行为来适应不同的环境条件，如温度、湿度、光照和食物供应等。
生物的形态、生理和行为适应生物通过代谢活动、繁殖和迁徙等行为对环境产生影响，如植物的生长和繁殖可以改变土壤的性质和生态系统的结构。
生物对环境的影响生物在长期的进化过程中，通过自然选择和遗传变异等方式，逐渐适应特定的环境条件，形成不同的物种和生态类型。
生物的进化与适应生物对环境的适应与影响化学环境的影响环境中的化学物质，如氧气、二氧化碳、营养物质和有毒物质等，对生物的生存和繁殖也有重要影响，它们可以影响生物的代谢途径和生理机能。
《环境生物》PPT课件
（1）凝胶包埋法： 以各种多孔凝胶为载体，将酶、细胞或原生质
体包埋在凝胶的微孔内的固定化方法。
（2）半透膜包埋法
将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固 定化酶.
制备方法：
酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿 包埋法 优点：结合力劳、活力回收高、底物专一性不变。
3.2.1 酶的固定化
1、为什么开展酶的固定化技术？
游离酶的一些不足之处： （1）酶的稳定性较差 （2）酶的一次性使用 （3）产物的分离纯化较困难
2、什么是固定化酶？ 水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶 （固定化酶）
固定化酶是被固定在某一有限空间内不再能自由 流动而仍有催化活性的酶。
固定化酶是20世纪50年代发展起来的一项 技术
1969年固定化氨基酸酸化酶在工业生产中 被正式应用
1971年的第一届国际酶工程会议上，正式 采用固定化酶
3、固定化酶的优点和缺点
优点： —易于将酶与底物及产物分离，因而产物相对容易提纯； —酶能够重复利用，使用效率提高，成本低； —大多数情况下可以提高酶的稳定性； —可以增加产物的收率，提高产物质量； —有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与各
3.酶化学修饰的原理 1)如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交 联。使酶的天然构象产生“刚性”结构。
2)如何保护酶活性部位与抗抑制剂 大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电 斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
3)如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶
1.2 国内外生物化工现状：
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一张图搞清楚环境生物技术
生物学，更确切地说是生物技术，以一种前所未有的方式为我们的社会做出了贡献。
其中微生物为新技术提供巨大的潜力，例如：提高贵金属和稀土金属等材料的提取能力，
以及建立新的生化过程，更有效地管理来自工业、农业和城市的废水废物。
环境生物技术是指将生物科学与工程技术应用于水、大气、土壤等环境污染治理、污
染预防、生物修复、环境监测等。
广义上讲：凡是涉及环境污染控制的一切与生物技术有关的工程技术。
狭义上讲：直接或间接利用生物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，同时又能生产有用物质的工程技
术。
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、清洁可再生能源的开发、环境监测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，发挥着极为重要的作用。
接下来我们具体来看看有哪些具体的环境生物技术和应用：
01污水的生物净化
我国的水污染十分严重，高浓度有机物废水的处理是我国水污染治理的重点难题。
污水中有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机
汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作
用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。
该部分主要包含：①活性污泥法；②生物膜法；③厌氧生物处理法；④自然生物处理
法。
举例看，比如微生物高效菌能够将氰化物(氰化钾、氰氢酸、氰化亚铜等)分解成二氧
化碳和氨；利用专门分解硫化物的微生物可以从废水中回收硫磺；利用能够降解石油烃的
超级菌以清除油对水质的污染等。
还可以将大量的微生物高效菌凝聚在泥粒上形成活性污泥，用来分解和吸附废水中的
有毒物质，污水净化后沉积的污泥中存在丰富的氮、磷、钾等元素，是很好的有机肥料。
02固体废物的生物降解
固体废物的生物降解在众多的处理方法中(如堆肥、焚烧、热处理等)，生物处理具有
成本低、运行费用低、操作简单、易管理等优点。城市垃圾的“生物反应堆”理论就是其
中的一种，它与传统的卫生填埋相反，允许适量的水分进入填埋场，增加湿度，为微生物
的生长和繁殖提供有利的条件，从而加速固体废物的降解和稳定。
好氧生物处理：好氧生物处理是利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用，将废物中
复杂的有机物分解成二氧化碳和水，其重要条件是保证充足的氧气供应、稳定的温度和
水。实际工程中就是在填埋场中注人空气或氧气，使微生物处于好氧代谢状态。
厌氧生物处理：厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作
用处理废物，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等，一般需要保证温度、无氧或低溶解氧
浓度。
03生物修复技术
生物修复技术是80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术，主
要是利用生物独特的分解有机物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除污
染的目的。生物修复主要包括植物修复和微生物修复。
近20年来，人们认识到植物吸收可以作为各种污染物的生存介质包括土壤等的净化
技术开发。已经有利用沙漠植物修复科威特石油污染的土壤的研究工作。而微生物的修复
工作更是显得多种多样，可以被广泛的用来去除土壤等介质中的石油污染、有机氯化物污
染、聚合物污染和重金属污染等多种污染物，并且具有典型的处理速度快、经济、无二级
污染的特点。
更多环境生物技术相关的内容，我整理了一张特别全特别清晰的思维导图——《一张
图搞清楚环境生物技术》给你参考了解。
图例：《环境生物技术全思维导图》