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水处理微生物学主讲教师：刘永军E-mail：liuyongjun@xauat.edu.cn电话：13572535980主要内容第一篇水处理微生物学基础(讲授,共16课时)水处理微生物学的研究对象和任务微生物的营养与代谢微生物的生长与水微生物生态微生物的遗传变异与基因工程第二篇水处理工艺的微生物原理与技术应用(讲授,共8课时)典型水处理工艺与过程的微生物学原理生物相的观察与应用水处理运行管理中微生物技术的应用水的卫生细菌学及水中微生物的控制第三篇水处理微生物实验技术(实验,共16课时)微生物观察与分析微生物菌种分离与培养微生物检测微生物分子生物学检测技术第一篇水处理微生物学基础1.1水处理简介一、天然水资源（1）地球水的总量：14亿立方公里，海水97.3%，淡水2.7%。第一章水处理微生物学的研究对象和任务中国总的水资源现状2.7万亿立方米，居世界第六位，为世界人均占有量的1/4。特点水资源分布不均衡（西北、华北贫乏）；北京水资源资料：为全国人均水量的六分之一，世界人均二十五分之一，在世界120个国家的首都居百位以下。严重缺水全国有40个城市严重缺水。约有4000万人、300多万头牲畜吃水困难。（2）我国废水利用状况：•废水300多亿立方米/年；•80％工业废水，85％废水未处理就排放；•污染严重，可利用率减少；•水污染造成经济损失，300亿元/年。二、水污染的来源、途径及危害（1）工业污染源：主要污染地下水和地面水。新鲜水→工厂→废水（中间原料）→冶金电镀业－－重金属化工业－－有毒品、酸碱食品业－－有机物炼油业－－油类核工业－－放射性物质燃煤：我国排放SO21500万吨/年，世界排放最多，形成硫酸雾、酸雨。汞污染：形成“水俣病”。镉污染：形成“骨痛病”短期排放，急性中毒：农业减产，粮食减产一百亿公斤/年。（2）生活污染源：污染地面水、地下水。流行病爆发1848年，伦敦，粪便污染水体，霍乱流行，数万人死亡。1988年，上海，居民吃污染的毛蚶，甲肝流行，患病人29万/两个月。世界卫生组织报告：全世界80％的疾病与水有关。如：伤寒、霍乱、胃炎、痢疾、肝炎、沙眼等。水体的富营养化：含氮、磷的水排入水体。（3）面源污染农田施化肥、农药——流失氮流失污染饮用水亚硝酸盐，仲胺形成亚硝酸胺（致癌）农药：在人体内累积。三、给水与废水处理给水与废水处理简称为水处理。（1）水处理的概念的变更：20世纪50年代以前从天然水源取水，供生活和工业的使用——给水处理对使用过的水进行的处理（排放目的）——废水处理目前的认识水污染严重、水源渐紧张→废水可以作为水源，水的再生（reuse)或再用（revonation）（2）水处理的目的去除水中影响水使用的杂质和污泥。在水中加入新的成分改变水的化学性质，满足用水要求。如：加氯水——防龋齿病加缓冲剂和缓垢剂——控制循环冷却水腐蚀结垢（3）水处理的方法物理化学法漩流分离离心沉淀磁化处理反渗透超滤化学氧化活性炭吸附生物法（又称生物化学法）★本课程的最主要内容通过微生物的生命活动过程，把废水中的有机物转化为新的微生物细胞以及简单形式的无机物。废水中的有机物→微生物生命活动→新的微生物细胞和简单形式的无机物，包括：什么是微生物和水处理微生物学；微生物的特性；水处理中的微生物及作用；微生物分类、形态、结构、营养、生长、代谢；各类微生物在水中消长变化规律；水的卫生细菌学研究基本内容；如何利用微生物处理废水等。1.2微生物与水处理微生物学一、微生物学发展简史微生物的世界：微生物学的发展包括三个阶段：形态学发展阶段生理学发展阶段分子遗传学发展阶段（1）形态学发展阶段微生物学的开山鼻祖——列文虎克（AntonivanLeeuwenhoek，荷兰）1673年用自己制造的显微镜观察到了被他称为“小动物”的微生物世界。（2）生理学发展阶段巴斯德的功绩：彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起免疫学—预防接种发明巴氏消毒法巴斯德的曲颈瓶实验：加热无菌营养液无菌营养液无菌营养液无生命出现无生命出现出现微生物（3）分子生物学阶段（成熟期）J.D.Waston,H.F.C.Crick发现DNA双螺旋模型抗生素科学的出现---青霉素（antibiotic）的发现DNA双螺旋，DNA重组技术细菌染色体结构，细菌全基因组测序分子技术在微生物研究中的应用二、微生物（Microbe，Microorganism)微生物的概念：一群形态、结构简单的微小生物。在显微镜下才能看到。大多为单细胞。微生物的共性：(1)个体小，形态简单细菌（um)。光学显微镜病毒（nm)。电子显微镜（2）分布广，种类多温泉、雪山、深海、盐碱地、土壤、空气、水（3）繁殖快，数量大大肠杆菌每17～20分钟繁殖一代。裂殖（一分为二）（4）比值大，代谢强表面积与体积比值大，乳酸菌发酵比自身重1000倍的糖/小时。原因：呼吸速率快。（5）适应强，易变异青霉素生产菌的发酵水平由每毫升20单位上升到近10万单位。微生物学（Microbiology):研究微生物及其生命活动规律的科学。水处理微生物学（Waterdispositionmicrobiology):研究与水处理有关的微生物及其微生物在水处理中生命活动规律和作用的科学。三、水处理中的微生物(1)分类水中的微生物：非细胞形态的微生物——病毒细胞形态的微生物原核生物：细菌放线菌蓝细菌（蓝藻）真核生物：藻类（除蓝藻外）真菌原生动物后生动物(2)原核生物和真核生物的区别有（线粒体、高尔基体、内质网等）无细胞器80S大70S小核糖体沉降系数有核膜、核仁、核质。真核只有核区，无核膜、核仁。原核细胞核真核生物Eucaryote原核生物Procaryote区别的项类(3)分类单位界、门、纲、目、科、属、种最基本分类单位：种(4)微生物命名法则目前在国际上对生物进行命名采用的统一命名法是“双名法”。其基本原则是由林奈确定的。林奈（1707~1778）是瑞典生物学家，他在1753年发表的《自然系统》一书中首先提出了双名法,并且为生物学家们所认可。由此，林奈被称为近代生物分类法的鼻祖。学名=属名+种名+(首次命名人)+现名命名人+命名年份Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers1919，简称E.coli。如果某细菌只被鉴定到属，没鉴定到种，则该细菌的名称只有属名，没有种名，这时可以用sp.或spp.代替种名表达。四、微生物在给水排水工程中的作用污染水源了解水中的致病菌，设法去除，防止传染病的蔓延；使水生色或产生气味。阻塞滤池、管道影响水厂正常运行。冷却器、凝结器堵塞。影响工业产品的质量利用微生物处理废水利用微生物进行水体的自净1.3细菌的形态和结构一、细菌的外形和大小（1）外形（光学显微镜观察）：分三类:球状菌，杆状菌，螺旋状菌。球状菌单球菌：分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.如尿素微球菌(Micrococcusureae)双球菌：分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.如肺炎双球菌(Diplococcuspneumoniae)链球菌：分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状.如乳链球菌（Streptococcuslactis）八叠球菌：按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.如藤黄八叠球菌（Sarcinaureae)葡萄球菌：分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus)杆状菌在细菌中种类最多，形态差别最明显。多数单个存在，也有成链状。短杆菌：大肠杆菌长杆菌：枯草杆菌平截：炭疽芽孢杆菌稍圆：大肠杆菌短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌大肠杆菌破伤风杆菌螺旋状菌螺菌：呈多弯曲弧菌：呈弓形细菌的特殊形态总结•细菌有三种基本形状：球状、杆形和螺旋状菌。•一般，幼龄菌和生长条件适宜，菌体形态正常；•老龄菌或在有药物等不适宜条件下，细菌出现畸形。（2）细菌的大小测量工具：测微尺在显微镜下测量目镜测微尺镜台测微尺计量单位：微米（um）测量方法：球菌：测直径。例0.5～2.0um杆菌：测宽度与长度。螺旋菌：测宽度与空间长度宽×长（um)。例0.5×1.0～2.0(um)有关细菌大小的记载，常是平均值或近似值。•同一种菌，刚分裂产生的子细胞较小，长大后为原来的一倍；•培养数小时后的幼龄菌比老龄菌大；•经制片染色后的菌体大小比活菌小1/3；•负染色后的菌体比原来的菌体大。（3）细菌的染色细菌是透明或半透明，染色后宜于观察；常用的染色法有：简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式，用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。革兰氏染色法（Gramstain）：细菌的鉴别性染色，是一种经验染色法。是丹麦医生革兰（HansChristianGram)于1884年采用。革兰氏染色程序和结果结果步骤方法阳性（G+）阴性（G-）初染结晶紫30s紫色紫色媒染剂碘液30s仍为紫色仍为紫色脱色95％乙醇30s保持紫色脱去紫色复染番红（或复红）30～60s仍显紫色红色