水處理微生物

1、水處理生物學(xué)1、 微生物 指所有形體微小單細(xì)胞的，或個體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細(xì)胞，甚至無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的，必須借助光學(xué)顯微鏡甚至電子顯微鏡才能觀察到的低等生物的通稱。第二章 原核微生物定義：指一大類細(xì)胞核無核膜包裹，只存在稱作核區(qū)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物。類型：即細(xì)菌(狹義的)、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體和衣原體。第一節(jié) 細(xì)菌 一、定義：單細(xì)胞、個體微小、結(jié)構(gòu)簡單、沒有真正細(xì)胞核的水生性較強(qiáng)的原核生物二、形態(tài)和大小 球狀、桿狀、螺旋狀三、細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu) 基本結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁和 原生質(zhì)（細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物、核質(zhì) ）1.2 革蘭氏染色機(jī)理 經(jīng)初染、媒染后，在細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞壁及膜上結(jié)合了不溶于水的

2、結(jié)晶紫和碘液形成大分子的紫碘復(fù)合物。革蘭氏陽性細(xì)菌（G）細(xì)胞壁較厚、肽聚糖含量較高和分子交聯(lián)度較緊密，故用酒精脫色時肽聚糖網(wǎng)孔會因脫水而發(fā)生明顯收縮，再加上它不含脂類，酒精處理也不能在胞壁上溶出大的空洞或縫隙，紫碘復(fù)合物不能溢出細(xì)胞，仍阻留在細(xì)胞壁內(nèi)，菌體顯藍(lán)紫色，而革蘭氏陰性細(xì)菌（G）菌的細(xì)胞壁較薄、細(xì)胞壁含有脂多糖，肽聚糖位于內(nèi)層、含量較底且交聯(lián)松散，用酒精脫色時肽聚糖網(wǎng)孔不易收縮，加上它的脂類含量高且位于外層，所以酒精處理后，類脂溶解，胞壁上就會出現(xiàn)較大的空洞或縫隙，紫碘復(fù)合物溶出細(xì)胞壁，脫去了原來初染的顏色，當(dāng)藩紅或沙黃復(fù)染時，細(xì)胞就會呈現(xiàn)紅色。 1.3 核區(qū)道爾頓：質(zhì)量單位，1個道爾

3、頓為氧原子量的1/161.4 內(nèi)含物是細(xì)菌新陳代謝的產(chǎn)物，或是貯備的營養(yǎng)物質(zhì)。其種類與數(shù)量與細(xì)菌種類和培養(yǎng)條件有關(guān)，當(dāng)某些物質(zhì)過剩時，細(xì)菌就將其轉(zhuǎn)化成貯藏物質(zhì)，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時，他們又被分解利用（1）異染顆粒Ø 用藍(lán)色染料染色后，不呈藍(lán)色而呈紫色。故稱異染顆粒。Ø 是無機(jī)偏磷酸鹽的聚合物，是磷源和能源貯藏物，可降低細(xì)胞滲透壓。（2）聚-羥基丁酸鹽(PHB)Ø 是細(xì)菌特有的一種碳源和能源貯藏物。Ø 實(shí)質(zhì)上是有機(jī)物在厭氧過程中形成的代謝產(chǎn)物。 （3）肝糖和淀粉粒n 都是碳源和能源的貯藏物。 （4）硫粒Ø 是元素硫的貯藏物。2 特殊結(jié)構(gòu)2.1莢膜有些細(xì)菌

4、生活在一定營養(yǎng)條件下，會向細(xì)胞壁外分泌處一層黏性多糖類物質(zhì)，根據(jù)其厚度、可溶性及其在細(xì)胞表面的存在狀態(tài)可分為莢膜、微莢膜、粘液層和菌膠團(tuán)。比較薄時，叫粘液層；相當(dāng)厚時，叫莢膜。Ø 菌膠團(tuán)：當(dāng)莢膜物質(zhì)相融合成一團(tuán)塊，內(nèi)含許多細(xì)菌時，稱為菌膠團(tuán)。菌膠團(tuán)是活性污泥細(xì)菌存在的重要形式，有較強(qiáng)的吸附和氧化有機(jī)物的能力。將細(xì)菌包藏在膠體物質(zhì)內(nèi)，一方面對細(xì)菌的吞噬起保護(hù)作用，同時也增強(qiáng)了對不良環(huán)境的抵抗能力。Ø 菌膠團(tuán)的狀態(tài)：新生的，顏色較淺，無色透明，生命力旺盛，氧化分解有機(jī)物的能力強(qiáng)；老化的，顏色較深，象一團(tuán)亂泥。莢膜的主要功能（5條）n 保護(hù)作用：免受干旱損傷，防止噬菌體吸附和裂解

5、和宿主白細(xì)胞的的吞噬n 作為通透性屏障和離子交換系統(tǒng)，保護(hù)細(xì)菌免受重金屬離子傷害n 貯藏養(yǎng)料，當(dāng)營養(yǎng)缺乏時，可利用莢膜多糖作為碳源和能源物質(zhì)n 表面附著作用n 細(xì)菌間的信息識別作用2.2 芽孢 尤其是飲用水的衛(wèi)生檢驗(yàn)過程和有毒污水生物處理過程中予于充分注意。 五、細(xì)菌的群體特征菌落n 在固體培養(yǎng)基上以母細(xì)胞為中心的、肉眼可見的、有一定形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征的細(xì)胞集合體。第二節(jié) 放線菌 是一類主要呈現(xiàn)菌絲狀生長和以孢子繁殖的陸生性較強(qiáng)的原核生物。具有氧化分解氰化物的能力，對含氰污水的生物處理有很重要的意義。放線菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)n 營養(yǎng)菌絲（基內(nèi)菌絲）：伸入營養(yǎng)物質(zhì)內(nèi)或漫生于營養(yǎng)物質(zhì)表面吸取養(yǎng)料的菌絲。吸收

6、營養(yǎng) n 氣生菌絲：營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。n 孢子絲:氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲。第三節(jié) 絲狀細(xì)菌n 鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌和球衣細(xì)菌又常叫絲狀細(xì)菌。工程上常把菌體細(xì)胞能相連而形成絲狀的微生物統(tǒng)稱為絲狀菌。1鐵細(xì)菌：一般為自養(yǎng)的絲狀細(xì)菌。一般能生活在含氧少但溶有較多鐵質(zhì)和二氧化碳的水中。他們能將其細(xì)胞內(nèi)所吸收的亞鐵氧化為高鐵，從而獲得能量，反應(yīng)式如下： 4FeCO3+O2+6H2O4Fe(OH)3+4CO2+J鐵細(xì)菌的存在對給水工程的影響細(xì)菌為了滿足對能量的需要，必須氧化大量的亞鐵，使之生成Fe(OH)3，

7、這種不溶性的鐵化合物排出菌體后就沉淀下來。產(chǎn)生大量的沉淀 降低水管的輸水能力 使水發(fā)生渾濁并呈現(xiàn)顏色 細(xì)菌吸收水中的亞鐵，促使組成水管的鐵質(zhì)更多地溶于水中： 加速鋼管和鑄鐵管的腐蝕 2 硫磺細(xì)菌n 一般也為自養(yǎng)的絲狀細(xì)菌。硫磺細(xì)菌氧化硫化氫或硫磺為硫酸，同時同化二氧化碳，合成有機(jī)成分。 2H2S+O22H2O+2S+J 2S+3O2+2H2O 2H2SO4+J CO2+H2O CH2O+O2n 當(dāng)水管中有硫磺細(xì)菌存在時，因有強(qiáng)酸產(chǎn)生，對于管道有腐蝕作用。n 當(dāng)環(huán)境中的硫化氫充足，在體內(nèi)積累很多硫粒n 當(dāng)環(huán)境中的硫化氫不足，硫粒消失后，硫磺細(xì)菌死亡或是進(jìn)入休眠狀態(tài)第四節(jié) 光合細(xì)菌（PSB）是具有

8、原始光能合成體系的原核生物的總稱。n 在水處理上的應(yīng)用 光合細(xì)菌具有較強(qiáng)的分解和去除有機(jī)物的能力。 處理廢水，獲得單細(xì)胞蛋白，得到新能源氫第五節(jié) 藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌是一類含有葉綠素，無鞭毛，具有放氧性光合作用的大型原核生物。第六節(jié) 其他原核微生物n 支原體 ：是一類無細(xì)胞壁的介于獨(dú)立生活和細(xì)胞內(nèi)寄生的最小細(xì)胞形式的原核生物，介于細(xì)菌和病毒之間。 n 立克次氏體：是一類專性寄生于真核細(xì)胞內(nèi)的G原核微生物 ，無鞭毛，不運(yùn)動，有細(xì)胞壁、不能獨(dú)立生活。傷寒等n 衣原體是一類在脊椎動物細(xì)胞中專營能量寄生的小型G原核生物。如沙眼衣原體。第一節(jié) 真核微生物概述n 定義：是一大類細(xì)胞核具有核膜，能進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞

9、質(zhì)中存在線粒體或同時存在葉綠體等多種細(xì)胞器的生物。n 種類：包括真菌、顯微藻類、原生動物、微型后生動物第二節(jié) 酵母菌（Yeast）酵母菌是一群單細(xì)胞的真核微生物，泛指能發(fā)酵糖類的各種單細(xì)胞的真菌。通常用于以芽殖進(jìn)行繁殖單細(xì)胞真菌。 在廢水處理中的應(yīng)用前景n 可用于處理高濃度的有機(jī)廢水，能快速分解某些有機(jī)物，去除COD與BOD產(chǎn)生大量酵母蛋白，可作為飼料蛋白。n 可將大部分的烷烴轉(zhuǎn)變成細(xì)胞物質(zhì)。n 對某些難降解的物質(zhì)及有機(jī)毒物有很強(qiáng)的分解能力，如假絲酵母與絲孢酵母能分解廢水中的酚。n 酵母菌具有能將美藍(lán)還原為無色的特點(diǎn)，能否將其應(yīng)用在印染廢水的生物處理值得研究。 第三節(jié) 霉菌（Mold） n 霉

10、菌是絲狀真菌的一個俗稱，通常指菌絲體發(fā)達(dá)又不產(chǎn)生大型子實(shí)體結(jié)構(gòu)的真菌。是多細(xì)胞的腐生或寄生的絲狀菌，具有一種由分枝的、絲狀的菌絲所組成的葉狀體。形態(tài)結(jié)構(gòu) n 營養(yǎng)菌絲和氣生菌絲。n 霉菌營養(yǎng)體的基本單位是菌絲，內(nèi)部有隔膜。n 霉菌菌絲直徑約為2-10m，比一般細(xì)菌和放線菌菌絲大幾到幾十倍。 在廢水處理中的應(yīng)用前景1、霉菌對復(fù)雜有機(jī)物（纖維素、木質(zhì)素等）具有很強(qiáng)的分解能力。2、霉菌既能產(chǎn)生有機(jī)酸，也能產(chǎn)生氨去調(diào)整酸堿度，某些種類可以生存于pH值1-10之間的環(huán)境，對工業(yè)廢水的生物處理有重要的意義。3、鐮刀霉等能有效地氧化分解無機(jī)氰化物（CN-）,去除率可達(dá)到90%以上。但對有機(jī)氰化物（腈）的處理

11、效果則差些。4、在生物濾池的生物膜內(nèi)，真菌能形成廣大的網(wǎng)狀物，可能起著結(jié)合生物膜的作用。5、在活性污泥中大量繁殖，會引起污泥膨脹。 第四節(jié) 藻類n 具有光合作用的色素，并能獨(dú)立生活的自養(yǎng)低等植物。種類很多，有單細(xì)胞，也有多細(xì)胞，有單個球狀的，有球狀排列成鏈或成團(tuán)堆的，有絲狀體的及其他形態(tài)的。藻類在給水排水工程中的作用(氧化塘)藻類群體溶解氧 污水菌體 光 CO2+H2O+NH3 細(xì)菌光合作用藻類光合作用1、危害：影響水質(zhì)，影響水廠的過濾，可以產(chǎn)生臭味。2、藻類光合作用放出的氧氣則可被好氧微生物利用，去氧化分解水中的有機(jī)污染物。廢水處理的氧化塘主要是利用藻類來供應(yīng)氧氣的。作用見圖。第五節(jié) 原生動

12、物n 原生動物是有單個細(xì)胞構(gòu)成的最原始、最低等的單細(xì)胞動物。體型微小，長約30300m 三、原生動物在廢水生物處理中的作用（一）對廢水凈化的影響1、對水中有機(jī)物的凈化起一定的積極作用，但是以細(xì)菌為食，可能影響去除率。2、纖毛蟲可促進(jìn)生物絮凝作用。能分泌一些促進(jìn)凝聚的糖類和黏朊。3、纖毛蟲大量吞食細(xì)菌，特別是游離細(xì)菌，可改善生物處理法出水的水質(zhì)。（二）作為指示生物不同種類的原生動物對環(huán)境條件的要求不同，對環(huán)境變化的敏感程度也不同，利用原生動物種群的生長情況，可以判斷生物處理構(gòu)筑物的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及廢水凈化的效果。1、原生動物種類的組成 初期：鞭毛蟲和肉足蟲；若鐘蟲出現(xiàn)，活性污泥已成熟，充氧正常；有柄纖

13、毛蟲數(shù)量最多時，污泥的性能良好；固著纖毛蟲減少，游泳纖毛蟲突然增加，說明處理效果將變壞。2、種類的數(shù)量變化 在活性污泥的培養(yǎng)和馴化階段中，原生動物的種類的出現(xiàn)和數(shù)量的變化往往按一定的順序進(jìn)行。當(dāng)活性污泥法曝氣池的有機(jī)負(fù)荷、曝氣時間、有機(jī)物去除率等大幅度變化時，種類組成差別相當(dāng)小，而各主要種類的數(shù)量變化很大。鐘蟲：充氧不正常；尾柄脫落：環(huán)境條件惡化；含硫廢水：普通鐘蟲大大減少，等枝蟲正常生活。3、各種群的代謝活力的變化 環(huán)境適宜時，纖毛蟲裂殖生殖；食物不足、有毒物質(zhì)超過忍受限度，接合生殖。四、活性污泥中的原生動物的作用 1、促進(jìn)細(xì)菌活力，提高出水水質(zhì)；2、分泌生長因子和降解胞外聚合物；3、優(yōu)化基

14、質(zhì)的碳氮磷比率；4、導(dǎo)致細(xì)菌形態(tài)和生長方式的改變；5、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的擴(kuò)散；6、促進(jìn)絮凝。 四、病毒的繁殖吸附 侵入與脫殼 復(fù)制與合成 裝配與釋放一、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)碳源，氮源，能源，生長因子，無機(jī)鹽，水。2 碳源：提供細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物中碳素來源的各種營養(yǎng)物有機(jī)碳源：蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、糖類、有機(jī)酸、醇、脂等。異養(yǎng)微生物無機(jī)碳源：CO2 、NaHCO3 、CaCO3 等。自養(yǎng)微生物A.構(gòu)成細(xì)胞骨架和代謝物質(zhì)中碳素的來源B.為微生物進(jìn)行生命活動提供能量3 氮源磷源與硫源分別提供核酸和蛋白質(zhì)的合成原料有機(jī)氮源：蛋白質(zhì)、蛋白胨、尿素、氨基酸、牛肉膏等無機(jī)氮源：NH3、銨鹽、硝酸鹽、N2等A.

15、構(gòu)成蛋白質(zhì)和核酸的主要元素B.為細(xì)胞提供生命活動所需的能源。4 能源能源包括：化學(xué)物質(zhì)（有機(jī)物和無機(jī)物）和輻射能。5 生長因子是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能利用簡單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物通常包括維生素、氨基酸、堿基 等6 無機(jī)鹽（礦質(zhì)元素）主要可為微生物提供除碳、氮源以外的各種重要元素。 大量元素：10-310-4mol/ml：P、K、Mg、Ca、S、Na；微量元素：10-610-8mol/ml：Fe、B、Cu、Zn、Mo、Co構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；酶的組成成分；酶的激活劑；維持適宜的滲透壓；自養(yǎng)型細(xì)菌的能源。二、微生物的營養(yǎng)類型指根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(yǎng)要素即能源和碳源的不同

16、，而劃分的微生物類型。n 自養(yǎng)型微生物。沒有有機(jī)物時，同化CO2n 異養(yǎng)型微生物。利用有機(jī)物進(jìn)行生長n 光能營養(yǎng)型微生物。光照和厭氧條件下，利用光能生長。n 化能營養(yǎng)型微生物。黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長1.光能無機(jī)營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）：能以CO2為主要唯一或主要碳源，以光作為能源，進(jìn)行光合作用獲取生長所需要的能量 2.光能有機(jī)營養(yǎng)型 （光能異養(yǎng)型 ）：CO2不為主要或唯一的碳源；碳源也可來自有機(jī)物，以有機(jī)物作為電子供體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；這類微生物能利用有機(jī)物迅速繁殖，常用于污水處理。屬于這類營養(yǎng)類型的微生物很少。 3.化能

17、無機(jī)營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）：生長所需要的能量來自無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH2或NO2-等無機(jī)物作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。4.化能有機(jī)營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）：有機(jī)物通常既是碳源也是能源。 生長所需要的能量均來自有機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。大部分細(xì)菌都以這種營養(yǎng)類型生活和生長。 三、培養(yǎng)基 培養(yǎng)基是指由人工配制的、適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合營養(yǎng)料。2、培養(yǎng)基的類型按用途分基礎(chǔ)培養(yǎng)基： 在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的基

18、本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基，也稱為基本培養(yǎng)基。2216E，營養(yǎng)瓊脂加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)基 是根據(jù)微生物的營養(yǎng)要求人為地強(qiáng)化投加多種營養(yǎng)物質(zhì)，從而可大量促進(jìn)微生物生長的培養(yǎng)基。用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物，或用于從環(huán)境中富集和分離某種微生物。如從黑魚的腸道富集海洋酵母 鑒別培養(yǎng)基 是一類根據(jù)微生物的代謝反應(yīng)或其產(chǎn)物的反應(yīng)特性而設(shè)計的，可借助肉眼直接判斷微生物種類的培養(yǎng)基。 選擇培養(yǎng)基 按照某種或某些微生物的特殊營養(yǎng)要求而專門設(shè)計的培養(yǎng)基。用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基， TCBS四 營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸方式n 1、被動擴(kuò)散：單純擴(kuò)散，簡單的方式，許多小分子有機(jī)物、水

19、分子的運(yùn)送方式。 順著濃度差，不消耗能量，物質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化n 2、促進(jìn)擴(kuò)散：借助細(xì)胞膜上的一種蛋白質(zhì)載體，對轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有選擇性，具有較高的專一性，濃度差與載體親和力都會影響物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) n 3、主動運(yùn)輸：須提供能量、逆濃度差進(jìn)行、需要載體蛋白參加。并通過細(xì)胞膜上特異性構(gòu)象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式。為主要方式。n 4、基團(tuán)移位：既需特異性載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式，其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。 第二節(jié) 酶及其作用（2）酶活性的表示 ： 1酶活性單位：在25，最適pH及基質(zhì)濃度等條件下，在1min內(nèi)轉(zhuǎn)化1µmol基質(zhì)的酶量。

20、 比酶活性：單位量酶蛋白所具有的酶活性單位數(shù)（3）在水處理中的應(yīng)用 常采用比酶活性判斷不同來源污泥的活性大小，監(jiān)測同一處理反應(yīng)器在不同運(yùn)行階段的污泥活性及其變化1 米門公式 v- 反應(yīng)速度 S- 基質(zhì)濃度 Vm 最大反應(yīng)速度Km 米氏常數(shù)，酶催化反應(yīng)中中間復(fù)合物ES分解速度與生成速度常數(shù)之比米-門公式顯示了反應(yīng)速度與基質(zhì)濃度之間的關(guān)系Km=S,Km與酶的種類，性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。 Km值最小的基質(zhì)一般稱為該酶的最適基質(zhì)或天然基質(zhì)。 酶促反應(yīng)速度與酶濃度E。有關(guān)應(yīng)用：P97圖6-3，水處理中為了加快反應(yīng)速度，往往盡可能多的培養(yǎng)細(xì)菌，提高酶濃度，從而提高污染物的去除率及反應(yīng)器處理效率。三、微

21、生物的呼吸類型（一）分類1 微生物與氧氣的關(guān)系：好氧微生物，厭氧微生物，兼性微生物2 根據(jù)基質(zhì)脫氫后，其最終受氫體的不同：如好氧呼吸，厭氧呼吸，發(fā)酵微生物呼吸類型1、好氧呼吸：最普遍又重要的生物氧化或產(chǎn)能方式，基質(zhì)的氧化以分子氧作為最終電子受體。特點(diǎn)：基質(zhì)脫氫后，脫下的氫經(jīng)完整的呼吸鏈（或電子傳遞鏈）傳遞，最終被外源氧分子接受，產(chǎn)生水并釋放ATP形式的能量，必須在有氧條件下完成氧化作用，是一種高效產(chǎn)能2、厭氧呼吸：無氧呼吸，指某些無機(jī)氧化物作為受氫體（電子受體）的生物氧化，在無氧條件下進(jìn)行的，產(chǎn)能效率低的呼吸。 特點(diǎn):基質(zhì)按常規(guī)脫氫后，經(jīng)部分呼吸由氧化態(tài)無機(jī)物受氫，并完成氧化磷酸化產(chǎn)能反應(yīng)，產(chǎn)

22、能中等。方式n 硝酸鹽呼吸：反硝化作用，以有機(jī)碳和二氧化碳為碳源，硝酸鹽作為最終電子受體。n 硫酸鹽呼吸：以乳酸和醋酸為碳源，SO42-作為最終電子受體。n 碳酸鹽呼吸：以乙酸為碳源，CO2和重碳酸鹽作為最終電子受體。產(chǎn)甲烷細(xì)菌的無氧呼吸及其他細(xì)菌的無氧呼吸是污水厭氧生物處理的微生物學(xué)基礎(chǔ)3、發(fā)酵：廣義是任何利用好氧或厭氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物，或食品等產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。狹義：指在無氧條件下，基質(zhì)脫氫后所產(chǎn)生的還原力H未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交給某內(nèi)源中間代謝產(chǎn)物，以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(yīng)。產(chǎn)能效率低第四節(jié) 環(huán)境因素會微生物生長的影響一、溫度：范圍：生長范圍溫度廣泛，585均有生

23、長，大多在20 40 之間。低溫à休眠狀態(tài)à生命不發(fā)育，4保存菌種。致死原理只要加熱超過微生物致死的最高溫度，微生物就會很快死亡。 （1）高溫：微生物細(xì)胞的基本成分是蛋白質(zhì) ，酶的主要成份也是蛋白質(zhì)，加熱后凝固變性。 (2)濕熱比干熱易殺死微生物 a.蛋白質(zhì)含水多à加熱時愈易凝固 b.濕熱所用的水蒸氣的傳導(dǎo)力穿透力比較強(qiáng)，更容易破壞蛋白質(zhì)二、氫離子濃度：大多在68 三、氧化還原電位 四、干燥 五、滲透壓 六、光及輻射：紫外線à265-266nm時的殺菌力最強(qiáng)à穿透力弱à只能殺死滅空氣中及表面的微生物。 七、化學(xué)藥劑：滅菌：殺菌一切微生

24、物及孢子 消毒：殺滅病源微生物，而不能完全殺死非病原微生物及芽孢和孢子 防腐：抑菌而非滅作用 2.有機(jī)化合物：使蛋白質(zhì)變性1）酚：使蛋白質(zhì)變性+表面活性à破壞細(xì)胞膜的透性，使細(xì)胞內(nèi)含物外溢 高濃度à致死因子 低濃度à抑菌 酚：也叫石碳酸 甲酚：殺菌能力強(qiáng) 來蘇兒：甲酚+肥皂的混合液2）醇：脫水 蛋白質(zhì)變性 損害細(xì)胞膜 50% 70%殺菌作用 （70%最好）超過70%，會使細(xì)胞脫水而至硬化，阻止了酒精繼續(xù)滲入細(xì)胞，因此蛋白質(zhì)不會凝固福爾馬林37% 40%的甲醛水溶液5.表面活性劑：具有降低表面張力效應(yīng)的物質(zhì)稱為表面活性劑，可影響細(xì)胞的生長與分裂6.染料堿性的顯色基團(tuán)

25、帶正電荷，而一般的細(xì)菌細(xì)胞帶負(fù)電，與蛋白質(zhì)結(jié)合起抑制作用，堿性三苯甲烷染料、孔雀綠、亮綠、結(jié)晶紫對細(xì)菌有很強(qiáng)的抑制作用。一、間歇培養(yǎng) 少量微生物接種于一定量液體培養(yǎng)基內(nèi)，在適宜的溫度下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中不加入也不取出培養(yǎng)基和微生物的培養(yǎng)方式1、間歇培養(yǎng)的生長曲線 （1）微生圖的生長曲線圖7-1（按重量） 分為三個階段a上升階段：初期菌體增大，數(shù)且不增加； 后期：生長率達(dá)到最高，分解培養(yǎng)基中有機(jī)物的速率最高，受自身機(jī)理的限制b下降階段：食料減少、有毒代謝產(chǎn)物的積累。食料不足成為抑制生長的主導(dǎo)因素。c內(nèi)源呼吸階段：微生物的重量減少，食料減少，菌體內(nèi)的貯藏物質(zhì)，甚至體內(nèi)的酶都被當(dāng)作營養(yǎng)物質(zhì)加以利用，

26、即細(xì)胞所合成的新物質(zhì)已不足以補(bǔ)充因內(nèi)源呼吸而耗去的細(xì)胞質(zhì)。 a· 緩慢期：數(shù)目不增加，細(xì)胞生理活動活躍，體積增大很快，調(diào)整代謝分為四個階段 b· 對數(shù)期：分裂速度迅速增加 c· 穩(wěn)定期：繁殖速度下降，死亡數(shù)目上升，達(dá)到與新增殖的微生物相等，活菌數(shù)保持相對平衡，并處于最大值。食料減少，有毒代謝產(chǎn)物的積累。 d· 衰亡期：死亡速度大于繁殖速度，微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸（3）微生物的生長階段與污水生物處理 a·水處理中采用對數(shù)期或代謝旺盛的污泥進(jìn)行接種（避免緩慢期的出現(xiàn)）增加接種量及采用同類型反應(yīng)器的污泥接種可達(dá)到縮短緩慢期的效果b·對于穩(wěn)定期的

27、污泥，代謝活性和絮凝沉降性能均好。（傳統(tǒng)活性污泥法）c·衰老期：特殊的處理場合，延時曝氣及污泥消化 （二）連續(xù)培養(yǎng)： 倍增時間（世代時間）：微生物繁殖一代即個體數(shù)目增加一倍的時間。1、生物膜的定義和成份是微生物在有機(jī)體表面形成的高度組織化的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。一種不可逆的黏附于固體表面的，被微生物胞外多聚物包裹的微生物群體。2、生物膜的生長過程黏附于表面à形成微生物菌落à細(xì)胞外多聚物包裹à成熟細(xì)胞黏附 主要是通過微生物表面的生物大分子（胞外多聚糖）完成，特殊基因的轉(zhuǎn)錄是活躍的à是細(xì)胞外多聚糖合成所必須的。生物膜的發(fā)展（微生物菌落的生產(chǎn)） 微生物黏附到表

28、面à調(diào)整其基因表達(dá)à生長繁殖時分泌大量胞外多糖（EPS)àEPS粘結(jié)單個微生物à微生物因塊（微菌落）à大量連接à生物膜。 EPS合成增加，增加對抗生素的抗性，對紫外線抗性，遺傳交換率，降解大分子物質(zhì)的能力、二級代謝產(chǎn)物增加等的變化。生物膜成熟 隨著生長繁殖à生物膜變厚à形成成熟的生物膜。在微生物群落之間有開放的水通道，生物膜系統(tǒng)的諸多物質(zhì)通過這種水通道的液體循環(huán)輸送，可以運(yùn)送養(yǎng)料、酶、代謝產(chǎn)物和排泄等。生物膜脫落 成熟的生物膜可在內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)制或在外部沖刷力等作用下脫落，脫落的微生物à浮游生長狀態(tài)à

29、;再黏附à形成新的生物膜3、生物膜的特征 密度感應(yīng)系統(tǒng)的功能：微生物通過監(jiān)測其群體的細(xì)胞密度來調(diào)節(jié)其特定的基因表達(dá)，以保證生物膜中營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸和廢物的排除，避免微生物過度生長而造成空間和營養(yǎng)物質(zhì)缺乏。第二節(jié) 微生物的遺傳與變異質(zhì)粒：是微生物染色體外或附加于染色體的攜帶有某種特異性遺傳信息的DNA分子，目前僅發(fā)現(xiàn)于原核微生物和真核微生物的酵母。一般為小型環(huán)分子，也有的呈超螺旋和線形的構(gòu)造。第三節(jié) 遺傳工程轉(zhuǎn)座因子：可在染色體上不同部位之間移動的一段DNAü 超級微生物：利用基因工程技術(shù)，把具有降解難降解物質(zhì)的質(zhì)粒剪切后，連接到受體細(xì)胞中，使之用以處理污水中難降解的物質(zhì)。這種

30、用人工方法選出的多質(zhì)粒，多功能的新菌種稱“超級微生物”。微生物之間的相互關(guān)系互生、共生、 拮抗、寄生二、互生關(guān)系1·概念：兩種不同的生物，當(dāng)其生活在一起時，可以由一方為另一方提供或創(chuàng)造有利的生活條件。2·應(yīng)用：a·石油煉油廠廢水àS、H2S、 NH3、酚等à分解酚的細(xì)菌可耐受一定的限度的H2S，硫磺菌可將H2Sà營養(yǎng)元素Sb·氨化菌 氨氧化菌 硝酸菌之間互生 有機(jī)氮分解為氨 或NH4+ à解毒à氨氧化菌 提供氮素營養(yǎng) 氨氧化菌à氨à亞硝酸à解毒à硝酸菌 提供養(yǎng)料 c

31、·藻類除去CO2 細(xì)菌 提供O2第一節(jié) 微生物對有機(jī)物的分解作用一、微生物作用的分類 好養(yǎng)分解：有氧，好氧細(xì)菌 厭氧分解：無氧，厭氧細(xì)菌二、生物處理的特點(diǎn) 1、好氧分解：分解速度快、分解程度徹底、能量利用率高、轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的比例大。最終產(chǎn)物是CO2 、水、NO32- 、SO42- 、PO4 3- 鹽，無臭而穩(wěn)定。 2、厭氧分解：最終產(chǎn)物是甲烷， CO2 ，NH3 ， H2S 。由于散發(fā)了H2S等物質(zhì)，廢水會產(chǎn)生臭氣，由于H2S與鐵作用，形成FeS，分解的水往往呈現(xiàn)黑色。主要用于處理高濃度有機(jī)污水。H2S +FeàFeS 黑色第二節(jié) 有機(jī)物的生物分解性一、有機(jī)物的生物分解性評價

32、方法1目的：正確評價有機(jī)物的生物分解難易程度，預(yù)測有機(jī)物在污水處理和生物凈化裝置中的去除效果。2分類Ø 生物分解潛能試驗(yàn)：評價有機(jī)物是否具有被生物分解的潛在性Ø 生物分解模擬試驗(yàn)：評價有機(jī)物在特定的環(huán)境條件下的生物分解性二、污水中有機(jī)物染物的生物分解性評1。污水中有機(jī)物濃度的表示方法：BOD、COD、TOC。2。污水的可生物處理性（水中有機(jī)物污染物的生物分解性）的表示方法： BOD5/ CODCr和BOD5/ DOC（溶解性有機(jī)碳）ü BOD5/ CODCr0.40.6 可生物處理性好 0.2BOD5/ CODCr0.4 含有難生物分解的有機(jī)物，較難生物處理 BO

33、D5/ CODCr0.1 有機(jī)物染物的生物分解性差，難以生物處理ü BOD5/ DOC 1.2 可生物處理性好 0.3 BOD5/ DOC 1.2 含有難生物分解的有機(jī)物，較難生物處理 BOD5/ DOC 0.3 有機(jī)物染物的生物分解性差，難以生物處理第四節(jié) 微生物對無機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用 應(yīng)用：在混凝土溝渠中， H2S被硫磺細(xì)菌等氧化形成硫酸后，可使混凝土由于腐蝕受到損壞。SO4 2-還原菌集中在溝渠沉淀物中，為了減少可能形成的H2S,要求溝渠有適當(dāng)?shù)钠露群图訌?qiáng)渠道的維護(hù)工作。一、污水的好氧生物處理過程1、過程：轉(zhuǎn)化為無機(jī)物 合成為微生物的細(xì)胞物質(zhì)2、特點(diǎn)：適用于溶解的和膠體的有機(jī)物，

34、去除80-95%的BOD3、種類：活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、污水灌溉、生物塘二、 活性污泥處理構(gòu)物內(nèi)的微生物1.常見微生物種類及作用活性污泥：生物反應(yīng)池中繁殖的含有各種微生物群體的絮狀體。活性污泥法：是在人工條件下，對污水中的各類微生物群體進(jìn)行連續(xù)混合和培養(yǎng)，形成懸浮狀態(tài)的活性污泥。利用活性污泥的生物作用，以分解去除污水中的有機(jī)污染物，然后使污泥與水分離，大部分污泥回流到生物反應(yīng)池，多余部分作為剩余排出活性污泥系統(tǒng)。3.活性污泥法運(yùn)行中微生物造成的問題a.常見故障的原因：污泥的絮體結(jié)構(gòu)不正常造成的污泥膨脹，不絮凝、微小絮體，起泡沫和反硝化 b.概念 微結(jié)構(gòu)絮體：較小絮體（直徑<75m

35、）球形，較密實(shí)但相較易破裂，由絮體形成菌組成易被剪切成小顆粒。但剪切下的小顆粒需較長的沉淀時間 ，導(dǎo)致出水的BOD值高，濁度上升。 宏結(jié)構(gòu)絮體：當(dāng)絲狀微生物出現(xiàn)時，微生物凝聚在絲狀微生物周圍，形成較大的不規(guī)則絮體，較強(qiáng)的抗剪切強(qiáng)度。C·污泥沉降問題的原因 （1）不凝聚：微結(jié)構(gòu)絮體不穩(wěn)定而破裂；過度曝氣形成的紊流將絮體剪切成碎塊；細(xì)菌不能凝聚成絮體,成為游離個體或非常小的叢生塊。 原因：DO低，pH低，沖擊負(fù)荷<0.4kg/kg.d （2）微小絮體：由于長泥齡（5-6d），低有機(jī)負(fù)荷（<0.2kg/kg·d）而形成的，在延時曝氣系統(tǒng)發(fā)生。 （3）起泡沫：洗滌劑（白

36、）與細(xì)菌（棕色）造成的。 由于絲狀微生物（諾卡氏菌屬）超量生長，曝氣系統(tǒng)的氣泡又進(jìn)入某群體而形成的，但卻不會造成污泥沉降質(zhì)量問題。這種泡沫以一種密實(shí)穩(wěn)定的泡沫或者一層厚浮渣的形式浮于池面上。氣泡使污泥上浮還有可能是反硝化作用。對策：減小泥齡，用增加剩余污泥量的方法將諾卡氏菌屬沖洗處理系統(tǒng)。 （4）絲狀菌引起的污泥膨脹：一種絲狀菌在絮體中大量生長以致影響沉降的現(xiàn)象。 對策：控制污泥負(fù)荷：0.2-0.45kg/（kg·d）正常 控制營養(yǎng)比例：BOD：N: P=100：5：1 控制DO濃度：2.0mg/L以上 加氯 O3 H2O2 投加混凝劑：石灰 FeCl3或高分子絮凝劑（5）非絲狀細(xì)菌

37、引起的污泥膨脹：當(dāng)游離細(xì)菌產(chǎn)生菌膠團(tuán)基質(zhì)時，導(dǎo)致污泥膨脹由于絮體微結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了大量胞外多聚物，具有糊狀成果冰樣的外觀。（印度墨水反染色法檢測，抗拒侵染貫穿）3、生物膜的結(jié)構(gòu) .生物膜有兩部分組成：接觸濾料的附著生物體，和吸附在生物體上的液膜。升流式厭氧污泥層（UASB)反應(yīng)器 由有規(guī)律分布的細(xì)菌組成 外層：發(fā)酵細(xì)菌、氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷細(xì)菌 內(nèi)層：乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷細(xì)菌，產(chǎn)氫氣產(chǎn)乙酸細(xì)菌 污泥是顆粒污泥，是一種團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，由許多種類的細(xì)菌組成，產(chǎn)甲烷活性與良好的沉降性能。 第五節(jié) 生物處理法對污水水質(zhì)的要求 好氧生物處理：C:N:P=100:5:1 若工業(yè)廢水中缺少微生物，可以投加生活污水、糞便或接種 微量元素第十三章 水的衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)第二節(jié) 水質(zhì)生物學(xué)質(zhì)標(biāo)3·指示微生物應(yīng)具備的特性 （1） 僅存于糞便類污染源中，且數(shù)量較多 （2）與病原微生物的生理特性相似（3） 在潔凈水體中不存在，與病原微生物在外界的存活能力相似 （4）在宿主外不繁殖 （5）容易檢測4· 常用的指標(biāo)：大腸菌群，糞大腸菌群，糞鏈球菌和