污染控制微生物工程

1、1.生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)共代謝作用(cometabdism)共代謝作用(Cometabolism)內(nèi)源呼吸(endogenousrespiration)反硝化作用(Denitrification)放線菌(actinomycetes)球衣菌(sphaerotilus)細(xì)胞壁(cellwall)芽胞(spore)細(xì)胞膜(Cytoplasmicmembran)蛋白質(zhì)(protein)內(nèi)含物(inclusions)芽抱(sporeorendospore)菌毛(纖毛)(pili)繁殖一裂殖(Fission)放線菌(Actinomycetes)硫磺細(xì)菌(sulphurbacteria)藍(lán)細(xì)菌(c

2、yanobacteria)酵母菌(Yeast)藻類(lèi)(Algae)原生動(dòng)物(protozoa)鞭毛類(lèi)(Mastigophora)后生動(dòng)物(metazoa)拮抗關(guān)系(antagonism)互惠共生(mutualism)光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(Photolithotroph)光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(Photorganotroph)活性污泥(Activatedsludge)生物降解(biodegradation)新陳代謝(metabolism)基本呼吸：(basicrespiration)硝化作用：(Nitrification)細(xì)菌(bacterium)鐵細(xì)菌(ironbacteria)藍(lán)細(xì)菌(cyanobacter

3、ia)原生質(zhì)體(Protoplast)鞭毛(flagellum)磷脂(phospholipid)擬核體(nucleoid)莢膜(capsule)鞭毛(flagella)菌膠團(tuán)(zoogloea)菌落(Colony)鐵細(xì)菌(ironbacteria)球衣菌(sphaerotilus)真菌(fungus)霉菌(Molds)水體富營(yíng)養(yǎng)(eutrophication)肉足類(lèi)(Sarcodina)纖毛類(lèi)(Ciliata)互生關(guān)系(protocooperation)寄生關(guān)系(parasitism)偏利共生(commensalism)化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(Chemolithotroph)化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(Chemo

4、organotroph)生物膜(Biomembrane)顆粒污泥(Granularsludge)廢水的厭氧生物處理(anaerobicbiologicaltreatment)活性污泥法(activatedsludgeprocess)生物膜法(bio-membraneprocess)厭氧生物處理(anaerobicbiologicaltreatment)1.微生物降解有機(jī)物的巨大潛力：(1)微生物自身特點(diǎn)；(2)共代謝作用與生物降解性3)化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物降解的相關(guān)性2.微生物的五個(gè)特點(diǎn)：(1)個(gè)體小，形態(tài)簡(jiǎn)單；(2)分布廣，種類(lèi)多；(3)繁殖快，數(shù)量大；4)表面積與體積比值大，代謝強(qiáng)；(5)適應(yīng)強(qiáng)

5、，易變異。3.生物降解(biodegradation)：微生物的代謝活動(dòng)。是指生物對(duì)污染物進(jìn)行的分解或降解,而生物中由微生物所起的降解作用最大，故又可稱為微生物降解。4.共代謝(共降解)：在水處理工程中，不同類(lèi)型微生物相互協(xié)作代謝降解污染物質(zhì)的作用稱共降解。共代謝作用(Cometabolism):指微生物在它可利用的碳源存在時(shí)，對(duì)它原來(lái)不能利用的物質(zhì)也可能分解代謝的現(xiàn)象。5.共代謝作用存在情況：靠降解其它有機(jī)物提供能源和碳源；或通過(guò)微生物的協(xié)同作用；由其它物質(zhì)的誘導(dǎo)產(chǎn)生相互的酶系，發(fā)生共代謝作用。6.基本呼吸(basicrespiration)：在一般情況下，微生物進(jìn)行生命活動(dòng)所需要的物質(zhì)和能

6、量，都是靠氧化分解細(xì)胞從外界吸收來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所獲得的，這種利用外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物氧化還原過(guò)程，稱為基本呼吸。7內(nèi)源呼吸(endogenousrespiration)：由于外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏，微生物為了維持自身生命活動(dòng)的繼續(xù)，微生物氧化分解其自身細(xì)胞內(nèi)的組分物質(zhì)，來(lái)獲得維持生命活動(dòng)所需的能量，這種細(xì)胞內(nèi)組分物質(zhì)被氧化分解的過(guò)程稱為內(nèi)源呼吸。&生物降解性測(cè)定方法：(1)測(cè)B/C：表示廢水的可生化處理的程度。測(cè)COD30測(cè)定生物氧化率:用訓(xùn)化好的活性污泥作為測(cè)定用的微生物，將一定量單一的被測(cè)有機(jī)物作為底物，也就是作為活性污泥中微生物的唯一營(yíng)養(yǎng)源，在瓦氏呼吸儀上檢測(cè)其耗氧量，與該底物完全氧化的理論需養(yǎng)

7、量之比，即為被測(cè)有機(jī)物的生物氧化率(%)。測(cè)呼吸線:以單一的有機(jī)物為基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物，在活性污泥中微生物的作用于該有機(jī)物的過(guò)程中，測(cè)其耗氧量與時(shí)間的變化曲線，可以得到的一條特征曲線，即生化呼吸線。測(cè)定相對(duì)耗氧速率曲線:耗氧速率，就是單位生物量在單位時(shí)間內(nèi)的耗氧量。在提供相同的活性污泥量，也就是微生物種類(lèi)、數(shù)量一定，比較不同濃度下有機(jī)物作基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物的條件下，微生物在單位時(shí)間內(nèi)的耗氧量，這樣可作出相對(duì)耗氧速率曲線。(6)培養(yǎng)法氨化作用：由有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過(guò)程(NH、NH+)。34硝化作用(Nitrification)概念：在有氧氣時(shí)，微生物將氨氧化為硝酸的作用(N0)。參加硝化作用的微生物：

8、硝化細(xì)菌(亞硝酸細(xì)菌、硝化細(xì)菌)11硝化作用進(jìn)行的條件：O2、NH3、堿性物質(zhì)(中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸)、不需有機(jī)物存在。(有機(jī)物的存在會(huì)使得硝化作用程度降低。)12反硝化作用(Denitrification)：硝酸鹽在通氣不良環(huán)境中(缺氧)，被反硝化細(xì)菌還原成N02或。反硝化作用發(fā)生的條件：N03-、有機(jī)物存在、氧氣V0.5mg/L。細(xì)胞壁的作用：保持細(xì)胞的形狀，保障在不同滲透條件下生長(zhǎng)；鞭毛的支點(diǎn)；分子篩的作用。細(xì)胞膜的作用：(1)選擇性吸收養(yǎng)料、運(yùn)輸物質(zhì)。(2)參與細(xì)胞壁生物合成(3)能量代謝的中心。細(xì)胞質(zhì)作用：合成蛋白質(zhì)與酶。內(nèi)含物：營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩時(shí)形成的細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)藏物。外源營(yíng)養(yǎng)缺少時(shí)，內(nèi)含物

9、被降解利用。17莢膜(capsule)：細(xì)胞壁表面的粘性物，有一定外形，很厚，相對(duì)穩(wěn)定附著在細(xì)胞壁外。是細(xì)胞構(gòu)造的一部分。成分：水90%，其次多糖等物。18.莢膜的功能：(1)對(duì)細(xì)菌的保護(hù)作用，使細(xì)菌免受干燥的影響，防止微小動(dòng)物的吞噬，增強(qiáng)對(duì)外界不良環(huán)境的抵抗力；(2)有助于細(xì)菌的侵染力；(3)細(xì)胞外貯藏物，外界營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)可以作為碳源物質(zhì)能源物質(zhì)利用；(4)許多細(xì)菌可以形通過(guò)莢膜相互粘結(jié)，形成體積和密度大的菌膠團(tuán)。19菌膠團(tuán)(zoogloea):是活性污泥、生物膜的重要組成部分?；钚晕勰嘈阅艿暮脡模饕鶕?jù)菌膠團(tuán)多少、大小及結(jié)構(gòu)的緊密度、性能來(lái)確定。菌膠團(tuán)是活性污泥的重要組成部分，它除了具有莢

10、膜的功能外還具有以下功能：(1)具有較強(qiáng)的吸附、氧化有機(jī)物的能力；(2)具有較好的沉降性能。20菌落(Colony)：?jiǎn)蝹€(gè)菌體在固體平面培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖時(shí)形成肉眼可見(jiàn)的群體，該群體稱為菌落。21菌落的作用：(1)分離提純培養(yǎng)；(2)計(jì)數(shù)(水樣中細(xì)菌X稀釋倍數(shù))。22細(xì)菌的物理性狀：(1)細(xì)菌的帶電現(xiàn)象(帶負(fù)電，等電點(diǎn)，PH25)；(2)細(xì)菌懸液的渾濁度；(3)細(xì)菌的密度和重量。細(xì)菌在污水處理中的作用：(1)數(shù)量多；(2)可降解有機(jī)物。球衣菌(sphaerotilus)：適宜溫度30度，15度下不生長(zhǎng)；對(duì)碳素要求高、反應(yīng)靈敏，對(duì)殺蟲(chóng)劑抵抗力不好。哪些原因可以導(dǎo)致絲狀菌過(guò)量繁殖呢？采取什么解決措施

11、？答：溶解氧過(guò)低，進(jìn)水有機(jī)物含量過(guò)高，進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)條件變化，一般細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)為B0D5：N：P=100：5：1的條件下生長(zhǎng)，但若磷含量不足，C/N升高，這種營(yíng)養(yǎng)情況適宜絲狀菌生活。pH過(guò)低，溫度高于35度易引起絲狀菌生長(zhǎng)。解決辦法：降低進(jìn)水碳水化合物濃度或者增加N、P比例；增加DO；適當(dāng)改變PH與溫度，回流污泥中添加漂白粉或者CL2.。水體富營(yíng)養(yǎng)(eutrophication):水體含豐富的溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)使水中藻類(lèi)等浮游生物大量生長(zhǎng)繁殖，引起異養(yǎng)微生物旺盛代謝活動(dòng)，耗盡水中溶解氧(DO)，使水體變質(zhì)，破壞水體中的生態(tài)平衡。水體富營(yíng)養(yǎng)化：發(fā)黑DO低，水中亞鐵離子，三價(jià)鐵離子與硫化合生成難溶解沉淀物；發(fā)

12、臭：DO低，厭氧微生物大量繁殖代謝生成氨氣、硫化氫，硫醇等惡臭氣體原生動(dòng)物在污水處理中的作用：原生動(dòng)物對(duì)廢水凈化的影響：(1)鞭毛蟲(chóng)、肉足蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)可以直接利用水中有機(jī)物，對(duì)水中有機(jī)物的凈化有一定積極作用；(2)在活性污泥中，纖毛蟲(chóng)能分泌糖類(lèi)、粘朊促進(jìn)生物絮凝作用、使廢水能在二沉池中很好的沉淀，改善出水水質(zhì)。(3)纖毛蟲(chóng)吞食游離細(xì)菌，改善生物處理出水水質(zhì)。作為指示生物：(1)鐘蟲(chóng)前端出現(xiàn)氣泡充氧不正常，水質(zhì)將變壞。(2)等枝蟲(chóng)相對(duì)數(shù)量多，普通鐘蟲(chóng)漸減少環(huán)境漸變惡化。(3)原生動(dòng)物的數(shù)量漸減少，直至消失水質(zhì)變壞。原生動(dòng)物對(duì)毒物的敏感性比細(xì)菌大。(4)鐘蟲(chóng)大量出現(xiàn)活性污泥已經(jīng)成熟，充氧正常。(5)

13、在正常運(yùn)行的曝氣池中，如果固著型纖毛蟲(chóng)減少，游泳型纖毛蟲(chóng)突然增加處理效果將變壞?；ドP(guān)系(protocooperation)：兩種不同的生物，當(dāng)它們共同生活在一起時(shí)，為對(duì)方提供或創(chuàng)造有利的生活條件，互助互利，也可單方有利。氧化塘中的藻類(lèi)和細(xì)菌。共生關(guān)系：兩種微生物緊密地結(jié)合在一起，當(dāng)這種關(guān)系高度發(fā)展時(shí)，就形成特殊的共生體，即在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織上和形態(tài)上產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)?；セ莨采?mutualism)是兩者相互得利；偏利共生(commensalism)是一方得利，但對(duì)另一方無(wú)害。紅螺菌(光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型)在湖泊、池塘、淤泥中含有，在缺氧時(shí)能利用有機(jī)酸、醇等有機(jī)物。同時(shí)該菌含有蛋白質(zhì)65%

14、，和大量的氨基酸、抗生素。常用工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)該菌，既保護(hù)了環(huán)境消除污染，又生產(chǎn)了單細(xì)胞蛋白變廢為寶。生物法處理廢水對(duì)廢水水質(zhì)有什么要求？答：(1)好氧生物處理必須有充分的氧氣供應(yīng)；(2)酸堿度：對(duì)于好氧生物處理PH應(yīng)控制在69；對(duì)于厭氧生物處理PH應(yīng)控制在6.57.5；(3)溫度：大多數(shù)細(xì)菌適宜的溫度2040C；(4)有毒物質(zhì)：廢水中不能含有過(guò)多的有毒物質(zhì)，如重金屬、某些非金屬物質(zhì)如酚、甲醛、氰化物、硫化物也有毒性；這些有毒物質(zhì)能抑制其他物質(zhì)的生物氧化作用；(5)養(yǎng)料：微生物的繁殖必須要有各種養(yǎng)料；其中包括碳、氮、磷、硫(考慮BOD5：P:N)。細(xì)菌生長(zhǎng)的測(cè)定方法：(1)直接計(jì)數(shù)法(

15、常用，不區(qū)分細(xì)菌的死活)：A.血球計(jì)數(shù)板法(顯微鏡)B.比濁計(jì)數(shù)法(2)間接計(jì)數(shù)法(活菌數(shù)，測(cè)定需時(shí)間長(zhǎng))A.平板計(jì)數(shù)法B.薄膜計(jì)數(shù)法（3）重量法（MLVSS/MLSS=0.75）微生物生長(zhǎng)的四個(gè)時(shí)期：適應(yīng)期（lagphase）,對(duì)數(shù)期（logphase）,穩(wěn)定期（stationaryphase）,衰亡期（declinephaseordeathphase）。穩(wěn)定期的特點(diǎn)：（1）儲(chǔ)存物積累,養(yǎng)料消耗多。（2）芽孢形成,抗生素產(chǎn)生。（3）繁殖速率下降，死亡速率上升。（4）新生菌死亡菌，曲線平坦。在穩(wěn)定期,細(xì)胞的莢膜開(kāi)始形成,從而形成菌膠團(tuán)。生物法處理廢水在穩(wěn)定期和衰老期的初端。哪種曲線更能在本質(zhì)上

16、反映生長(zhǎng)過(guò)程？答：活細(xì)菌重量時(shí)間曲線。重量的變化即是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（廢水中有機(jī)物）的變化。大多數(shù)活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行范圍是：生長(zhǎng)率下降階段。部分在生長(zhǎng)率上升階段后期。延時(shí)曝氣及污泥消化在內(nèi)源呼吸階段。比酶活性是指單位重量酶蛋白所具有的酶活性單位數(shù)。酶活性單位是指在25C最適PH及底物濃度等條件下，在lmin內(nèi)轉(zhuǎn)化1“mol底物的酶量。中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：在酶促反應(yīng)當(dāng)中，酶（E）和底物（S）先形成中間產(chǎn)物（ES）,中間產(chǎn)物再一步分解成產(chǎn)物和游離態(tài)的酶，但整個(gè)反應(yīng)速度取決于ES的分解速率。米門(mén)公式第一次從理論上反映了酶促反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系。一定范圍內(nèi)反應(yīng)速度隨基質(zhì)濃度的提高而加快，但當(dāng)基質(zhì)濃度很大時(shí)，反

17、應(yīng)速度就與基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)了。（1）米氏常數(shù)是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無(wú)關(guān)。（2）如果一個(gè)酶有幾種底物，則對(duì)應(yīng)的酶底物都有一個(gè)特定的米氏常數(shù)值，其中米氏常數(shù)值最小的底物稱之為酶的最適底物。1/k表示酶交合力大小。nV/E0表示單位重量的酶或細(xì)菌對(duì)有機(jī)物的利用率或分解速度。44.微生物存在的三種形式：活性污泥（Activatedsludge）、生物膜（Biomembrane）（膜狀活性污泥）、顆粒污泥（Granularsludge）（存在厭氧微生物中）。水處理微生物的作用原理：絮凝作用、吸附作用、氧化作用、沉淀作用。兩個(gè)重要的公式：AS二aLr-bSa（計(jì)算剩余污泥量）、O2

18、=aLr+bSa（計(jì)算耗氧量）。厭氧消化三階段四類(lèi)群：1水解酸化階段（發(fā)酵性細(xì)菌）II產(chǎn)乙酸階段（產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群）、III產(chǎn)甲烷階段（產(chǎn)甲烷細(xì)菌群）。47產(chǎn)甲烷階段的特性：（1）嚴(yán)格厭氧菌；（2）中溫菌對(duì)溫度敏感；（3）PH適宜6.87.2；（4）增殖速率慢。48.不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌相互依賴、相互制約（互生關(guān)系）。49活性污泥法運(yùn)行參數(shù)：（1）污泥沉降比SV：性質(zhì)正常時(shí)，如果SV大，則排泥。如果SV小，則是處于活性污泥初期，排泥多。性質(zhì)不正常時(shí)，則是污泥膨脹。（2）污泥濃度X：3000mg/L（3）污泥體積指數(shù)SVI:全面反映活性污泥性質(zhì)；測(cè)污泥回流比。（4）污泥負(fù)荷Ns（Ls）：能夠控制生化反應(yīng)的狀態(tài)；能夠影響SVI。（5）污泥齡ts：是指在曝氣池中微生物的平均停留時(shí)間。能夠控制（影響）系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)微生物菌群?；钚晕勰喾ㄟ\(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題：污泥上浮:（1）污泥膨脹；（2）污泥脫氮上?。唬?）泡沫問(wèn)題（增加排放剩余污泥的量，減短污泥齡）。流動(dòng)水層附著水層生物膜成熟的標(biāo)志：生物膜沿水流方向的分布，在其上由細(xì)菌及各種微生物組成的生物相，以及其對(duì)有機(jī)物降解功能達(dá)到了平衡和穩(wěn)定的狀態(tài)