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绪论 思考题
1、中国的环境问题主要体现在哪些方面? 水的问题、 大气的问题、 生活垃圾 水土流失严重、 荒漠化加剧; 包括淡水在内的许多资源短缺;
草原退化严重、 沙化和碱化面积逐年增加; 濒危野生动物、 植物物种增多, 生物多样性锐减; 自然灾害频繁发生, 经济损失重大。 2、什么是环境生物技术?
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技术, 都能够称为环境生物技术。严格上讲: 环境生物技术指的是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来降低或消除污染物产生的生产工艺或能高效净化环境污染, 同时又能生成有用物质的工程技术。
3、环境生物技术划分为几个层次? 各层次的内容是什么? 是否有明显的界限? 从技术难度和理论深度上环境生物技术一般可划分为三个层次:
第一层次: 是指以基因工程为主导的近代污染物防治生物技术。包括构建降解杀虫剂、 除草剂、 多环芳烃类化合物等高效基因工程学, 创造抗污染型转基因植物等。这个层次是以现代生物技术知识为基础, 为寻求快速有效的污染治理与预防途径提供了可能, 是解决当前出现的日益严重复杂的环境问题的强有力手段。 第二层次: 是以废物的生物处理为主要内容, 既包括传统的生物处理技术, 如废水的生物处理的活性污泥法、 生物膜法等, 也包括在新的理论和技术支撑下开发出的废物强化处理技术和工艺, 如生物流化床等。这个层次的环境生物技术是当今废物生物处理中应用最广泛的技术, 在高新技术不断渗入的过程中, 其本身也在不断改进, 是当前环境污染治理中的主力军。
第三层次: 是指利用天然处理系统进行废物处理的技术, 主要包括氧化塘、 人工湿地系统和农业生态工程等。这个层次的特点是最大限度地发挥自然界环境中生物生态功能; 投资运行费用少, 易于操作管理, 是一种省力、 省费用、 省能
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耗的技术。在解决实际环境污染问题时, 三个层次的技术可能会集于一体, 很难有明显的界限。
例如: 在废物资源化生物技术中, 所需要的高效菌可能是经过基因工程技术构建的, 采用的工艺既可能是现代的发酵技术, 也可能是传统的技术。 4、环境生物技术主要应用于哪些方面?
废水生物处理技术; 固体有机废物的生物处理技术; 大气污染的生物防治技术; 污染环境的生物修复技术; 环境污染预防生物技术; 环境生物监测技术等。 5、环境生物技术最有应用前景的是在哪个领域?
环境生物技术最有应用前景的领域是废物高效生物处理技术、 污染事故的现场补救、 污染环境的现场修复技术、 及可降解材料的生物合成技术
第一章 生物工程技术及其在环境污染防治中的应用 思考题 1、什么是酶工程? 其主要包括的内容是什么?
酶是动物、 植物、 微生物等生物体内自身合成的、 参与生化反应、 并传递电子、 原子和化学集团的生物催化剂。酶学是现代生物技术领域中十分重要的学科, 并与其它学科, 特别是生物化学、 物理化学、 微生物学、 遗传学、 植物性农学药理学等关系密切。酶工程: 是利用酶的催化作用进行物质转化( 合成有用物质, 分解有害物质) 的技术, 是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术。
酶工程包括的内容: 酶的生成、 酶的分离纯化、 酶分子的修饰、 酶固定化、 酶反应动力学、 酶反应器、 酶的应用等。 2、酶的应用领域有哪些?
酶在环境治理中的应用, 可追溯到采用微生物降解污染物质的应用。当前普遍采用的活性污泥法和生物膜法就是典型的应用酶来治理环境污染是例子。这个酶采用的是微生物细胞内的酶系统。
3、什么是酶的固定化?其方法有哪些? 各方法中主要的内容、 特点是什么? 固定化酶: 是指将酶固定在载体上, 在一定的空间范围内进行催化反应的酶( 其被限制在一定的空间的同时, 又不妨碍底物的自由扩散) 。酶的固定化方法
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主要有: 吸附法、 包埋法、 结合法、 交联法等
吸附法: 采用非水溶性吸附剂, 将酶或含酶菌体吸附在其表面, 而使酶固定的方法就称为吸附法, 为一种物理方法。可利用的吸附剂有: 活性炭、 高岭土、 氧化铝、 硅胶、 硅藻土、 多孔玻璃、 胶原、 纤维素、 羟基石灰石等。影响酶与吸附剂结合程度的主要因子有: pH值、 离子强度、 温度、 溶剂性质和种类、 酶的浓度等。特点: 操作简单, 条件温和, 载体能够重复使用, 可是酶与吸附剂吸附不牢固, 容易脱落。
包埋法: 将酶或酶菌体包埋在凝胶微小格子或半透性的聚合物内, 这样的酶固定化方法被称为包埋法。可利用的载体主要有: 琼脂、 琼脂糖、 明胶、 树脂等。
特点: 不易渗漏, 底物分子能够在包埋结构中任意扩散, 不足是分子量大的底物在网格中扩散较困难, 这种方法不适合大分子底物的测定。
结合法: 选择适宜的载体, 使酶与载体经过共价键或离子键相互结合在一起的固定方法。特点: 采用离子键相结合的方法: 其条件温和, 操作简便, 只需要一定的pH值、 温度和离子强度下即可, 结合活性损失少, 但结合力弱。采用共价键结合的方法: 结合牢固, 酶分子不易脱落, 载体不易被降解, 可是操作麻烦。 交联法: 借助功能试剂, 使酶结合到惰性载体上。功能试剂具有2个功能基团: 能与酶分子中ε--氨基和α--氮基发生共价交联。主要的试剂有: 戊二醛、 双偶氮苯、 无水丁烯二酸一乙酸等。特点: 操作简单, 结合牢固, 不足之处是固定化时需要严格控制pH值。
4、举例说明酶在环境污染治理中的应用。
活性污泥法就是利用曝气池内的活性污泥中的微生物, 不断地从其周围的环境中摄取污水中的有机物质作为营养加以摄取和代谢。污水中的有机污染物首先被吸附在大量微生物栖息的活性污泥的表面, 并与微生物细胞表面接触, 在微生物透膜酶的作用下, 透过细胞壁进入微生物细胞体内, ( 小的有机物质直接透过细胞壁进入微生物体内, 大分子的有机物质在胞外酶的作用下, 被水解成小分子的有机物再进入细胞内) 。在各种酶的作用下对其进行代谢反应, 从而达到
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