1、 美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示植物为Ranunculus aquatilis。* 指示资源:安徽的海州香薷指示铜矿，湖南念同的野韭指示金矿* 注：指示生物只在一定的时空范围内起作用：安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用。* 指示植物监测法* 指示植物：利用某些植物对某些有害气体的特殊敏感性，可以监测大气中该气体的浓度，这种植物就称为该大气污染物的指示植物。* 常见大气污染指示植物* 二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔藓、芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等* 氟化物污染指示植物：如郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等* 二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、秋
2、海棠、烟草等* 指示植物的选择方法：现场比较评比法；栽培比较试验法；人工熏气法* 监测方法: 选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然后根据受害程度大小估测大气污染物的成分、浓度和范围。受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最低浓度和暴露时间。植物群落监测法：该法是利用植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气污染的方法。地衣、苔藓监测法地衣、苔藓作为指示植物的特点：（1）这两类植物对二氧化硫和氟化氢等的反应比高等植物敏感。（2）地衣、苔藓生长在树干上，故可以减少土壤或水体污染的干扰。（3）地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气
3、中的污染物，故前者吸收污染物的量相对较多。（4）生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。（5）两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。（6）取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。（7）形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。* 地衣、苔藓监测法* 观察指标:通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类数量以及内外部受害症状等指标。 在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律 * 污染严重地区，地衣、苔藓植物很少或完全绝迹；* 随污染的减轻，地衣、苔藓植物种属增加，多度、盖
4、度、频度等也逐渐增高并且在树干上的分布高度也升高。* * 植物监测的其他方法* 微核技术的应用：根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。* 污染量指数法 * KIPC 监测点指示植物叶片中某污染物的含量/ 对照点同种植物中某污染物的含量 * 大气污染的综合生态指标法 * 应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？（1）应注意区分大气污染对植物的伤害与其他因素对植物伤害，如冻害、病虫害、肥料不足、农药药害等也可使植物受害。（2）可从调查污染源入手，通过观察植物叶片受害症状、受害方式，或进行叶片污染物的含
5、量分析来进行判断，这要求工作人员观察细心，并有较为丰富的实践经验。* 大气污染的细菌总数测定* 空气污染的微生物学评价指标: 细菌总数; 链球菌总数* 测定方法： 沉降平皿法; 吸收管法; 撞击平皿法; 滤膜法* 4.2.2 水污染的生物监测* 水污染的生物监测主要包括以下方面：（1）水污染的细菌学监测 （2）浮游生物监测法（3）底栖大型无脊椎动物监测法 （4）微型生物群落监测法* 水污染的细菌学监测指标有以下两个：* 细菌总数 * 细菌总数指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37、24小时培养后所生长的细菌菌落总数。* 它可反映水体有机污染的程度，如每1毫升自来水中细菌总数不得超过100个。*
6、 大肠菌群数 * 大肠杆菌是一群需氧和兼性厌氧的、能发酵乳糖、产酸、产气的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌。主要来源于人畜粪便中，在肠道中普遍存在并且是数量最多的一种。故大肠杆菌群的检测作为监测水体是否受粪便污染的指标。* 大肠菌群数指每升水样中含有的大肠菌群的数量。如每升饮用水中大肠菌群数不得超过3个。* 大肠菌群数的测定：多管发酵法和滤膜法* 什么是大肠菌群？为何用其作为水质粪便污染的指示菌？* 致病菌在水体中存在数量极少，检测技术复杂，不易直接检测；* 大肠菌在水中存在的数目与致病菌呈一定正相关，抵抗力略强，易于检查等特点，故作为水体受粪便污染的指标，以大肠菌群最为理想。* 浮游生物监测法* 浮
7、游生物包括浮游植物和浮游动物，如藻类、原生动物、轮虫、枝角类等* 浮游生物监测法的特点: 浮游生物中的某些种类对有机污染或化学污染非常敏感，长期被用作指示生物，但由于浮游生物的不稳定性且常常集群分布，因而其作为水质指示生物的可靠性和准确性受到限制。* 浮游生物监测法的具体步骤: 采样; 检验标本的制作; 计数; 生物量的测定：叶绿素a法；生物体积法；重量法；ATP测定法底栖大型无脊椎动物: 包括水生昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物等，一般栖息在水底或附着在水中植物和石块上，肉眼可见。* 底栖大型无脊椎动物监测法 * 在未受干扰的环境里，河流和湖泊中大型无脊椎动物群落的组成和密度比较稳定，这
8、些群落可调节群落结构来反映生境质量变化，这些对环境变化的反应可用来监测和评价城市、工业、石油、农业废物及其土地利用对自然水体的影响 。* 微型生物群落是生活在水中的微小生物，包括藻类、原生动物、轮虫、线虫、甲壳类等，如环境受到外界的严重干扰，其群落的平衡被破坏，其结构特征也随之变化，因而可用其进行水体的监测和评价。* PFU 法（聚氨酯泡沫塑料块法） * 原生动物在PFU内的群集速度和时间受环境的影响，不同污染水体，其群集速度和种类数不同。* 4.2.3 水环境质量的生物学评价* 水环境质量的生物学评价有以下几种方法：（1）一般描述对比法 （2）指示生物法 （3）污水生物系统法 （4）生物指数
9、法（5）种的多样性指数 （6）生产力法 （7）残留量指数 及富集系数* 指示生物法* 水体污染指示生物; 常采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体较大，在环境中相对位移小，无逃避行为，生命周期较长，故成为水体污染指示生物的重要研究对象。* 常用的水体污染指示生物种类： 颤蚓类；摇蚊幼虫；蚂蝗；浮游生物和藻类* 污水生物系统法的原理: 受污染的河流由于自身的自净过程从而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带。随污染物浓度的降低，生物种类也发生变化，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物，由此可以将河流依次划分为四个污染带，即多污
10、带、 中污带、 中污带、寡污带，从而可以根据一条河流中一定区域内所发现的动物区系和植物区系来鉴别该区域的有机污染程度。污水生物系统中各带特点:* 多污带：有机污染严重，溶解氧含量低，细菌极多，无好氧生物，无鱼类生存；* 中污带：包括中污带（有机污染较为严重，溶解氧略有回升，多为耐污性生物种类，）和中污带（中等程度的有机污染区域，溶解氧较高，有多种藻类和原生动物，有鱼类出现）；* 寡污带：溶解氧恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少，藻类种类和数量多。* 污水生物系统的应用 * 主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究。* 应用该法来监测和
11、评价环境比较全面，但工作很繁重，耗费时间，而且需要具有熟练的分类知识，同时调查结果也不易表示。* 生物指数法：它是依据不利环境因素，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。* 生物指数法的应用特点：方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较；* 缺点：需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类数，而未考虑个体数量。* 应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素。* 多样性指数法（1）* 多样性指数法是应用数理统计方法来表示生物群落的种类和个体数量的比值从而评价环境质量的一种方法。* 多样性指数法的工作原
12、理：其工作原理为不同的生物对污染的敏感性和耐受性不同，敏感的种类在不利的条件下死亡，抗性强的种类在新的条件下可大量发现。利用群落中个体数与种类数的比值在不同污染区的不同，从而反映环境污染的状况。* 小结 * 多样性指数具有简明的数值概念，可以直接反映环境质量状况。指数值越大，表明生态环境状态越好。该法如与其他生物监测方法综合起来分析，其效果更好。* 其他生物学评价方法* 生产力：反映一个生态系统内物质循环和能量流动的指标。* P/R值：初级生产量和呼吸量的比率。* 自养指数 I AI：去灰分重和叶绿素含量的比值。* 残留量指数 和富集系数* 残留量指数 IC i / C s i* 富集系数 K
13、 C i / C s iC i生物个体或种群的某种化合物或元素的实测残留量，mg/kg； C s i环境中的本底值，mg/kg 。* 比值小于1时表明水体未受污染，比值大于1时表明水体受到污染，并按不同数值划分污染程度。生物标志物（Biomarker）:化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学改变称之为生物标志物。暴露生物标志物（Exposure Biomarkers）：可指示机体对化学污染物的暴露，但不显示发生这种变化所造成的不利效应的程度。* 效应生物标志物（Effect Biomarkers）：可证明化学污染物对机体的不利效应。* 4.4 化学品生态风险评价* 风险（Risk）：不
14、利事件发生的概率* 风险评价（Risk Assessment）* 生态风险评价（Ecological Risk Assessment ）* 指确定环境危害（环境中出现的物理的、化学的或生物的媒介）对非人群生态系统不利影响的概率和大小，以及这些风险可接受程度的过程。* 生态风险评价的主要内容* 暴露评价：提供污染物在生态系统中的时空分布规律* 受体分析：受危害的生物或生态系统的相关信息* 危害评价：研究剂量效应关系，提出某种控制指标或阈值* 风险表征：根据上述信息综合分析，给出有无风险及风险大小的结论* 生态风险评价程序 * 放射性污染和射频电磁辐射污染的生物学效应放射性污染的生物学效应放射性污
15、染的来源对人体健康的影响防治和监测* 射频电磁辐射污染的生物学效应 污染源; 对人体健康的影响; 预防措施及监测 第五章 环境污染生物净化的原理5.1 环境污染净化概述5.1.1 环境污染物的类型和来源* 地表水体污染物生活污水； 工业废水； 农业废水和灌溉水；* 大气污染物气溶胶状态污染物； 粉尘、烟、飞灰、雾； 飘尘、降尘、总悬浮颗粒* 气体状态污染物 含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、卤素化合物 一次污染物和二次污染物* 固体废弃物5.1.2 环境污染治理方法概述* 污水处理方法* 物理法：沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选法、吸附法、萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、反渗透法 *
16、 化学法：化学凝聚法、中和法、氧化还原法、离子交换法 * 物化法：电解法、电渗析法 * 生物法：好氧法、厌氧法等 大气污染物净化方法* 气溶胶状态污染物的控制方法重力沉降；旋风除尘；静电除尘；过滤式除尘* 气体状态污染物的吸附与净化气体吸收法； 气体吸附法* 大气污染物的生物净化方法生物吸收法；生物洗涤法； 生物过滤法固体废弃物的处理方法* 工业废弃物* 物理与化学法：覆盖法、化学反应剂法* 生物法：栽种永久性植物* 城市垃圾： 填埋法； 堆肥法； 制取沼气； 焚烧法 5.1.3 环境污染的污染与净化指标BOD5；COD；TOD；TOC；固体物质；含氮化合物；pH值* 生物污染指标* 细菌总数
17、 * 大肠菌群总数 生化需氧量BOD* 生化需氧量BOD（Biological Oxygen Demand）概念：在20条件下，微生物好氧分解水样（废水或受污染的天然水）中有机物所消耗的溶解氧量。* BOD5：微生物5天好氧分解有机物所消耗的溶解氧量。* 有机物生化耗氧过程的两个阶段 * 碳化阶段：将有机物分解成CO2 、H2O 、NH3 ， 碳化作用消耗的氧量称为碳化需氧量。* 硝化阶段： NH3 被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，硝化作用消耗的氧量称为硝化需氧量。BOD曲线BOD曲线的七个阶段：* （1）微生物增殖的迟缓期* （2）细菌的对数生长期* （3）耗氧平缓阶段 * （4）原生动物耗氧峰*
18、 （5）耗氧再次平缓阶段* （6）硝化细菌耗氧峰* （7）所有的微生物继续减少，有机物最终转化为CO2和H2O。化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）* 概念* COD 是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/ 升来表示。* 它反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性物质包括：有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，故COD 也 作为有机物相对含量的指标之一。* 在规定条件下，强氧化剂重铬酸钾K2Cr2O7 可氧化大多数常见的有机污染物，故在实际使用中常把COD Cr 的测定值近似地代表废水中的全部有机物。BOD
19、和COD的比较* 废水处理中多以BOD 和COD两个指标来度量水样的有机污染物浓度和被净化程度。* BOD：* 反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量，基本上反映出水体中生物氧化分解有机物所消耗的氧量，比较符合实际，但检出时间过长，不能迅速及时指导生产实践，而且毒性大的废水可抑制微生物的作用而影响结果，甚至无法测定。* COD：* 一般表示废水中有机污染物重量的98，几乎可以表示出有机物全部氧化所需氧量，测定不受水质限制，并可在数小时内完成；但是它不能反映微生物能够降解的那部分有机物的数量。* BOD 和COD的关系：* 可以认为COD包括两部分：一部分为能够被微生物降解的有机物的耗氧量C
20、OD B，另一部分为不能够被微生物降解的有机物的耗氧量CODN B。* BOD u COD BBOD 5 = 0.58 COD B总需氧量TOD和总有机碳TOC* 总需氧量TOD （Total Oxygen Demand）指：有机物和少量无机物在铂催化下，在燃烧炉900高温燃烧成稳定的最终产物所消耗的氧的量。* 总有机碳TOC （Total Organic Carbon ） * 是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。* 它的测定采用燃烧法：在950 和铂催化下，测定二氧化碳的含量，并扣除150 燃烧测得的碳酸盐等无机碳元素的含量。* 该法能将有机物全部氧化，比BOD 5和COD更能直接
21、表示有机物的总量，故常常被用来评价水体中有机物污染的程度。固体物质：总固体；悬浮固体；溶解性固体；挥发性固体；非挥发性固体含氮化合物* 含氮化合物的几种化学形态有机氮：蛋白质、氨基酸、尿素等无机氮：包括氨氮：NH3N、NH4N和硝态氮：NO2N、 NO3N。* 常用水质测定指标* 总氮：包括有机氮和无机氮化合物的测定。* 凯氏氮：指以凯氏法测得的氮量，包括了氨氮和在此条件下能被转化为铵盐的而测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要指蛋白质、氨基酸、核酸、尿素以及氮为负三价的有机氮化合物，由于一般水中存在的有机氮化合物多为这些，故，在测定凯氏氮和氨氮之后，两者的差值即有机氮。* 氨氮* 亚硝酸盐
22、氮硝酸盐氮* 5.2 生物对污染净化原理微生物对物质降解与转化的特点:* 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大；* 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；* 微生物具有多种降解酶；* 微生物繁殖快，易变异，适应性强；* 微生物具有巨大的降解能力；* 质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中除染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状DNA分子。* 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载体。* 共代谢（CoMetabolism）* 微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴随着发生氧化或其它反
23、应。* 在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合培养和自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路，使其代谢产物可继续降解，故污染物在有合适的底物和环境条件下可通过共代谢作用而降解。微生物对污染物降解与转化的途径* 自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种方式往往综合交叉进行。（1）光降解 （2）化学降解（3）生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。* 微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应） * 氧化作用； 还原作用； 脱羧作用
24、； 水解作用； 脱氨基作用等影响微生物对物质降解转化作用的因素（1）* 微生物的代谢活性不同种类微生物对同一底物的反应不同；微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数期代谢最旺盛，活性最强。微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同时微生物的种类组成又与环境中的化学物质有关。* 微生物的适应性 * 驯化（Domestication）：是一种定向选育微生物的方法与过程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。影响微生物对物质降解转化作用的因素（2）* 化合物的结构* 烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱和烃大于饱和烃，支链烷基越多，
25、越不易被降解* 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升* 当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻抗物。* 官能团的性质和数量* 分子量大小* 环境因素： 温度；酸碱度；营养；氧；底物浓度微生物对常见污染物的降解与转化危险性化合物（Hazardous Chemicals）的概念* 微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制，从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质，xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其原因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。这
26、些化合物大多数对环境具有毒害作用，故称之危险性化合物。* 危险性化合物来源 * 人工合成的农药、杀虫剂、除草剂、防腐剂、溶剂、增塑剂等* 危险性化合物的降解特点和研究* 尽管其在自然界可能会有部分缓慢降解，微生物有可能通过多种途径来改变自身的结构信息以获得对这类化合物的降解能力，但这需要一个漫长的过程来实现，依靠微生物的自然进化过程远不能满足要求，而且长此以往将会造成生态系统的失衡。因此，研究一些可以使微生物群体在较短时间内获得最大的降解该物质能力的方法显得愈加重要和迫切。* 近年来科学工作者做了大量工作，包括：通过长时间的驯化来得到具有一定降解能力的微生物群体；通过基因工程手段来改造微生物使
27、其具有特定的降解能力；* 此外在对危险性化合物的降解研究中发现，混合培养比纯培养具有潜在的优势，彻底矿化往往需要一个或一个以上的营养菌群（如发酵水解菌群、产硫菌群、产乙酸菌群、产甲烷菌群等）通过多步反应将有毒化合物转化为矿化最终产物。* 研究人员依据不同的代谢作用至少可以将微生物群落中的微生物分为7种类型：提供特殊营养物；去除生长抑制产物；改善单个微生物的基本生长参数；对底物协调攻击；共代谢；氢（电子）转移；提供一种以上初级底物利用者。有机污染物的生物可降解性及其评价方法* 什么是生物可降解性？* 所有化合物根据微生物对它们的降解性可分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解。* 评价生物可降解
28、性的方法：测定生物氧化率；测呼吸线；测定相对耗氧速度曲线；测BOD5与COD Cr之比；测COD30；培养法5.2 废水生物处理的原理5.2.1 水体自净作用* 什么是水体自净作用（water selfcleansing，selfpurification）* 水体自净作用指天然水体受到污染后，在无人为处理条件下，借助水体自身的能力使之得到净化的过程。* 该过程中包括稀释、沉降等物理作用，氧化、还原、分解、凝聚等化学作用，还有更重要的生物作用，即生物对无机物和有机物的同化和异化作用。* 生物中最活跃的是细菌，捕食细菌的原生动物和微型生物亦起很大作用。水体自净过程的三个阶段和三个变化* 三个阶段* 阶段一
