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水处理生物学1、微生物指所有形体微小单细胞的，或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的，必须借助光学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的通称。第二章原核微生物定义：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。类型：即细菌(狭义的)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。第一节细菌一、定义：单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的水生性较强的原核生物二、形态和大小球状、杆状、螺旋状三、细菌细胞的结构基本结构：细胞壁和原生质（细胞膜、细胞质及内含物、核质）1.2革兰氏染色机理经初染、媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫和碘液形成大分子的紫－碘复合物。革兰氏阳性细菌（G＋）细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故用酒精脱色时肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩，再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，紫－碘复合物不能溢出细胞，仍阻留在细胞壁内，菌体显蓝紫色，而革兰氏阴性细菌（G－）菌的细胞壁较薄、细胞壁含有脂多糖，肽聚糖位于内层、含量较底且交联松散，用酒精脱色时肽聚糖网孔不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精处理后，类脂溶解，胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，紫－碘复合物溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色，当藩红或沙黄复染时，细胞就会呈现红色。1.3核区道尔顿：质量单位，1个道尔顿为氧原子量的1/161.4内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。其种类与数量与细菌种类和培养条件有关，当某些物质过剩时，细菌就将其转化成贮藏物质，当营养缺乏时，他们又被分解利用（1）异染颗粒用蓝色染料染色后，不呈蓝色而呈紫色。故称异染颗粒。是无机偏磷酸盐的聚合物，是磷源和能源贮藏物，可降低细胞渗透压。（2）聚-β-羟基丁酸盐(PHB)是细菌特有的一种碳源和能源贮藏物。实质上是有机物在厌氧过程中形成的代谢产物。（3）肝糖和淀粉粒都是碳源和能源的贮藏物。（4）硫粒是元素硫的贮藏物。2特殊结构2.1荚膜有些细菌生活在一定营养条件下，会向细胞壁外分泌处一层黏性多糖类物质，根据其厚度、可溶性及其在细胞表面的存在状态可分为荚膜、微荚膜、粘液层和菌胶团。比较薄时，叫粘液层；相当厚时，叫荚膜。菌胶团：当荚膜物质相融合成一团块，内含许多细菌时，称为菌胶团。菌胶团是活性污泥细菌存在的重要形式，有较强的吸附和氧化有机物的能力。将细菌包藏在胶体物质内，一方面对细菌的吞噬起保护作用，同时也增强了对不良环境的抵抗能力。菌胶团的状态：新生的，颜色较浅，无色透明，生命力旺盛，氧化分解有机物的能力强；老化的，颜色较深，象一团乱泥。荚膜的主要功能（5条）保护作用：免受干旱损伤，防止噬菌体吸附和裂解和宿主白细胞的的吞噬作为通透性屏障和离子交换系统，保护细菌免受重金属离子伤害贮藏养料，当营养缺乏时，可利用荚膜多糖作为碳源和能源物质表面附着作用细菌间的信息识别作用2.2芽孢尤其是饮用水的卫生检验过程和有毒污水生物处理过程中予于充分注意。五、细菌的群体特征——菌落在固体培养基上以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态、结构特征的细胞集合体。第二节放线菌是一类主要呈现菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。具有氧化分解氰化物的能力，对含氰污水的生物处理有很重要的意义。放线菌的形态和结构营养菌丝（基内菌丝）：伸入营养物质内或漫生于营养物质表面吸取养料的菌丝。吸收营养气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。孢子丝:气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝。第三节丝状细菌铁细菌、硫细菌和球衣细菌又常叫丝状细菌。工程上常把菌体细胞能相连而形成丝状的微生物统称为丝状菌。1铁细菌：一般为自养的丝状细菌。一般能生活在含氧少但溶有较多铁质和二氧化碳的水中。他们能将其细胞内所吸收的亚铁氧化为高铁，从而获得能量，反应式如下：4FeCO3+O2+6H2O——4Fe(OH)3+4CO2+J铁细菌的存在对给水工程的影响细菌为了满足对能量的需要，必须氧化大量的亚铁，使之生成Fe(OH)3，这种不溶性的铁化合物排出菌体后就沉淀下来。产生大量的沉淀降低水管的输水能力使水发生浑浊并呈现颜色细菌吸收水中的亚铁，促使组成水管的铁质更多地溶于水中：加速钢管和铸铁管的腐蚀2硫磺细菌一般也为自养的丝状细菌。硫磺细菌氧化硫化氢或硫磺为硫酸，同时同化二氧化碳，合成有机成分。2H2S+O2——2H2O+2S+J2S+3O2+2H2O——2H2SO4+JCO2+H2O——[CH2O]+O2当水管中有硫磺细菌存在时，因有强酸产生，对于管道有腐蚀作用。当环境中的硫化氢充足，在体内积累很多硫粒当环境中的硫化氢不足，硫粒消失后，硫磺细菌死亡或是进入休眠状态第四节光合细菌（PSB）是具有原始光能合成体系的原核生物的总称。在水处理上的应用光合细菌具有较强的分解和去除有机物的能力。处理废水，获得单细胞蛋白，得到新能源——氢第五节蓝细菌蓝细菌是一类含有叶绿素，无鞭毛，具有放氧性光合作用的大型原核生物。第六节其他原核微生物支原体：是一类无细胞壁的介于独立生活和细胞内寄生的最小细胞形式的原核生物，介于细菌和病毒之间。立克次氏体：是一类专性寄生于真核细胞内的G－原核微生物，无鞭毛，不运动，有细胞壁、不能独立生活。伤寒等衣原体是一类在脊椎动物细胞中专营能量寄生的小型G－原核生物。如沙眼衣原体。第一节真核微生物概述定义：是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。种类：包括真菌、显微藻类、原生动物、微型后生动物第二节酵母菌（Yeast）酵母菌是一群单细胞的真核微生物，泛指能发酵糖类的各种单细胞的真菌。通常用于以芽殖进行繁殖单细胞真菌。在废水处理中的应用前景可用于处理高浓度的有机废水，能快速分解某些有机物，去除COD与BOD产生大量酵母蛋白，可作为饲料蛋白。可将大部分的烷烃转变成细胞物质。对某些难降解的物质及有机毒物有很强的分解能力，如假丝酵母与丝孢酵母能分解废水中的酚。酵母菌具有能将美蓝还原为无色的特点，能否将其应用在印染废水的生物处理值得研究。第三节霉菌（Mold）霉菌是丝状真菌的一个俗称，通常指菌丝体发达又不产生大型子实体结构的真菌。是多细胞的腐生或寄生的丝状菌，具有一种由分枝的、丝状的菌丝所组成的叶状体。形态结构营养菌丝和气生菌丝。霉菌营养体的基本单位是菌丝，内部有隔膜。霉菌菌丝直径约为2-10μm，比一般细菌和放线菌菌丝大几到几十倍。在废水处理中的应用前景1、霉菌对复杂有机物（纤维素、木质素等）具有很强的分解能力。2、霉菌既能产生有机酸，也能产生氨去调整酸碱度，某些种类可以生存于pH值1-10之间的环境，对工业废水的生物处理有重要的意义。3、镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物（CN-）,去除率可达到90%以上。但对有机氰化物（腈）的处理效果则差些。4、在生物滤池的生物膜内，真菌能形成广大的网状物，可能起着结合生物膜的作用。5、在活性污泥中大量繁殖，会引起污泥膨胀。第四节藻类具有光合作用的色素，并能独立生活的自养低等植物。种类很多，有单细胞，也有多细胞，有单个球状的，有球状排列成链或成团堆的，有丝状体的及其他形态的。藻类在给水排水工程中的作用(氧化塘)1、危害：影响水质，影响水厂的过滤，可以产生臭味。2、藻类光合作用放出的氧气则可被好氧微生物利用，去氧化分解水中的有机污染物。废水处理的氧化塘主要是利用藻类来供应氧气的。作用见图。第五节原生动物原生动物是有单个细胞构成的最原始、最低等的单细胞动物。体型微小，长约30－300μm三、原生动物在废水生物处理中的作用（一）对废水净化的影响1、对水中有机物的净化起一定的积极作用，但是以细菌为食，可能影响去除率。2、纤毛虫可促进生物絮凝作用。能分泌一些促进凝聚的糖类和黏朊。3、纤毛虫大量吞食细菌，特别是游离细菌，可改善生物处理法出水的水质。（二）作为指示生物不同种类的原生动物对环境条件的要求不同，对环境变化的敏感程度也不同，利用原生动物种群的生长情况，可以判断生物处理构筑物的运转情况及废水净化的效果。细菌光合作用藻类光合作用污水溶解氧藻类群体CO2+H2O+NH3菌体光1、原生动物种类的组成初期：鞭毛虫和肉足虫；若钟虫出现，活性污泥已成熟，充氧正常；有柄纤毛虫数量最多时，污泥的性能良好；固着纤毛虫减少，游泳纤毛虫突然增加，说明处理效果将变坏。2、种类的数量变化在活性污泥的培养和驯化阶段中，原生动物的种类的出现和数量的变化往往按一定的顺序进行。当活性污泥法曝气池的有机负荷、曝气时间、有机物去除率等大幅度变化时，种类组成差别相当小，而各主要种类的数量变化很大。钟虫：充氧不正常；尾柄脱落：环境条件恶化；含硫废水：普通钟虫大大减少，等枝虫正常生活。3、各种群的代谢活力的变化环境适宜时，纤毛虫裂殖生殖；食物不足、有毒物质超过忍受限度，接合生殖。四、活性污泥中的原生动物的作用1、促进细菌活力，提高出水水质；2、分泌生长因子和降解胞外聚合物；3、优化基质的碳氮磷比率；4、导致细菌形态和生长方式的改变；5、促进营养物质和氧气的扩散；6、促进絮凝。四、病毒的繁殖吸附侵入与脱壳复制与合成装配与释放一、微生物的营养物质碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐，水。2碳源：提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物有机碳源：蛋白质、氨基酸、核酸、糖类、有机酸、醇、脂等。异养微生物无机碳源：CO2、NaHCO3、CaCO3等。自养微生物A.构成细胞骨架和代谢物质中碳素的来源B.为微生物进行生命活动提供能量3氮源磷源与硫源分别提供核酸和蛋白质的合成原料有机氮源：蛋白质、蛋白胨、尿素、氨基酸、牛肉膏等无机氮源：NH3、铵盐、硝酸盐、N2等A.构成蛋白质和核酸的主要元素B.为细胞提供生命活动所需的能源。4能源能源包括：化学物质（有机物和无机物）和辐射能。5生长因子是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能利用简单的碳、氮源自行合成的有机物通常包括维生素、氨基酸、碱基等6无机盐（矿质元素）主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。大量元素：10-3~10-4mol/ml：P、K、Mg、Ca、S、Na；微量元素：10-6~10-8mol/ml：Fe、B、Cu、Zn、Mo、Co构成细胞的组成成分；酶的组成成分；酶的激活剂；维持适宜的渗透压；自养型细菌的能源。二、微生物的营养类型指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同，而划分的微生物类型。自养型微生物。没有有机物时，同化CO2异养型微生物。利用有机物进行生长光能营养型微生物。光照和厌氧条件下，利用光能生长。化能营养型微生物。黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长1.光能无机营养型（光能自养型）：能以CO2为主要唯一或主要碳源，以光作为能源，进行光合作用获取生长所需要的能量2.光能有机营养型（光能异养型）：CO2不为主要或唯一的碳源；碳源也可来自有机物，以有机物作为电子供体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；这类微生物能利用有机物迅速繁殖，常用于污水处理。属于这类营养类型的微生物很少。3.化能无机营养型（化能自养型）：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH2或NO2-等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。4.化能有机营养型（化能异养型）：有机物通常既是碳源也是能源。生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。大部分细菌都以这种营养类型生活和生长。三、培养基培养基是指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。2、培养基的类型按用途分①基础培养基：在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。2216E，营养琼脂②加富培养