环境微生物

1、如何从粪便污染的水体中将大肠杆菌群中的四种菌逐一鉴别出来？答：使用鉴别培养基，大肠埃希氏菌，枸橼酸盐杆菌，产气杆菌，副大肠杆菌均能在远藤氏培养基上生长，但它们对乳糖的分解能力不同：前三者能分解乳糖，但分解能力有强有弱，大肠埃希氏菌分解能力最强，菌落呈紫红色带金属光泽；枸橼酸盐杆菌次之，菌落呈紫红或深红色；产气杆菌第三，菌落呈淡红色，副大肠杆菌不能分解乳糖，菌落无色透明。这样，这四种菌被鉴别出来了。2、专性厌氧微生物为什么不需要氧？氧对专性厌氧微生物有什么不良影响？答：因为专性厌氧微生物一遇到氧就会死亡。在氧气存在时，专性厌氧微生物代谢产生的NADP2和O2反应生成H2O2和NAD，而专性厌氧微生物没有过氧化氢酶，它将被生成的过氧化氢杀死。O2还可以产生游离O-2，由于专性厌氧微生物没有破坏O-2的超氧化物歧化酶而被O-2杀死。耐氧的厌氧微生物虽具有超氧化物歧化酶，能耐O2然而它们缺乏氧化氢酶，仍会被氧化氢杀死。3、蓝细菌与其他光合细菌的代谢特征和特点有什么不同？各自在富营养池塘中的可能作用是什么？答：（1）蓝细菌是一类含有叶绿素a、类胡萝卜素及藻胆蛋白等光合色素，进行光合作用并产生氧的原核微生物。光合细菌是又一类含有光合色素，进行光合作用的细菌。但这些细菌与上述蓝细菌不同，都不含叶绿素，只含有菌绿素及类胡萝卜素。光合细菌进行光合作用的特点表现在：①它们不能光解水、以水中的质子还原二氧化碳，而是从有机物或水以外的无机物中取得氢。②它们的光合作用不产生氧。③光合作用一般在厌氧条件下进行。（2）在富营养池塘中，由于存在大量氮、磷等营养物质，会引起蓝细菌的恶性增殖，并最终导致“水华”现象。其它光合细菌由于需要厌氧条件才能生存，当蓝细菌水华暴发时，水体会出现溶解氧过饱和现象，不会导致其它光合细菌的大量繁殖，仅在蓝细菌大量死亡，腐烂分解时，由于消耗掉水体中大量氧气，产生厌氧环境时才开始繁殖，并开始进一步分解水体的有机物。4、在天然环境和人工环境中微生物之间存在哪几种关系？举例说明。答：种内关系：竞争、互助；种间关系：竞争、原始合作、共生、偏害、捕食、寄生(1)竞争关系：在好氧生物处理中，当溶解氧或营养成为限制因子时，菌胶团细菌和丝状菌表现出明显的竞争关系。(2)原始合作关系（互生关系）：固氮菌具有固定空气中氮气的能力，但不能利用纤维素作碳源和能源，而纤维素分解菌分解纤维素为有机酸对他本身的生产繁殖不利，但当两者一起生活时，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒。(3)共生关系：原生动物中的纤毛虫类、放射虫类、有孔虫类与藻类共生。(4)偏害关系：乳酸菌产生乳酸使pH下降，抑制腐败细菌生长。(5)捕食关系：原生动物吞食细菌。(6)寄生关系：噬菌体在细菌中生物。5、如何培养活性污泥和进行微生物膜的挂膜？答：接种污泥应尽量取自处理同类水质的污水处理厂。在这种情况下，活性污泥的培育可以直接在曝气池中进行，一般步骤如下：①将污水泵入曝气池，并按曝气池有效体积的5%~10%投入接种污泥。②在不进水的条件下，连续曝气数天，溶解氧控制在1mg/L左右。③继续保持曝气，以小流量进水，并逐渐提高进水流量，最终达到设计流量。每调整一个流量，一般应保持1周左右的运行时间。注解氧也应随流量的增加而适当提高，最终维持在2～3mg/L。判断活性污泥是否成熟，可以利用镜检的方法。微生物挂膜可分为自然挂膜法和菌种添加挂膜法。自然挂膜法是利用待处理污水中的自然菌种进行生物膜培育的方法。具体做法为：将待处理的污水一次性通往生物反应器，在不进水的情况下连续循环3～7天。之后改为连续进水，流量从小到大，最终达到设计流量。每调整一个流量，一般应保持3～7天左右的运行时间。在这过程中污水和空气中的微生物附着在填料的表面。生长繁殖，生物量逐渐增加，形成微生物膜。菌种添加挂膜法：为加速生物膜的形成或提高生物膜的降解能力，可向污水中投加优良菌种，如：污水处理厂成熟的活性污泥、生物膜、或实验室分离得到的高效菌种等。具体做法为：将待处理污水与接种菌种在生物膜反应器内混合，连续循环3～7天。之后改为连续进水，流量从小到大，最终达到设计流量。6、在无锡城镇污水处理厂将出水水质由一级B标准升级到一级A标准以强化生物除磷脱氮效果的改造工程中，常在好氧区人工投加生物填料，形成活性污泥与生物膜复合的生物处理工艺。试从微生物角度对此生物处理工艺改造措施进行分析。答：在污水处理时，出水水质由一级B标准升级到一级A标准，主要难度在于出水氮、磷指标稳定达到排放标准，而市政污水处理厂一般处理规模较大，化学脱氮除磷的成本太高，通常只作为辅助手段。在这种形式下，如何提高生物脱氮除磷工艺就成为关键问题。生物脱氮利用硝酸态氮在厌氧条件下，可被反硝化微生物利用，逐步还原成为分子态氮而逸出进入大气的原理去除污水的硝酸态氮的一种技术，但是如果污水中含有大量氨离子，就必须先经过硝化过程转化为硝酸态氮，然后在进行反硝化作用而脱氮。在生物脱氮过程中，由于硝化细菌生长缓慢，并且在一般活性污泥中菌数不高，常成为该过程的一个限制因素，而硝化过程又是在有氧条件下进行，因此为了提高生物脱氮效率，必须在好氧区人工投加生物填料，以增加硝化菌的数量，提高污水中氨离子转化速度，并最终提高生物脱氮效率。生物除磷主要是通过“聚磷菌”在厌氧条件下释放出磷，但在好氧条件下可以摄取超过其生理需要的过量的磷，并形成高磷污泥，从而达到从污水中去除磷的效果。因此在处理的过程中，要不断进行排泥，这样就需要不断的加入生物填料，以补充“聚磷菌”。最后，无论是活性污泥还是生物膜，在污水处理过程中均会出现老化等问题，因此也需要及时补充。7、微生物需要哪些营养物质，它们各有什么主要生理功能？答：1碳源：微生物主要利用各种碳源合成细胞物质，并且很多微生物在利用碳源的同时也获取了能量。2氮源：微生物利用氮源合成各种蛋白质与酶，是其生存必须的营养物质。3无机盐：无机盐也是微生物生长不可或缺的营养物质，主要作用是构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；维持酶的活性；调节细胞渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等。某些无机盐还可作为一些自养微生物的能源。4生长因子：其主要作用是构成酶的辅酶或辅基参与新陈代谢。5水：水是微生物体内、体外的溶媒，营养物质的吸收与代谢产物的分泌都需要水的介导；由于水的比热容较大，可以有效地吸热和散热，直到调节温度的作用。8、活性污泥中原生动物和微型后生动物主要有哪些类群？这类生物在污水生物处理中有哪些作用？答：原生动物主要有3类，鞭毛类、肉足类和纤毛类，其中以纤毛类为主。后生动物主要有2类，轮虫和线虫。主要作用有3点：1促进絮凝：有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。2净化作用：大部分原生动物是动物性营养，能吞食游离细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生鞭毛虫等可吸收污水中的有机物。3指示作用：根据出现的原生动物的种类可以判断活性污泥的状态和处理水质的好坏。在活性污泥的动物初期，微型动物出现的规律是，先出现以有机物颗粒为食的鞭毛虫和肉足虫；随着细菌增殖，开始出现以细菌为食的纤毛虫；随着菌胶团的增加，固着型纤毛虫逐渐代替泳动纤毛虫；污水处理正常运转时，以有柄纤毛虫为优势。因此，根据原生动物和微型动物的种类交替可以判断污泥培养的成熟度。9、什么是无氧呼吸？无氧呼吸的微生物类群在环境工程中可起什么作用？答：不以分子氧受氢及电子，而是以某些无机氧化物或延胡索酸等有机物作为氢及电子受体，主要通过氧化磷酸化产生ATP的过程为无氧呼吸。反硝化细菌可以将硝酸根和亚硝酸根还原为氮气，在环境工程的水处理过程中可以起到生物脱氮的作用。反硫化细菌可以将硫酸根还原为硫化氢气体，从而在污水处理过程中起到生物脱硫的作用。很多异养厌氧微生物可以进行无氧发酵，分解有机物，环境工程中正是利用微生物的发酵过程进行垃圾的高温堆肥处理。10、不同生长阶段的细菌有何特征？控制微生物生长阶段在活性污泥法污水处理上有什么意义？答：停滞期细菌特点：1、菌体内物质量显著增加，菌体体积增大，许多杆菌可长成长丝状。2、生长速率常数等于零，3、细胞内RNA含量增高，原生质呈嗜碱性。4、细胞代谢机能活跃，易产生诱导酶，生长速率逐渐加快。5、对外界不良条件较为敏感。对数期特点：1、生长速率常数达到最大，2、细胞生长平衡，3、酶系活跃，代谢旺盛，细菌对不良环境因素的抵抗力较强。静止期特点：1、死亡率和繁殖率相等，细菌处于正增长和负增长相等的动态平衡之中，生长速率等于零；2、细菌产生量达到最大值，细菌总数最高且保持不变，并维持一段时间，3、细菌开始积累储存物质，衰亡期特点：静止期之后，细菌会因缺乏营养物质而开始利用自身储存的物质进行内源呼吸，即自身溶解，主要是外界环境对继续生长越长越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。环境中营养物质的多少影响着微生物的生长。我们控制营养物质的供给，就控制了微生物的生长繁殖及活动情况，在生物处理中，我们控制了一定的F/M值，（F代表营养物质，M代表细胞量，F/M是两者的比值，也称生物负荷率）就可以得出不同的微生物生长率，微生物的活性和处理效果。如果我们采用较高的F/M值维持微生物的对数生长，则此时微生物繁殖很快，活力也很强，处理废水的能力必然较高。微生物处于食料过剩的环境中，微生物的生长速率不受有机物的限制，而与其本身的量有关。在这种情况下，微生物的絮凝、沉降性较差，出水带出的有机物质，包括菌体也多一些，也就是说，利用对数期进行废水处理的生化处理，虽然反应速率很快，但是想取得稳定的出水以及较高的处理效果，也比较困难，所以一般在废水生物处理过程中，经常利用静止期的微生物生长、活动，使污水中的有机物稳定化，并取得较好的处理效果。11、试分析A2/O工艺中硝化菌与聚磷菌在污泥龄上的矛盾关系，并提出解决方法。答：A2/O工艺由于将厌氧、缺氧和好氧三种不同环境条件下生长的微生物，如聚磷菌、普通异养反硝化菌、普通异养菌和自养硝化菌等混合在同一系统中生长，而各个类型微生物的生长周期不同，由此不可避免的存在污泥龄的矛盾。在好氧段要实现硝化作用，必然需要维持较高的硝化菌数量，由于硝化菌是化能自养菌，生长周期缓慢，因此需要较长的污泥龄才能保证硝化作用；而聚磷菌属于短世代的微生物，生物除磷也是通过排放高含磷污泥来实现的，这就要求采用短泥龄来提高除磷效率，因而系统需要运行在较短的泥龄条件下，污泥龄矛盾由此产生。污泥龄矛盾解决办法：1通过摸索不同营养条件和环境条件下的污泥龄，在实际生产中选择一个比较的折中的污泥龄达到最高处理效率。2设立中间沉淀池，搞两套污泥回流系统使不同泥龄的微生物居于前后两级，第一级泥龄很短，主要功能是除磷；第二级泥龄较长，主要功能是脱氮。该系统的优点是成功地把两类泥龄不同的微生物分开。3在A2/O工艺好氧区的适当位置投放填料，由于硝化菌可栖息于填料表面不参与污泥回流，故能解决脱氮除磷工艺的泥龄矛盾，这种作法的优点是既达到了分离不同泥龄微生物的目的，又维持了常规A2/O工艺的简捷特点。12、什么叫无氧呼吸？环境微生物中有哪些无氧呼吸类型？常见于哪些环境中？无氧呼吸对农业生产及环境有何影响？答：不以分子氧受氢及电子，而是以某些无机氧化物或延胡索酸等有机物作为氢及电子受体，主要通过氧化磷酸化产生ATP的过程为无氧呼吸。根据其最终电子受体不同主要有四种：反硝化作用、反硫化作用、发酵作用、延胡酸呼吸无氧呼吸常见于各种缺氧环境，例如湖底、海底、土壤深处等无氧呼吸在农业生产及环境中的主要作用是促进各种元素物质循环。例如在农业生产中如果土壤通气不良，就会导致土壤中的硝酸盐离子通过反硝化作用生成NO或N2等，从而造成土壤肥力的下降。而在富营养水体的治理过程，为了减少水体的N元素，通常会增设反硝化作用的装置以利于脱氮。13、细菌不同生长时期产生的根本原因是什么？影响细菌代时的因素有哪些？答：细菌不同生长时期产生的根本原因是由于周边环境状况的改变影响了其生长过程，当环境的