水处理微生物学教案

精选课程名称：水处理微生物学使用教材：水处理微生物学主编：顾夏声李献文竺建荣编中国建筑工业出版社专业班级：给水排水工程0902201、0902202（66人）课时：理论24学时，实验8学时，合计：32学时授课教师：李国辉授课时间：2011年上学期水处理微生物学（MicrobiologyofWaterTreatment）课程简介教学目的与要求：目前，水污染问题日益严重。城市污染水和工业废水排放造成大部分水体的污染。水是宝贵的资源，人类生活和社会发展都离不开它。要提供合格的生产生活用水，必须对水进行处理。水处理微生物学研究的是如何利用微生物处理水中的污染物和如何消除水中的病原微生物。通过教学使学生了解微生物的基本概念,水微生物的形态、生理特性和控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ；了解水微生物在水处理中的作用机理和规律；了解水微生物的检验方法；判定水体污染和自净能力以及水处理效果的好坏。通过实验教学撑握微生物实验的基本操作，如显微镜的使用，微生物形态的观察,培养基的制备、灭菌，微生物的接种和纯种分离等，掌握水中细菌、大肠菌群和病毒的检验方法.教学方法：主要以课堂讲述与实验相结合为主。教学手段采用多媒体、口述、板书相结合，课堂提问、自学等多种方式结合。课时安排：总课时：32理论课时：24实验课时：8学分数：1.5学分考核方式：考试。平时作业和课堂问答占期末总成绩的10%，实验成绩占期末总成绩的20%,期末考试占总成绩的70%。主要参考文献：1、《微生物学教程》周庆德编高等教育出版社2、《环境微生物学》王家玲编高等教育出版社3、《微生物与水处理工程》李军等编著化学工业出版社4、《环境工程微生物学》周群英等编高等教育出版社5、《微生物学》复旦大学、武汉大学主编高等教育出版社6、《环境微生物》周凤霞编化学工业出版社7、《水污染控制与废水生物处理》.马占青编中国水力水电出版社8、《环境和资源微生物学》（面向２１世纪课程教材）沈德中主编.中国环境出版社绪论1、微生物学的研究对象微生物：是指一大群个体体积微小（直径小于1毫米），结构简单，大多是单细胞，少数是多细胞，还有些没有细胞结构的低等生物。只有在显微镜下才能看清它们的形态结构。微生物学：研究微生物的形态、结构、分类、生理、代谢、遗传变异及生态等方面。生态主要是指微生物与环境、生物之间的关系。微生物学是研究微生物的“衣食住行”的科学衣——什么是微生物，长什么样？（形态、结构）食——能吃、爱吃什么、如何消化？（营养、代谢或称生理）住——喜欢住在哪？为什么？（环境影响或称生态）行——能有何种行为、作为？是敌是友？如何监测、控制或使用呢？水处理微生物学：研究水微生物的形态、生理特性和控制方法；研究水微生物在水处理中的作用机理和规律；研究水微生物的检验方法；判定水体污染和自净能力以及水处理效果的好坏。重点：微生物的形态、生理代谢、变异及与水处理相关的问题。2、微生物的类型及其特点1、分类这些生物中，大部分是单细胞的，原生动物及后生动物属于无脊椎动物范围，藻类属于植物学范围，病毒个体小于0.2微米,称超显微生物.2、微生物的特点（一）个体极小，比表面积大（二）繁殖快、代谢速率快（三）数量多（四）适应外界环境能力强；易变异（五）种类多、分布广、代谢类型多样(一)个体极小，比表面积大光学显微镜的分辨率为0.2um，可以看见大部分微生物的轮廓例如杆菌的长度约2um，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长(3mm)。　(二)代谢速率快、繁殖快生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。在适宜的环境条件下，十几分钟至二十分钟就可繁殖一代。伤寒杆菌在含0.125％的蛋白胨培养基中的代时为800min，而在含1.0％时仅为40min。大肠杆菌每20-30分钟可以繁殖一代，一天内可以繁殖72代，培养4-5天，细胞的重量一地球相仿。在物种竞争上取得优势，这是生存竞争的保证。（三）数量多因为繁殖速度快，所以数量多凡有微生物生存的地方，它们通常都拥有巨大的数量。例如：（1）土壤是微生物的“大本营”，其中细菌数量达数亿个／g，放线菌孢子达数千万个／g，霉菌孢子达数百万个／g，酵母菌达数十万个／g;(2)全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨(3)人体肠道内菌体总数达100万亿个左右。(4)新鲜叶子表面微生物数量达100多万个／g(5)每张纸币上的细菌数平均多达900万个，大肠杆菌检出率达87．9％。(6)一个喷嚏约含菌4，500—150，000个，感冒患者的一个喷嚏含细菌多达8，500万个。一系列的调查数据表明，我们是生活在一个被大量微生物包围着的环境中，只是因为肉眼不可见而常常“身在菌中不知菌”。(四)适应外界环境能力强，易变异提问：为什么微生物较其他生物容易变异呢？各种生物自发变异频率一样——十分低(如10-5～10-10）保护能力差、数量大多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异；由于数量庞大，可以在短时间内出现大量变异后代，当环境变化时，微生物会大量死亡，活下来的微生物往往会发生结构和生理特性的变异以适应变化了的环境。(五)种类多、分布广、代谢类型多样种类多世界生物多样性现状目前地球上究竟有多少物种还很难准确断定。据不完全统计，被科学上描述过的物种约140万种，其中脊椎动物4万余种，昆虫75万种，高等植物25万种，其他为无脊椎动物真菌和微生物等，还有很多物种没有被人类发现微生物的已知种数和估计总种数 类群 已知种数 估计总种数 已知种百分数（％） 病毒 5000 130000 4 细菌 4760 40000 12 真菌 72000 1500000 5分布在地球的每一个毛孔，地球真正的主人代谢类型极其多样凡自然界存在的有机物，都能被微生物利用、分解。例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解90种以上的有机物，可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。有些微生物还可利用有毒物质如酚、氰(脂)化物等作为营养。微生物的“生物界之最”＊结合微生物的特点，为什么它是治污的王牌？数量多、代谢快、繁殖快—？易变异、代谢类型多—？分布广、无处不在—？3、微生物学的发展简史1、我国古代利用微生物4000多年前，利用微生物酿酒、制醋等。以发霉的谷物作为曲种，载种豆科植物可以肥沃土壤。2、微生物的发现1676年，荷兰人列文虎克，用270-300倍显微镜，观察雨水的过程中发现了球状、杆状、螺旋状等物质。大约100多年后，对观察到的物质进行了描述、分类和鉴定，这是微生学的启蒙时代。3、微生物学的创立19世纪末，法国的酿酒和蚕丝业十分发达，但突然遇到了酒的变质和蚕的微粒子病问题。巴斯德在研究以上问题时证明：由于酵母的存在，使糖溶液发酵成酒精，在此过程中如遇到杂菌（乳酸菌和醋酸菌）会使酒变质，在研究蚕的微粒子病时，认为传染病是由病原菌引起的，并发明了疫苗。当时知道久置于空气中的食物会变质，这是由微生物引起的，但微生物来自于哪里？有两种说法：一是来自于空气中；另一种说法是来自于食品和溶液中的无生命物质，巴斯德通过一个巴斯德烧瓶所进行的实验否认了后一种说法，从而导致了有效的灭菌方法的产生。柯赫是一名德国医生，在研究牛的炭疽病时，发明了琼脂固体培养基，染色观察方法等。因巴斯德、柯赫的研究，有了有效的灭菌方法和发明了琼脂固体培养基、染色观察等手段，使得微生物学在19世纪末真正创立起来。4、微生物学的现代发展主要发展有两个方面：一量研究传染病与免疫学，研究疾病的防治和化学治疗剂的功效，即微生物学与生物化学统一起来，另一方面是和遗传学结合。5、今后的发展生物工程学：应用活的生物体，在最适的条件下进行生产，以最少的原料，最短的时间，消耗最少的能源，生产最高质量的产品。基因工程在生物工程中具有重要作用4、微生物在给水排水工程中的作用1、水中的病原微生物会传染疾病。给水工程中要去除病原微生物，满足供水水质要求。2、藻类会使水变浑浊，并产生颜色和不良气味。3、在水厂里，大量微生物的存在可能阻塞滤池，工业用水中大量微生物的存在会堵塞管道等设备，影响产品质量。4、微生物对废水有净化作用。由于生物处理法经济有效,迄今为止,仍是有机污水处理的主力军。5、水处理的微生物检查是生物处理功能判断的重要指标。6、微生物在水体自净中具有重要作用。7、另外微生物在造酒、生产抗菌素等方面有着非常重要的作用。第一章细菌的形态和构造要求：对细菌的形态和大小作简单了解，对细菌细胞的一般构造及其功能作一般了解，重点掌握细菌细胞的特殊构造（包括功能、特点）第一节细菌的外形和大小一、细菌的形态细菌：是微小的，单细胞的没有真正细胞核的原核生物。目前发现的细菌其大小只几个微米，且本身是无色半透明的，不经染色不易看清，一般是染色后观察，可分为三大类型：1、球菌:单球、四联球、八叠球、链球、葡萄球（根据分裂面）2、杆菌：链杆、杆菌3、螺旋状螺旋体：弯曲次数很多，无细胞壁螺菌：弯曲次数很少，有细胞壁弧菌：弯曲次数只一次二、细菌的大小及表示方法球菌：d=0.5∽2um杆菌：宽×长0.5∽1um×1∽5um螺旋菌：宽×长0.5∽5um×5∽15um(长为弯曲后的长度)第2节细菌细胞的结构细菌细胞的构造可分为基本构造和特殊构造两种，特殊构造仅有一部分细菌所具有。1、基本构造细胞壁细菌的基本结构细胞膜原生质体细胞质核质内含物包括：细胞壁、细胞质膜、细胞质、细胞核（拟核或原核）、细胞质里的内含物。（一）、细胞壁（比较坚硬）（细胞壁厚度为10—20nm，约占菌体干重的10—25％。）一般细菌都有细胞壁，嗜盐菌和产甲烷菌无细胞壁1、组成G+菌：只一层，肽聚糖层（N-乙酰氨基葡萄糖、N-乙酰胞壁酸、短肽聚合而成）G-菌：二层，外层为蛋白质、脂多糖、脂类；内层为肽聚糖层革兰氏染色法的操作过程如下：结晶紫初染—碘液媒染—酒精脱色—番红或沙黄复染—结果表1-1-1革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的特征 特征 革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌     内壁层 外壁层 壁厚度（nm） 15～80 2～3 8～12 肽聚糖含量 占细胞壁干重40％～95％ 10％～20％ 无 肽聚糖亚单位的交联度 75％ 30％   磷壁酸 有或无 无 无 脂多糖 1％～4％ 无 11％～22％ 脂蛋白 无 有或无 有 对青霉素的敏感性 强 革兰氏阳性与阴性菌细胞壁比较2、功能1使细胞具有一定的外形2保护作用：具有弹性和韧性，防止由于渗透作用过渡吸水而将细菌胀破3与鞭毛的运动有关4分子筛作用。只允许一定大小的物质通过，细胞壁上有很多微小的小孔，直径为1nm溶解性物质能够通过。5与抗原性、毒性和噬菌体敏感性有关注：抗原是一种物质，必须具以下两个条件：一是刺激机体产生抗体（这一过程称抗体免疫反应或称免疫原性），二是能与抗体进行特异性结合（这一过程称反应原性），只具有反应原性的物质称半抗原，如药物。微生物对人而言具有抗原性。3、青霉素、溶菌酶的敏感性溶菌酶：能除去细胞壁中肽聚糖层，糖苷键断裂对G+菌：除去后就形成原生质体对G-菌：除去后，还有一层，形成球形体青霉素：干扰短肽中肽键的形成，从而使肽聚糖不能合成，对G+菌效果好。（二）细胞膜：是一层紧贴着细胞壁，而包围着细胞质的薄膜，厚7.5nm（占细胞干重的10％）1、组成和结构成分：蛋白质60—70％脂类20—30％糖类2％结构为双层磷脂，蛋白质有些穿过磷脂层，有些位于表面，蛋白质种类多，起酶和载体的作用。2、功能1起渗透屏障作用并进行物质的运输2参与细胞壁的生物合成3参与参量的产生，进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地4与细菌分裂有关5与细胞的运动有关。鞭毛的着生和生长点6许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组分的所在地（三）细胞质及内含物1、细胞质：是一种无色透明的粘稠胶体，主要成分是：水、蛋白质、核酸和脂类。功能：合成蛋白质的场所。细胞质内具有各种酶系统，能不断的进行新陈代谢活动。幼龄菌的细胞质非常稠密、均匀、容易着色；成熟细胞的细胞质内含不少颗粒状的贮藏物，且因生命活动产生了许多空泡，着色力差且差色不均匀，据此可以判断菌龄。2、内含物：是细菌新陈代谢的产物。如糖原、淀粉原、硫粒等。可作碳原和能原。（四）核质（拟核）：一般细菌仅具有分散而不固定形态的核质。核或核质内几乎集中有全部与遗传变异有关系的某些核酸（如DNA）功能：贮存遗传信息。2、特殊构造（一）、荚膜和粘液层1、概念细胞表面有一层粘液性物质，这层粘液性物质叫荚膜或粘液层，是细胞的分泌物。荚膜：有一定外形，质地均匀，稠密粘液层：靠近细胞较粘稠，外层较稀，无一定外形荚膜或粘液层的硬度和弹性远远小于细胞壁，有的细菌的粘液性物质会逐渐硬化而形成所谓的鞘。如铁细菌。2、组成：水、多糖或多肽3、生理功能1保护。防干、防噬菌体的侵袭，防真核生物吞食2增强细菌的致病力3营养物的贮存物4形成菌胶团中起作用4、菌胶团及其作用菌胶团：许多细菌通过荚膜和粘液层粘合在一起，称为菌胶团。能形成菌胶团的细菌称为菌胶团细菌，不同细菌形成不同形状的菌胶团。几种不同形态的菌胶团如下：菌胶团的作用：①防止被动物吞食；②能增强对不良环境的抵抗能力；③在废水处理中具有重要作用。菌胶团是活性污泥的重要组成部分，有较强的吸附和氧化有机物的能力，可以净化污水。活性污泥的好外，主要决定于活性污泥中菌胶团的多少、大小及结构。新生的菌胶团颜色浅，生命力强；老化了的菌胶团颜色深，象一团烂泥，生命力差。在废水处理中，要求菌胶团结构紧密、吸附沉降性能良好，吸附分解杂质能力强。这就须有适宜的营养及环境条件。活性污泥中：细菌107-108个/ml，原生动物103个/ml（纤毛虫居多）；活性污泥绒粒粒径为0.02-0.2mm,有利于对污染物的吸附。（二）芽孢1、概念细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一种圆形或椭圆形的抵抗不良环境的休眠体。没有形成芽孢时的菌体叫营养体，形成芽孢后的菌体叫芽孢体，芽孢有的在菌体的中央，有的在菌的一端。2、芽孢的形成在形成芽孢前，一个菌体往往有两个核，当产生芽孢时，两个核结合为一，接着在靠近细胞一端细胞膜由两侧向中央内陷，从而形成一个大细胞和一个小细胞，小细胞发育为芽孢，大细胞以细胞膜包围小细胞，使小细胞形成两层膜，两层膜之间发育成皮层。3、芽孢的组成和结构芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心。其结构如图所示特点：a.芽孢是抵抗恶劣环境的一个休眠体；b.壁厚；c.水分少，一般在40%左右；d.不易透水；e.含有特殊的抗热性物质和耐热性酶，对高温、低温、干燥和化学药剂有很高的耐受力和抵抗力，生存能力强；芽孢在120-140℃能生存几小时，对于5%苯酚，芽孢可以生存15天之久，一般细菌很快死亡。芽孢是鉴定菌种的形态特征之一，芽孢杆菌均为G+（三）鞭毛：起源于细胞膜，穿过细胞壁伸出菌体外的丝状体。鞭毛非常细，一般为10—20nm，使用电子显微镜才能观察到。鞭毛由基体、鞭毛钩、鞭毛丝组成着生位置有端生、周生、有一根、有的数根，比较长成分：蛋白质99%、碳水化合物和类脂组成功能：运动纤毛：短，使许多细菌结合在一起形成菌膜作业：P373，4，5，6，8第二章细菌的生理特性要求：重点掌握细菌的营养，细菌的呼吸以及细菌生长过程中其它环境因素的影响，了解酶的作用特性，简单了解酶的分类及命名。第一节细菌的营养细菌的种类多，对营养物的要求不同，细菌的营养物质包括组成细胞的各种原料以及维持其生命活动所必须的能量物质。1、化学组成：C、H、O、N、P、S六大元素和各种矿物元素;细菌的化学式为：C60H87O23N12P80%-85%水（芽孢40%水）碳水化合物4%细胞湿重90%有机物蛋白质80%15-20%干物质脂肪5%DNARAN10%无机物（灰分）细菌细胞由：80%-85%水份15-20%干物质，干物质中蛋白质80%，碳水化合物4%，脂肪5-7%，灰分元素10%，少量维生素以及镁、铁、锰、铜、锌等微量元素。组成细菌菌体蛋白质的等电点在PH2-5之间，因此，在中性、碱性、弱酸性溶液中，细菌是带负电的。1、细菌所需的营养物质及其作用细菌所需的营养物质包括：水份、碳源、氮源、无机盐类（包括微量元素）、生长因素。（1）碳源作用：1、构成细胞物质2、能量物质（2）氮源：含氮元素的物质作用：1、构成细胞物质2、个别以此作为能量物质如硝化细菌以氨气作为能量物质（3）矿质元素作用：1、细胞的组成成分2、有些作为能量物质3、酶的组成成分4、酶的激活剂，如淀粉酶需氯离子。5、调节细菌细胞的渗透压、PH和氧化还原电位（4）水作用：1、细胞的组成成分2、进行生化反应的介质3、良好的溶剂4、调节细胞的温度（五）生长因素微生物生长不可缺少的微量有机物称生长因素。如氨基酸、维生素等。不同的生长因素作用不同，可作为氢受体、反应的载体。生长因素的主要功能是辅酶的组成成分，大多数微生物可以自己合成生长因素，对不能合成的微生物，通常作为辅助素来源的物质有：酵母膏、玉米浆、肝脏浸出液等，另外许多作为C源和N源的成分都含有生长因素，在废水处理中，生长因素废水中已够用，不需考虑。微量元素与酶的活动密切相关，是酶的活性基成分或是酶的活化剂，一般用量少，混杂于其它营养物质中，不需另加。细胞的化学式C60H87O23N12P，在废水生物处理中，微生物的营养元素比例一般取BOD5：N：P=100：5：1，以此估算N和P的需量，其中BOD5则用来间接表示C的量。工业废水中应适当加些生活污水以补充营养，但不宜加得过多，以便把细菌养娇。2、微生物的营养类型根据C源和能源来分：光能自养型、光能异养型、化能自养型、化能异养型。（1）光能自养型特点：1、含光合色素，能进行光合作用2、利用光能3、以二氧化碳作为碳源4、供氢体为水、硫化氢等如绿硫细菌：CO2+2H2S光{C.H2O}+H2O+S2蓝细菌:{C.H2O}CO2+H2O光{C.H2O}+O2(二)光能异养型特点：①具有光合色素；②利用光能；③以有机物作为碳源。（三）化能无机营养型利用无机物氧化时释放的能量作为能源，利用二氧化碳作为碳源合成细胞物质。如亚硝酸细菌：2NH3+2O22HNO2+4H+QCO2+4H{C.H2O}+H2O(四)化能有机营养型以有机物作为C源,利用有机物氧化过程中产生的能量作为能源来合成细胞物质。第2节酶及其作用1、酶的分类及命名酶是一种生物催化剂1、根据酶作用的场所不同：胞内酶、胞外酶胞外酶能透过细胞，作用于细胞外面的物质，起催化水解作用，胞内酶在细胞内部起作用，催化细胞的合成和呼吸作用。2、根据催化反应的类型可分为：水解酶、氧化还原酶、转移酶、同分异构酶、裂解酶、合成酶等。3、根据酶组成成份可分为：单成份酶和双成份酶。单成分酶：完全由蛋白质组成，多数为胞外酶双成分酶：由蛋白质和非蛋白质两部分组成，前者为主酶，后者为辅酶，两者构成全酶，不能单独起作用，氧化还原酶为胞内酶。4、固有酶和适应酶二、酶的特点1、酶的催化效率高同一反应，酶催化反应速度比一般催化剂的速度快106-1013倍。如：CO2+H2OH2CO3一个碳酸酐酶分子每秒能催化6*107个二氧化碳分子，比一般催化剂快107倍。2、酶有高度的专一性酶对其作用的物质有着严格的选择性。一种酶只能作用于一些结构近似的化合物，甚至只能作用一种化合物发生一定的反应。3、酶对环境条件极为敏感酶在高温、高压、强酸、强碱、重金属盐、紫外线等条件下都会失去其催化活性，同时也因温度、PH等的变动或抑制剂的存在而使其活性发生变化。4、酶的作用条件较温和5、酶的作用是可逆的。3、影响酶促反应速度的因素1、酶浓度的影响当底物足够过量，而又不受其它因素的影响时，则酶促反应速度V=K{E}2、底物浓度的影响设定E是酶,S是基质,ES是酶与基质的复合物,P是产物，K1,K2,K3分别为各步反应的速度常数。酶催化的过程是一个两步过程，即K1K3E+SESE+PK2根据后一步反应的速度，酶促反应生成产物的最终速度v为：v=k3[ES]上式中ES的浓度往往不知道，但可以导出E、S与ES的关系设：[E0]=酶的总浓度[S]=基质的总浓度[ES]=中间复合物浓度则[E0]—[ES]=游离态酶的浓度根据质量作用定律，在平衡状态下：ES生成反应的速度=k1{[E0]—[ES]}[S]ES分解反应的速度=K2[ES]+K3[ES]在平衡时，有：=KM[ES]=[E0][S]／(KM+[S])v=k3[ES]代入得v=k3[E0][S]／(KM+[S])=VMAX[S]／(KM+[S])----米门公式当[ES]=[E0]时，所有的酶分子都与基质形成了结合状态，即：Vmax=K3[E0]式中:V—反应速度；S—基质浓度Vmax—最大反应速度；Km—米氏常数。根据化学速率表达式，可推出产物形成速度V=Vm.{S}/(KM+{S})米氏公式。当S很小时，则V=Vm{S}/Km=Kv{S}当S很高时，则V=Vm3、PH的影响，大部分酶的最适PH值在6—7左右,废水生物处理中的混合微生物最适PH在6—9。4、温度的影响微生物各种酶的最适温度在30--60Ć，过高温度会破坏酶蛋白，过低温度会破坏酶活性。在最适温度范围内,温度每升高10Ć,酶催化反应速度可提高1—2倍.5、活化剂的影响活化剂能提高酶的活力，如一些金属离子或其它无机离子。如脱羧酶需镁离子、二价锰离子、二价估离子，淀粉酶需氯离子。在废水生物处理中，微量金属元素的存在，对微生物来说亦是相当重要的，可以提高酶的活性。6、抑制剂的影响重金属离子：破坏酶中的巯基有机磷：破坏羟基在废水处理中，对重金属离子或其它毒物应加以控制。产物的影响，除了某些对酶无害的气体或反应产生的不溶固体物质以外，一般反应产物对酶反应速度均有抑制作用，这种反应产物抑制酶的作用叫反馈抑制。非竞争性抑制剂：破坏酶的作用，使酶分子分解变性，叫非竞争性抑制剂竞争性抑制剂：有些化学药品的构造与基质相似，因而争先与酶作用，以致减少与基质结合的机会。叫竞争性抑制剂。第3节细菌的呼吸1、呼吸作用的本质本质：呼吸作用是生物的氧化和还原的统一过程，在这一过程中产生能量。在此过程中发生以下现象：1、呼吸作用使复杂的有机物变成二氧化碳、水和其它简单物质2、呼吸过程中产生的能量，一部份用来进行物质合成，另一部份供维持生命活动，还有一部份变成热释放出来3、通过呼吸，产生一些中间产物，这些中间产物一部份分解，一部份作合成细胞物质的原料4、在呼吸过程中，吸收和同化各种营养2、细菌的呼吸类型：好氧呼吸和厌氧呼吸1、好氧呼吸：以氧作为最终电子受体的生物氧化过程实质：好氧呼吸作用过程是当营养物质进入好氧菌细胞后，在氧的存在下，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程A-H2辅酶H2O脱氢酶氧化酶A辅酶-H2（+2e-）1/2O2特点：①分子氧参与，以氧作为最终电子受体②脱氢酶参与，活化基质上的氢③氧化酶参与，活化分子氧④有细胞色素参与，电子传递体⑤基质氧化一般较彻底，放出的能量较多，被氧化后的产物积累较少不同基质，不同条件氧化产物不一样。如：C6H12O6+O26CO2+6H2O+2872KJ好氧异养型微生物H2S+2O2H2SO4+Q好氧自养型微生物4NH3+9O24NO3-+6H2O+Q消化细菌2、厌氧呼吸微生物以有机物质作为氧化基质，除氧以外的无机物作为最终电子受体的生物氧化过程。A-H2辅酶受氢体-H2脱氢酶A辅酶-H2（+2e-）受氢体（氧以外的无机物）特点：①无氧参与②有细胞色素参与（电子传递体）③有脱氢酶参与④无氧化酶系统⑤基质氧化获得能量少⑥除氧以外的无机物作为最终电子受体如：C6H12O6+4NO3-6CO2+6H2O+12NO2-+Q以NO3-作为最终电子受体：NO3-+2e-+2H+NO2-+H2O3、发酵：微生物以有机物作为氧化基质，以有机物作为最终电子受体的生物氧化过程。如：C6H12O6+乳酸菌2CH3CHOHCOOH+QC6H12O6+脱氢酶+辅酶2CH3COCOOH+辅酶-H2CH3COCOOH+辅酶-H2CH3CHOHCOOH+辅酶特点：①无氧参与②有细胞色素参与（电子传递体）③有脱氢酶参与④无氧化酶系统⑤基质氧化获得能量少⑥以有机物作为最终电子受体氧气对厌氧微生物的生长有毒害作用，因由脱氢酶活化的氢与分子氧结合成双氧水，而这类微生物不含过氧化氢分解酶，积累的过氧化氢对细胞发生毒害作用。呼吸过程中是否需要氧气，可分为好氧菌、厌氧菌和兼性菌好氧菌：好氧呼吸来产生能量厌氧菌：厌氧呼吸或发酵来产能兼性菌：有氧时好氧呼吸，无氧时厌氧呼吸或发酵来产能3、呼吸过程中的能量问题　　　　　Ｏ　Ｏ　　Ｏ　　　　　　ＯＯ腺嘌呤-O～P-O～P-O～Ｐ－ＯＨ　腺嘌呤-O～P-O～Ｐ－ＯＨ＋ＨＰＯ＋7300卡　　ＯＨ　　ＯＨ　　ＯＨ　　　　　　　　ＯＨ　　ＯＨ～磷酸酐键呼吸和发酵过程中放出的能量有40-60%被利用，而一般机器利用率仅为20%左右，这是因为在生物体内有一套完善的能量转移系统联结放能反应和需能反应。电子传递流动的过程中，逐级释放能量，释放的能量供ADP磷酸化之用，电子从链的前一环传到后一环一步一步地进行，而高能磷酸化合物都在这个链的不同位置上生成。能（合成）ADTATP能（呼吸或发酵）4、代谢产物微生物从环境中吸收了营养物质，获得了能量，在酶的作用下起了种种变化，产物一部份转化为细胞物质，另一部份无用的排到外界，作为代谢产物，主要有：1、气体物质：二氧化碳、氢气、甲烷、硫化氢、氨气等，前面主要是糖发酵产物，后者为蛋白质分解产物2、有机代谢产物：醇、酮、酸、胺、维生素、抗菌素、毒素、色素等3、分解产物：复杂物质水解后的简单物质，一部份进入细胞，另一部份作为代谢产物。如蛋白胨、氨基酸、纤维二糖等4、其它：自养微生物的生长过程中有氢氧化铁、硝酸根、亚硝酸根等第4节其它环境因素对细菌生长的影响细菌的生长除了营养物质和氧外，还与温度、PH、氧化还原电位、干燥、渗透压、光、化学药剂有关。一、温度：多数细菌最佳温度20～40℃1、高温的影响高温能使蛋白质凝固变性，而细菌细胞的组成成份和酶的成份是蛋白质，所以高温能灭菌。湿热灭菌比干热灭菌好，其原因有：菌在有水的情况下，蛋白质更易凝固变性；热蒸气的穿透力强；蒸气有潜热，当水蒸气在物体表面凝结为水时要放出热量。2、低温的影响低温能降低细菌的代谢活力，一般在5℃以下，细菌的代谢作用大大受阻，而处于休眠状态，只能维持生命而不能发育，所以一般用冰箱保存菌种，4℃左右为保存菌种的适宜温度。超低温也能使细菌死亡。二、PH的影响，大多数细菌最适的PH=6-8不同的微生物所要求的PH不同，细菌在中性、偏碱性中，酵母菌在中性偏酸性中，放线菌在中性偏碱性中。因此在水处理中应调节水的PH值。三、氧化还原电位各种细菌生活时要求的氧化还原电位不同，氧化还原条件的高低可用氧化还原电位E表示。E≥0.1V好氧菌才可生长0.3-0.4V正常生长E≤0.1V厌氧菌才可生长4、干燥的影响水是生物生存的必要条件，因细胞中含80%的水，环境过于干燥，细菌就不能生长。一般有荚膜、芽孢的细菌较耐干燥，因在干燥条件下，细菌不能生长发育，以此防止食品腐败.5、渗透压的影响渗透压：两种溶液用半透膜分隔时，出现的液面高差，溶液浓差越大，渗透压越强。当细菌周围的水溶液与细胞内液体的渗透压相等时，细菌生活得最好。在高渗溶液中，细菌失水发生质壁分离，而影响其生命活动，甚至死亡。在低渗溶液中，细菌吸水膨胀，甚至破裂。微生物实验中一般用0.85%的氯化钠溶液维持微生物的正常生活,这种浓度的盐水叫生理盐水.6、光线的影响一般细菌不喜光线（除光合细菌），特别是许多病原微生物，在日光直接照射下容易死亡，起杀菌作用的是日光中的紫外线，260nm左右杀菌力最强，但紫外线的穿透性弱，所以只适于表面杀菌，如空气消毒，一般细菌只需照5分钟，芽孢10分钟。紫外线杀菌的原理：干扰核酸的复制，由于紫外线引起核酸形成胸腺嘧啶二聚体，从而干扰了核酸的复制；紫外线可使空气中氧变成臭氧，而臭氧易分解放出氧化力很强的新生态原子氧，有杀菌作用。7、化学药剂强氧化剂可使细胞物质氧化而使正常代谢受阻，甚至死亡。如：高锰酸钾、漂白粉、液氯等重金属盐可成为细菌的抑制剂或杀菌剂，带正电荷的重金属离子易与带负电荷的菌体蛋白质结合而使蛋白质变性。如：红汞（二价汞）、销酸银、铜盐等有些有机物能损伤细胞的膜和壁，抑制某些酶系统（如脱氢酶、氧化酶），使蛋白质变性。如甲醛能与蛋白质的氨基结合。石炭酸、福尔马林（2%甲醛溶液）、乙醇70%-75%（太高，细胞膜脱水收缩，网孔变小，乙醇难以进去）带正电性的染料阳离子可与带负电的细菌蛋白质结合而具有抑菌杀菌作用，如龙胆紫可用于皮肤和伤口消毒。P1171,5,8,12,14,16第3章细菌的生长繁殖、遗传与变异要求：重点掌握细菌的生长曲线以及在不同生长阶段的特征，掌握细菌变异的方法和和遗传工程在环境工程中的应用，对细菌的遗传作一般性了解。第一节细菌的繁殖和生长曲线1、生长曲线：将细菌接种在液体培养基中，隔一定时间取样 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，计算菌数或重量，以菌数的对数或活细菌重量为纵坐标，以时间为横坐标所绘制而成的曲线。1、按细菌数目的对数绘制的生长曲线1迟缓期（停滞期）当菌种接种到新鲜培养基上后，经过一段调整和适应，以合成多种酶，并完善体内的酶系统和其它成份，细胞并不立即繁殖。特点：A、细胞质均匀，代谢活力强；B、菌体体积显著增大（在迟缓期末期，细菌的长度是接种时的6倍多）C、细菌数目基本不增加，只在后期有个别菌体繁殖D、对热、化学物质等不良条件的抵抗力差E、细菌的生长不受食料的影响2对数期：这个时期的细胞是用作研究工作的理想材料特点：A、细菌数目按指数增长；B、活菌数和总菌数非常接近；C、细菌的生长速度达到高峰，世代时间最短；D、细胞的代谢活力强，代谢稳定；E、细菌的生长不受食料的影响。3稳定期特点：A、营养物质不断消耗和代谢毒物的积累，致使细菌分裂的速率降低，世代时间延长，细胞活力减退；B、菌体死亡数目逐渐上升，最后达到新增殖的细胞数等于死亡数，活菌数保持相对稳定，总菌数达到最高；C、产生代谢产物的时期，芽孢菌开始形成芽孢；D、有些细菌因营养物不够死亡。4死亡期（衰老期）特点：A、细菌因食料少，死亡速率大大增加，新生细胞数少于死亡细胞数，活菌数逐渐减少；B、细菌的代谢活力弱，细胞质不均匀，镜检时可发现细胞内颗粒状物质增多；C、出现细菌自溶现象2、按重量绘制的曲线分为三个阶段：生长率上升阶段、生长率下降阶段和内源呼吸阶段。1生长率上升阶段：食料（营养物）过剩，细菌生长不受食料的影响，只受自身生理机能限制。（肉多狼少）上升阶段初期：不繁殖，菌体增大上升阶段：细菌的生长不受食料的影响，菌数按指数递增上升阶段后期：生长率达到最大值，分解培养基中有机物的速率也最快，2生长率下降阶段：食料降低和减少，导致食料不足，限制细菌的生长（狼多肉少）3内源呼吸阶段：食料耗尽，细菌代谢自己体内的营养物或利用死亡的细菌作为营养物。（狼多没肉）3、究生长曲线的意义a)对数期接种，可以缩短培养时间；b)不断补充营养，调节PH，去掉有害代谢产物，可使菌体总数达到较高的数量。如处于稳定期的细菌如加入营养物，去掉代谢产物又可恢复到对数期。c)用于废水处理时，须使微生物生长处于生长率下降阶段或内源呼吸阶段初期，在此期间微生物的沉降性能好，而在对数期，微生物活力强，不易凝聚沉淀且需充分的食料，即废水中必须有较高浓度的有机物，处理过的废水所含有机物较多。注：X2=X1*2nn=(lgx2-lgx1)/lg2n为世代数生长速度（R）=n/(t2-t1)=3.3(lgx2-lgx1)/(t2-t1)4、混合微生物群的生长曲线在废水生物处理中，微生物是一个群体，各种微生物在群体中相互影响共处于一个生态平衡的环境中，不同生物，通过镜检可以得出不同的生长曲线，都有着它自己的形状和位置，这一切都和环境中的营养情况以及微生物之间的相互依存情况有关。如有机物多时，则以有机物为食料的细菌占优势，数量多。细菌多时，必然出现以细菌为食料的原生动物，而细菌少时，才出现以细菌和原生动物为食料的后生动物。混合微生物群的生长曲线所反映的生长规律，有助于我们通过微生物的镜检去推知废水处理过程中的水质情况。如发现大量鞭毛虫，说明废水中有机物含量仍较高，还须进一步处理，这一情况一般出现在废水生物处理的初期；如发现游泳型纤毛虫不多，发现固着型纤毛虫时，表明水中有机物和细菌相当少，废水的稳定已接近完成；如发现轮虫时，表明质已很稳定，水质已得到净化。以上只是对水质的定性 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，因观察方便，便于迅速了解处理过程中的水质情况。培养时间第二节细菌的遗传与变异1、细菌的遗传（自学）2、细菌的变异变异：任何一种生物的亲代与子代以及个体之间在形态结构和生理机能方面都有所差异。造成变异的原因：基因重组和基因突变（1）基因重组1、定义：两个不同性状的个体细胞，其中一个细胞（供体）的DNA与另一个细胞（受体）的DNA融合，使基因重新排列，遗传给后代，产生新品种或表达新的遗传性状。这一过程叫基因重组。2、基因重组的三种形式：转化、转导、接合（1）转化：是供体细胞研碎物中的DNA片段直接被受体细胞吸收而进入活的受体细胞的基因重组方式。SⅢ肺炎双球菌与小白鼠的实验中发现了转化：RⅡ活菌小白鼠活小白鼠RⅡ活菌死SⅢ菌小白鼠活小白鼠无SⅢ菌孔不入小白鼠死小白鼠活SⅢ菌其后在体外进行转化实验：研碎的死SⅢ菌提取出其中的DNA+RⅡ活菌死细胞（DNA）+RSⅢ菌有些R细胞吸收S细胞的DNAR细胞活SⅢ菌R供体生物游离的DNA片段叫转化因子，一般为双链DNA片段特点：A、受体细胞须处于感受态阶段，才能进行转化B、基因重组率很底C、加DNA酶可以阻止转化作用的进行D、不需细胞直接接触，也不需媒介物质，DNA直接进入受体细胞注：感受态阶段是由细胞的遗传性以及细胞的生理状态、菌龄和培养条件等决定的。肺炎双球菌的感受态阶段处于对数生长期的中期。（2）接合：细胞的接合是遗传物质通过细胞与细胞的直接接触而进行的转移和重组。美国科学家利用两类营养缺陷型菌株作实验发现了接合，一类基因型为B-M-T+L+，另一类为B+M+T-L-，B为生物素，M为甲硫氨酸，T为苏氨酸，L为亮氨酸。把两类幼龄细胞混合后，涂在不含B、M、T、L四种成份的培养基上，长出基因型为B+M+T+L+的菌株，这是两类营养缺陷型菌株，通过交配进行了基因重组的结果。用U型管试验，可以排除上面结果不是转化作用所致。B-M-T+L+B+M+T-L-滤板，只允许游离DNA通过，而使两类细胞隔开使两端溶液来回流动一段时间后，两端取出菌液分别接种于不含上述四种成份的培养基上，结果不能长出B+M+T+L+菌株。特点：A、需要两个细胞直接接触，才能产生接合作用B、基因重组率很低。（3）转导：遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组。是在研究鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现的try+try-his-his+只允许噬菌本通过受体细胞上有噬菌体的DNA，培养时放出噬菌体，噬菌体通过滤片感染供体，使供体裂解，产生“滤过因子”，大部份是温和噬菌体，也有极少数包裹了供体的DNA片段（含合成try+基因），并通过滤片再度感染受体，使得由噬菌体携带来的DNA片段与受体细胞进行重组。特点：A、通过噬菌体转移遗传物质；B、基因重组率低。（2）基因突变1、定义：由于环境条件和物理化学因素的影响，使得生物体内的DNA链上碱基缺乏或者置换或者插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，而使后代突然表现和亲代显然不同的性状，这种变异称为基因突变。2、基因突变的类型：自发突变和诱变（1）自发突变：凡是在没有特设的诱变条件下，由外界环境的自然作用如辐射或微生物体内的生理和生化变化（如代谢产物过氧化氢的产生）而发生的基因突变称自发突变。自发突变率极低，一万次至一百亿次繁殖中，才出现一个突变体。自发突变无定向，有时对人类有益，有时有害，如任其自然发展，导致菌种退化，可以通过纯种分离而使菌种复壮。（2）诱变：人为地利用物理化学因素，引起细胞DNA分子中碱基对发生变化叫诱变。也是无定向的。诱变剂有：紫外线、亚硝酸、5-溴尿嘧啶等可以通过诱变获得性能良好的菌株。3、遗传工程（基因工程）1、定义：用人工方法，把所需的供体生物的遗传物质-DNA大分子提取出来，在离体条件下切割，把它和载体的DNA分子连接起来，然后引入到某一受体细胞进行正常的复制和表达，从而获得新物种的育种技术。载体一般为质粒，受体细胞用大肠杆菌较好，因繁殖快。2、步骤A、提取目的基因B、对目的基因用限制性内切酶处理。限制性内切酶能识别DNA分子中的一定部位，把DNA切断，并形成粘性末端。C、从载体细胞中取出质粒，并用内切酶切断，形成粘性末端。D、在DNA连接酶的作用下，将供体细胞DNA粘性末端与质粒的DNA粘性末端粘起来，形成一个新的重组的载体DNA分子。E、将重组的载体DNA分子引入受体细胞，进入受体细胞的目的基因随受体细胞的繁殖而得到表达。载体DNA分子加入到受体细胞培养液中，被吸入受体细胞里。4、遗传工程在环境工程中的作用通过基因工程可获得超级细菌。超级细菌：通过遗传工程，把具有某些特性的质粒剪切后，引入到受体细胞中，而培养出多质粒、多功能的新菌种称超级细菌。如70年代美国研制了降解石油的超级细菌，可以降解原油中三分之二的烃。含降解脂（质粒A）的假单胞菌作受体细胞，分别引入质粒B（降解芳烃）、质粒C（萜烃）、质粒D（多环芳烃）。用此超级细菌只需几小时即可把海里浮油去除，如不用超级细菌，则需一年以上时间。1983年瑞士科学家，获得了降解染料的质粒，两种假单胞菌分别具有降解1号橙偶氮染料、2号橙偶氮染料的质粒。他们把两个菌株的两种质粒接合到一个菌株内，获得了具有降解2种染料的新菌种。遗传工程示意图：作业：P16091112第4章其它微生物要求：重点掌握放线菌、丝状细菌、真菌、藻类、病毒、原生动物、后生动物在给水排水中的作用；重点掌握原生动物、后生动物的外形特征以及水中微生物的控制方法，了解微生物之间的关系和放线菌、丝状细菌、真菌、藻类、病毒的生理特性。第一节放线菌和丝状细菌丝状菌：把菌体细胞能相连而形成丝状的微生物1、放线菌1、定义：大多数单细胞菌丝状的原核微生物，菌丝是放射状的伸装叫放线菌。菌丝较长，约为50-600um。属G+2、生长环境：水份少，有机物多，中性偏碱的环境中，多数为腐生，少数为寄生。放线菌为好氧菌，最适PH为7-8，最适温度为25-30℃3、组成整个菌丝体为一个细胞，菌丝体分为两部份：营养菌丝、气生菌丝和孢子丝。营养菌丝：伸入营养物质内或漫生于营养物表面吸取养料的菌丝气生菌丝：营养菌丝生长到一定程度后长出的伸向空中的菌丝。繁殖作用孢子丝：气生菌丝的顶端能形成孢子丝，产生孢子。孢子遇到适宜条件发育成营养菌丝。4、特征菌落：由单一细胞在固体培养基上培养一段时间后所形成的群体形态菌落特征：坚实、多皱、干燥、致密、牢固、正反面有不同的颜色，不易挑起。5、放线菌的应用A、产生抗生素。2/3的抗生素由此菌产生如链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等B、有些放线菌能分解无机氰化物2、铁细菌水中的铁细菌有：多孢泉发菌、赭色纤发菌、赭色嘉利翁氏菌1、外形特征铁细菌1多孢泉发菌2赭色纤发菌3赭色嘉利翁氏菌多孢泉发菌：丝状体不分枝，附着在坚固的基质上，基部和顶端有区别，鞘顶端薄而无色，基部厚并被铁包围，细胞有圆筒形的和球形的赭色纤发菌：丝状体有鞘，呈现黄色或褐色，被氢氧化铁包围，在地面水中分布较广赭色嘉利翁氏菌：有柄的细菌，绞绳状对生分枝，无鞘。2、生活特征生活在多铁质和二氧化碳的水中，在含氧少的环境中也能生存，自养菌。4FeCO+O2+6H2O=4Fe(OH)3+4CO2+Q铁细菌的存在，会使水管堵塞，因需大量的亚铁作为营养，使水管不断地溶入水中，加速腐蚀，还能造成水浑浊呈颜色。3、硫磺细菌硫磺细菌：贝日阿托氏菌、发硫细菌1、外形特征贝日阿托氏菌贝日阿托氏菌：丝状体是一串细胞相联并为共同的衣鞘所包围，细胞内含有很多硫磺颗粒，不分枝，单个分散，不固着于其它物体上生长，漂浮在池沼上。发硫细菌发硫细菌：不分枝的丝状细菌，固着在其它物体上生长。2、生活特征氧化硫化氢或硫为硫酸，同化二氧化碳合成有机体2H2S+O22H2O+2S+Q2S+3O2+2H2O2H2SO4+Q‘CO2+H2O-----[CH2O]+O2因有强酸产生，可加快腐蚀管道4、球衣细菌1、外形特征：具有假分枝，有鞘球衣细菌1高倍镜放大2低倍镜放大2、生活特征：好氧菌，但因其比表面积大，在微量DO环境中（<0.01mg/l)也能较好生长，中性环境，对碳素要求高。分解有机物的能力强，大量球衣细菌（或丝状菌）的存在，会使污泥结构极度松散，引起污泥膨胀。第2节真菌真菌：具有明显的细胞核，不含叶绿素，无根、茎、叶的分化，靠寄生或腐生方式生活的一类微生物。水中主要有酵母菌和霉菌一、酵母菌：圆形、卵形或原柱形，长8-10um，宽1-5um1、菌落特征：圆形、光滑、湿润、粘稠，多数乳白色，少数红色，易挑起。2、生理特性：出芽繁殖，最适PH=4.5—6.5,中性偏酸3、作用：A、酿酒或发面（分解有机物为乙醇和二氧化碳）B、能将美蓝还原为无色，用于印染废水的生物处理2、霉菌：是多细胞的腐生或寄生的异养性丝壮菌，是由分枝的菌丝组成的叶状体1、组成：菌丝体组成，分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝菌丝与放线菌相象，但比放线菌粗，且霉菌的菌丝有隔膜，而放线菌无隔膜，霉菌的菌丝体是多个细胞，而放线菌为单个细胞。霉菌菌丝A无隔多核菌丝B有隔单核菌丝C有隔多核菌丝2、菌落特征：由分枝状菌丝组成，菌丝粗而长，形成的菌落较疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，大，具有不同的颜色。3、霉菌的生理特性及其作用好氧，温度20-30℃，偏酸性环境，异养型作用：A、产生抗生素B、有些霉（镰刀霉）可以分解无机氰化物C、也可以引起污泥膨胀。D、霉菌的代谢能力很强，特别对复杂有机物（如纤维素、木质素等）具有很强的分解能力第三节藻类藻类属于低等植物，不属于微生物范围一、藻类的形态及生理特征1、生理特征藻类为无机营养型，其细胞内含有叶绿素及其他辅助色素，能进行光合作用。有光照时，利用光能，吸收CO2合成细胞物质，同时放出O2，夜间无光时，则通过呼吸作用取得能量，吸收O2同时放出CO2。因此白天和夜间水中的溶解氧会有较大的变化。2、藻类的分类及形态原核生物：蓝藻；真核生物：绿藻、硅藻、褐藻、金藻①蓝藻是单细胞或丝状的群体，细胞内除含有叶绿素外，还含有藻蓝素，而呈蓝绿色。喜欢较温暖的地区,蓝藻是引起水体富营养化的主要藻类之一几种蓝藻1铜色微囊藻2区鱼腥藻3大颤藻②绿藻是一种单细胞或多细胞的绿色植物有鱼腥或青草气味，也是引起水体富营养化的主要藻类之一③硅藻为单细胞或单细胞群体，细胞壁中含有大量的硅质。适宜在较底温度生长，有的有香气，也有的产生鱼腥气。④金藻黄群金藻能发出强烈的臭味，水味发苦。水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。1．水体富营养化的机理　　在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。　　富营养化是当今世界水污染的主要问题之一，判断水体富营养化的主要 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 是水体中磷（P）与氮（N）的含量。水体中磷与氮的主要来源有以下几方面：第一、人类生活污水的排放是水体营养物质的主要来源。比如大多数洗涤用品中的磷、人类生活污水中的大量的营养物质。第二、工业废水对天然水体的排放，比如化工工业和食品制造业对水体的排放其中营养物质占很大比例；第三、由于植被的破坏，导致水土流失，致使土壤中的营养物质与农田中所施放的肥料、畜牧业牲畜的粪便随地表径流输送到水体中。如自然土壤中的营养元素和农药中富含的磷等。第四、水产养殖业对水产品投放的饲料，也加大了水体的富营养化。　　水体富营养化易造成水体水质恶化、pH值上升、溶解氧降低从而影响水产养殖的产量，透明度降低等危害。最明显的例子就是我国东南沿海的赤潮现象。海水发生赤潮，海水不光会变成红色，还有可能变为橘黄色、黄色、褐色等颜色，看上去五光十色，但其中富含有大量的有毒藻类。其中有些藻类对水生生物无毒作用，但毒素在水生生物体内囤积，人类误食后易引发中毒。有的毒藻对人类无害，却能导致水生生物的死亡。　　水体富营养化的控制措施：(1)控制外源性营养物质输入.首先从源头抓起，控制及减少污染物的排放从而降低水体中营养物的浓度。如化工业改进制作方法，生产无磷产品，对于黑小作坊，一定要严格查处。还有在天然水体中网箱养殖的水产养殖业，也要制定严格的养殖 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 。其次做好封山育林、水土保持工作，严禁乱砍乱伐，减少自然地质条件的污染。(2)减少内源性营养物质负荷：①工程性措施：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等，抑制底泥磷释放。②化学方法：这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法。例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来，其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙，它们都能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来。在化学法中，还有一种方法是用杀藻剂杀死藻类。杀藻剂将藻杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，应该将被杀死的藻类及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。③生物性措施：利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。例如种植大型水生植物凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等,水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施二、藻类在给水排水中的作用1、在给水工程中A、水带嗅味、颜色B、影响过滤工作2、在排水工程中A、可利用藻类的光合作用产生氧气，供好氧菌生长B、排出的水藻类不能太多，因这样会在净化水质的工作中发生困难，且在夜间或藻类死亡后消耗大量的氧，因而可危及水生生物C、在生物氧化塘中藻类起着重要作用好氧生物处理塘，水深0.5米,氧源主要来自于藻类光合作用,其次是表面复氧.但繁殖的藻类不能太多,且PH变化也是白天高,夜间低,要控制好生物塘的正常运行,主要的是选择好生物塘运行的有机负荷率(克BOD5/米2.日=10-20)为好,四级串联生物塘,在一、二级主要培养藻类，三级着重培养动物性浮游生物（如甲壳虫类），四级塘作鱼塘。藻类在氧化塘中的作用第四节原生动物和后生动物一、原生动物的形态（单细胞组成）1、肉足类：中污染带水体多见。只有细胞质本身形成的一层薄膜，多数形状不固定，少数具有一定形状，细胞质可伸缩变动而形成伪足，作为运动和摄食器官，以细菌、藻类、有机颗粒和比它小的原生动物为食料。如：变形虫、太阳虫、辐射变形虫等几种肉足类原生动物1变形虫2辐射变形虫3太阳虫2、鞭毛类具有一根或一根以上的鞭毛，是运动器官，长度与体长相等或更长，可分为植物性鞭毛虫：有绿的色素体，进行植物性营养，如绿眼虫。动物性鞭毛虫：靠吞食细菌和其它固体食物生存，如梨波豆虫、活泼锥滴虫植物性鞭毛虫在中、多污水体中，生活污水中绿眼虫多见；动物性鞭毛虫在有机物较多的水体或曝气池进口会出现。3、纤毛类周身表面或部份表面具有纤毛，作为行动和摄食的工具，短。如草履虫、钟虫等，喜吃细菌及有机颗粒固着型纤毛虫：钟虫一般把尾柄附着在其它物质上，叫固着型纤毛虫游泳型纤毛虫：草履虫、肾形虫、豆形虫不附在其它物质上，叫游泳纤毛虫。当生物处理中有群体钟虫和钟虫出现时，可作为处理效果较好的指示生物。二、后生动物的形态（多细胞组成）1、轮虫身体前端有一头冠，头冠上有一列、二列或多列纤毛，形成纤毛环，纤毛环摆动时如施转的轮盘，有透明的壳，多数有尾状物。如转轮虫、红眼旋轮虫。2、甲壳类动物具有坚硬的甲壳，如虾、水蚤等3、线虫（长线型）等3、原生动物、后生动物在废水生物处理中的作用1、原生动物、后生动物对废水有净化作用原生动物、后生动物可以吞食细菌、有机颗粒起到一定的净化作用废水生物处理中细菌起主要作用，其次为原生动物，在氧化塘中，细菌起主要作用，其次为藻类，第三为原生动物。2、纤毛虫可促进生物絮凝，使活性污泥凝聚得好，因而沉降也好，改善出水水质。能分泌出一些促进凝聚的糖和粘液3、作为废水生物处理系统的指示生物因个体较大，用低倍显微镜就可观察。不同的原生动物对环境条件的要求不同，一般观察：A、原生动物、后生动物的种类的组成；B、种类的数量变化；C、各种群的代谢活力。如：当水中溶解氧含量适中时，普通钟虫很活跃，当溶解氧少于1毫克/升时，就会出现一个大气泡，很不活跃。当钟虫类口盘缩进，伸缩泡很大，活动力差，说明处理效果不好。总之，须根据日常镜检结果，如发现不正常的现象，就说明运转出现了问题。一般情况下，在活性污泥的培养驯化阶段中，在运行初期曝气池中常出现鞭毛虫和肉足类，钟虫出现且数量多时，则说明活性污泥已成熟，充氧正常，培养驯化完成。第五节病毒和噬菌体1、病毒的特征1、个体极小（nm）2、没有细胞结构3、只有一种核酸（DNA或RNA）4、以核酸复制的方式进行增殖5、没有核糖体6、不含能量代谢的酶7、专性活细胞寄生，在体外无生命特征病毒：超显微、无细胞结构、专性寄生的大分子生物，在体外无生命特征，一旦进入缩主细胞又具生命特征。2、病毒的形态和组成病毒粒子：成熟的具有侵袭力的病毒颗粒病毒粒子的形状：球、杆、蝌蚪和丝状等组成：核酸和蛋白质3、病毒的基本结构衣壳粒：由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位衣壳：衣壳粒以对称、立体对称、螺旋对称排列构成的蛋白质外壳核酸：衣壳的中心包含的核酸被膜：在核衣壳外面的一层膜，是寄主细胞包裹而成的噬菌体：寄生在细菌或放线菌细胞内的微生物，称细菌病毒。4、病毒的增殖（或称感染、侵染）以大肠杆菌T偶数噬菌体为例，其增殖包括吸附、侵入和脱壳、生物合成、装配、释放。1、吸附是病毒粒子通过扩散和分子运动附着在寄主细胞表面的现象。吸附只能发生在特定部位（受体），多数吸附发生在细胞壁，少数发生在纤毛、鞭毛、荚膜上，噬菌体的吸附专一性特强。2、侵入与脱壳大肠杆菌T偶数噬菌体尾部末端附着在大肠杆菌细胞壁上，分泌一种能水解细胞壁的酶，产生一个小孔，尾鞘收缩，以注射方式将DNA注入寄主细胞内，而把衣壳留在细胞外。3、生物合成病毒侵入脱壳后，原有形态消失，这个时期称隐蔽期，隐蔽期是从病毒进入细胞开始到子代病毒装配完成。生物合成包括核酸复制和蛋白质合成。4、装配装配是病毒核酸和病毒蛋白质在被感染的细胞内组合成子代病毒粒子的过程装配有的在细胞核中，有的在细胞质中进行，被膜是在细胞质膜中获得。5、释放释放是病毒粒子从感染细胞内转移到外界的过程。无被膜的病毒粒子装配之后能合成溶解细胞的酶，在溶菌酶的作用下，以裂解寄主细胞的方式，使子代病毒一齐释放；有被膜的病毒以出芽方式逐个释放。五、噬菌体的裂解反应裂解反应：从噬菌体吸附于菌体到细胞裂解释放子代噬菌体的侵染过程。烈性噬菌体：能产生裂解反应的噬菌体。蚀菌斑：把产生裂解反应的噬菌体和敏感细胞混合在一起，接种到营养琼脂上，经过培养，在琼脂上产生的透明空斑。六、温和噬菌体和溶源性细菌有些噬菌体经感染后不裂解寄主细胞，而是将其核酸整合到寄主细胞染色体上，并随寄主细胞的分裂而传递，这类噬菌体称温和噬菌体，这一现象称溶源现象。溶源性细菌：被温和噬菌体侵染的细菌。溶源性细菌在细胞分裂中有时也可失去噬菌体的核酸，而成为非溶源性细菌，但出现几率极低。第七节微生物之间的关系微生物之间的关系可分为互生、共生、拮抗、寄生四种一、互生关系：两种不同生物，当其生活在一起时，一方为另一方提供或创造有利的生活条件。如氧化塘中的藻类与细菌的关系二、共生关系两种不同的生物共同生活在一起，互相依赖，并彼此取得一定利益，甚至相互依存，不能分开独自生活。如根瘤菌与豆科植物之间。三、拮抗关系一种微生物的生存，抑制另一种微生物的生长和繁殖，或者使另一种生物死亡，或者以另一种生物为食料。如原生动物与细菌、青霉素与绿脓杆菌。四、寄生关系一种生物生活在另一个生物体内，摄取营养以生长和繁殖并使后者受到损害。如噬菌体和细菌之间。第8节水中微生物的控制方法一、病原微生物的去除消毒：把病原微生物去除，家庭饮用水的消毒：煮沸。1、自来水厂常用的消毒方法：加氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒。而最常用的为加氯消毒（常用液氯、漂白粉）OCl-、HOCl均有氧化能力，可以破坏菌体内的酶，而使菌体死亡，但由于OCl-与细菌均带负电，不能渗入菌体，但HOCl可以渗入菌体。2、加氯消毒中的有关问题A、有效氯的计算氯化物的氧化能力用有效氯表示：例:计算漂白粉的有效氯(漂白粉含CaOClCl62.5%)有效氯=（2*35.5+0）/127*100%*62.5%=35%B、PH值的影响当用液氯消毒时，PH越小，[H+]越大，[HOCl]越大，有利于消毒。C、应保持一定的余氯余氯：氯加入水中后，一部分被能与氯化合的杂质消耗掉，剩余部分称余氯。水中须保持一定数量的余氯，如生活饮用水加氯接触30分钟后,游离性余氯≥0.3mg/L,管网末梢水的游离性余氯不低于0.05mg/L，以便自来水出厂后还具有持续的杀菌能力。但氯气能与有机物形成致癌性的有机氯化物，所以不能加得过多。出厂水中限值为4mg/L，加氯量=需氯量+余氯量，加氯量一般为1.0—2.5mg/L二、藻类的去除杀藻常用的药剂有硫酸铜和漂白粉或氯0.3mg-0.5mg/L的硫酸铜在几天之内可以杀死产生气味的藻类，但不能破坏死藻放出的致臭物质，而漂白粉或氯能去除这些致臭物质。在水厂一级泵房或进水处投加1-2mg/L氯。硫酸铜对鱼类有毒，但由于鱼可以躲到药量不太多的水体部分而不致于中毒，水中有时会发现鱼类大量死亡，一般是由于水中死藻耗尽溶解氧所致。对水库.湖泊投加时,将药装在布袋中,系在船尾上,侵泡在水里航行.投药量随藻类的种类和数量而定.计算投药量时一般以上层水(距水面1.5-3.0米的深度)容积来计算,而非总容积。第5章水的卫生细菌学要求：重点掌握大肠菌群的生理特性和水中细菌总数、大肠菌群、水中病毒的测定方法，掌握生活饮用水的细菌卫生标准和大肠菌群作为卫生指标的意义。简单了解水中细菌的分布规律和水中常见的病原细菌。第1节水中的细菌分布及其水中常见病原细菌一、水中的细菌来源：空气、土壤、污水、垃圾、死的动植物分布：河水下游较上游细菌少，中央细菌比边缘少，地下水细菌较少。二、水中常见的病原细菌肠道病原菌：伤寒、痢疾、霍乱水中病原微生物病毒水中常见的病原细菌主要是肠道传染病原菌。如伤寒、痢疾、霍乱等。各病原微生物特征及传播方式见下表 名称 形状及特征 发病表征 传播方式 伤寒杆菌 大小为0.6-0.7um*2.0-4.0um,不生芽孢和荚膜，借鞭毛运动，G-加热到60℃，30分钟可杀死。对5﹪石炭酸可抵抗5分钟。 急性传染病，持续发烧，脾脏肿大，身体出现红斑，腹泻 通过直接接触带病者的尿及粪便或与病人接触传染和通过物品、食物、水等接触而传染 痢疾杆菌 杆菌，不生芽孢和荚膜，无鞭毛，G-加热到60℃，耐10分钟对1﹪石炭酸抵抗30分钟 急性发作、腹泻，通常大便中有血及粘液等 通过食物、水、蝇类等传染 霍乱弧菌 弧菌，有一根鞭毛，能运动，G-,无荚膜和芽孢。在60℃下，耐10分钟；1﹪石炭酸中耐5分钟 腹泻、呕吐、大便呈“米汤样”、腹疼、昏迷 通过水、食物、蝇类传染及与带病者接触传染第2节大肠菌群生活饮用水的细菌标准一、大肠菌群作为卫生指标的意义生活粪便污水：可沉降固体（SS）.BOD、肠道细菌1、水体污染物质生产废水：含有毒有害物质城市污水：生活+工业废水所以说水中有肠道细菌，表明水被生活粪便所污染，也说明有被病原微生物污染的可能。2、水中各种细菌繁多，要将它们全部检出，其培养分离技术复杂，费时费力费钱。因此，一般不直接作细菌的全分析，只做肠道细菌的存在与否分析。3、大肠菌群为何作为水的卫生细菌学指标肠道正常细菌有：大肠菌群、肠球菌、产气荚膜杆菌。肠球菌的抵抗力弱，生存时间比病原菌短，而产气荚膜杆菌有芽孢能生存较长时间。（1）大肠菌群的生理习性与肠道病原菌的生理习性较为相似，在外界生存时间也基本一致；（2）大肠菌群在粪便中数量较多，5000万个/克；3万个/毫升生活污水（3）大肠菌群的检验技术简单。二、大肠菌群的形态和生理特性大肠菌群包括：大肠埃希氏杆菌、产气杆菌、枸椽酸盐杆菌和副大肠杆菌。形态：杆菌生理特性：A、杆菌、G-，有鞭毛、无芽孢，适宜温度37℃。B、分解糖类液体培养基（如乳糖、葡萄糖）产酸产气。C、在品红亚硫酸钠固体培养基上形成特征菌落。大肠埃希氏杆菌菌落呈紫色并带金属光泽；枸椽酸盐杆菌菌落呈紫红或深红色；产气杆菌呈淡红色中心较深；副大肠杆菌的菌落则无色透明。三、生活饮用水细菌卫生标准1、水中细菌总数不超过80个菌落/ml2、大肠菌群数：每100毫升水样中不得检出3、耐热大肠菌群（又称粪大肠菌群）：每100毫升水样中不得检出第3节水的卫生细菌学检验一、细菌总数的测定将定量水样接种于营养琼脂培养基中，37℃培养24小时，数出生长的细菌菌落数，计算1mL所含的细菌个数。二、大肠菌群的测定方法有：发酵法和滤膜法1、发酵法（P276）A、初步发酵实验将水样置于糖类液体培养基（培养基中含溴甲酚紫，酸式色为黄色，碱式色为紫色，变色范围为5.2-6.8）中，在一定温度下，经一定时间培养后，观察有无酸和气体产生，即有无发酵，从而确定有无大肠菌群存在；若采用葡萄糖或甘露醇培养基，则包括副大肠杆菌；若采用乳糖培养基，则不包括副大肠杆菌。水中除大肠杆菌外，还可能存在其它发酵类物质的细菌，所以培养后，如发现产气产酸，并不一定能肯定水中含有大肠菌群，还可能存在厌氧或好氧芽孢杆菌。在10个小发酵管（10mL水样）和2个大发酵瓶（100mL水样）中装入糖类液体培养基，在一定温度（37℃）经一定时间培养后观察有无酸和气体产生，如产酸、产气，可以初步确定大肠菌群的存在。B、平板分离将上一实验产酸产气的发酵管里的菌种移植于品红亚硫酸钠固体培养基表面经过培养，如果出现典型的大肠菌群菌落（以便与好氧芽孢杆菌区分，培养基所含染料物质可以抑制许多其它细菌生长繁殖），并对此菌落进行革兰氏染色，如呈G-，则可认为大肠菌群的存在。C、复发酵实验将上一步中可疑的菌落再移植于糖类液体培养基中培养，观察是否产酸产气而最后确定有无大肠菌群存在，如产酸产气则有大肠菌群。D、计算根据数理统计原理，每升水中最可能的大肠菌群的数目MPN如：今有300ml水样进行初步发酵实验，其100ml的水样两份，10ml的水样10份，实验结果肯定在这一阶段实验中，100ml的两份水样都无大肠菌群存在，在10ml的水样中有三份存在，则：2、滤膜法A、将滤膜装在滤器上，用抽滤法过滤定量水样，将细菌截留在滤膜表面；B、将此滤膜无细菌的一面贴在品红亚硫酸钠固体培养基上，以培养和获得单个菌落（22-24小时）；C、将符合大肠菌群菌落特征的菌落进行革兰氏染色、镜检；D、将G-无芽孢杆菌的菌落接种到糖类液体培养基中，根据是否产酸产气来判断是否是大肠菌群菌落；E、根据滤膜上生长的大肠菌群菌落数和过滤的水样体积，可算出每升水所含大肠菌群数。两者相比：滤膜法所需时间短，发酵法所需时间长，但当水样中悬浮物较多时，悬浮物沉积在滤膜上，影响细菌的发育，测定结果准确性差些。第4节水中病毒及其检验一、水中的病毒1、脊髓灰质炎病毒生理特征：圆形的微小病毒，水中和粪便中能活数日，60℃或紫外线1小时或用液氯可以杀死此病毒。感染：经口摄入带病毒的水和食物。病状：小儿麻痹症。常发热和肢体疼痛2、肝炎病毒生理特征：紫外线1小时或者煮沸30分钟以上可灭活，氯对其有一定的灭活作用。传染：经口传染病状：食欲减退、恶心、上腹部不适、乏力等。3、其它肠道病毒柯萨奇病毒和埃可病毒，侵犯小儿，引起脑炎、急性心肌炎等。二、水中病毒的检验-----蚀斑法1、将猴子肾脏用PH7.4-8.0的胰蛋白酶溶液处理；该酶能使肾脏组织的胞间质发生解聚，使细胞彼此分离2、用营养培养基洗这些分散悬浮的细胞；3、将细胞沉积在40×110mm细胞瓶的平面上，并形成一层连续的膜；4、将水样接种到这层膜上，再用营养琼脂覆盖；5、检查蚀斑个数，据水样体积可求出病毒的浓度。要求每升水中无一个病毒蚀斑。第6章水体污染和废水生物处理中微生物的作用要求：重点掌握水体的污染、自净、指示生物；废水在微生物作用下的分解过程以及产物和废水的好氧处理和厌氧处理第1节水体的污染、自净和指示生物一、水体的污染和生态系统1、几个概念自净容量：水体正常生物循环中能够同化的有机物的最大浓度生态平衡：生物与生物、生物与环境因素之间在一定时间和一定条件下所处的动态平衡。2、水体的污染A、水中存在正常生物循环时，不污染水体（污染物不超过自净容量）污物B、污物超过自净容量时污染水体生态平衡被破坏，因维持生态平衡的关键是溶解氧，当有机物浓度高时，细菌大量繁殖，而消耗溶解氧，鱼类就不能生存，一些原生动物和后生动物也会死亡，只剩下细菌，且大量是厌氧细菌，因而使水变黑变臭而污染水体，有害于人类。二、水体的自净水体的自净：污水在流动过程中，污物中的一些颗粒物质会逐渐沉淀，污水与干净水混合稀释以及水体中微生物能够把水体中有机物转化为无机物，从而使污水中的有机物含量逐渐减少，最后恢复到原有的自然状态，这一过程称水体的自净。1、废水在水体中的稀释污物扩散到水体中，从而降低了这些污物的浓度，单纯稀释不能除去污物，而是通过有机物与水体生物进行生化作用所降解。2、水体中氧的消耗与溶解氧的消耗：微生物作用需氧（包括亚硝酸菌、硝酸菌、水底的淤泥的分解）；水生植物在晚间的呼吸作用需氧；水中的一些还原性物质需氧。氧的来源：水体和废水中原来的氧；大气中氧向含氧不足的水体扩散，直至溶解氧达到饱和；水生植物进行光合作用时释放的氧。3、水中细菌的死亡细菌减少的原因有：A、营养物的减少；B、日光、水温的影响；C、某些化学物质存在（影响PH或有毒性）；D、生物的影响（吞食）。生活污水排入河流后，开始时，细菌有所增加，以后就逐渐减少，如果无新的污染，三天后，水中细菌数目一般不会超过最大量的10-20%三、指示生物及污化系统把污物排入水体到自净作用完成看作一个污化系统,污化系统是由一系列连续的带组成。因在一系列连续的带中，所含有机物的量以及溶解氧等环境条件不一样，因此生存着不同数量和不同种类的生物。往往也可以利用所观察到的生物种类和数量以及代谢情况来判断污化系统处于哪一阶段。1、多污带靠近污水出水口，含有大量有机物，水呈暗灰色，很浑浊，溶解氧极少，环境恶劣，水生生物种类很少，几乎全部是异养生物。指示生物：细菌。几亿个/毫升。如贝日阿托氏菌、颤蚯蚓、摇蚊幼虫等2、α-中污带靠近多污带，有机物含量仍较多，水呈灰色，溶解氧少，为半厌氧状态，水面上出现泡沫和浮泥。生物种类稍多，细菌含量仍高。指示生物：天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、小球藻、栉虾等。3、β-中污带绿色植物大量出现，水中溶解氧升高，有机物含量很少。BOD和悬浮物含量较低。细菌数量明显减少，生物种类多种多样，有后生动物，有根的植物、鱼类等。指示生物：短棘盘星藻、大型水蚤、绿草履虫等4、寡污带河流的自净作用已完成，溶解氧恢复正常，二氧化碳含量很少，BOD和悬浮物极低，生物种类多，细菌少。指示生物：水花鱼腥藻、玖瑰旋轮虫、大变形虫、黄团藻等。上述的污化系统只反映有机污染的程度，不反映有毒工业废水的污染。生物指数：BIP=B/（A+B）*100%A-有叶绿素的微生物数量B-无叶绿素的数量BIP越高，污染越严重。第2节废水在微生物作用下的分解一、好氧分解废水中的有机物在有氧的情况下，通过好氧分解，由好氧菌作用，则：形成的酸与水中碱性物质作用形成盐。二、厌氧分解在无氧情况下，由厌氧微生物作用，形成以下产物：由于有硫化氢等生成，所以废水会产生臭气，且与废水中的铁作用形成黑色的硫化亚铁，所以水呈现黑色。第3节不含氮有机物的分解一、纤维素的转化）葡萄糖进入菌体，一部份用于细胞物质的合成，另一部份作为能量物质。有氧时：缺氧时：发酵后的产物又可被其它细菌分解，如：二、淀粉的转化淀粉糊精麦芽糖葡萄糖参加的微生物有曲霉、根霉等霉菌。三、脂肪的转化+3H2O甘油+脂肪酸甘油、脂肪酸有氧时分解成二氧化碳和水或合成微生物细胞，缺氧时，甲烷菌可利用二氧化碳分解脂肪酸成较简单的酸，最后变成二氧化碳和甲烷。2RCH2CH2COOH+CO2+2H2O2RCOOH+2CH3COOH+CH44、芳香族化合物的转化（如酚）酚CO2+H2O由食酚假单胞菌和解酚假单胞菌作用，目前已广泛用于含酚工业废水的处理。5、自然界中的碳素循环第四节含氮有机物质的分解一、蛋白质的转化1、氨化作用蛋白质在蛋白酶的作用下逐渐水解成简单的物质，最后形成氨基酸，氨基酸渗入细菌的细胞，一部份再合成菌体蛋白质，也可转变成另一种氨基酸或进行脱氨基作用。有氧时：RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3无氧时：RCHNH2COOH+H2RCH2COOH+NH3生成的氨作为微生物所需的氮源。氨化作用：由有机氮转化为氨态氮的过程。能进行氨化作用的细菌叫氨化细菌，如变形杆菌、腐败梭菌。在氨基酸的分解过程中，不仅有NH3，且有H2S等产生，因此产生臭味。这些至臭物质仅在缺氧条件下才会累积到一定程度而影响环境，在有氧时会氧化成无臭物质。2、硝化作用氨在硝化细菌的呼吸过程中先氧化成亚硝酸，再氧化成硝酸。硝化作用：由氨氧化成硝酸的过程。由亚硝酸菌和硝酸菌来完成。该菌为好氧菌、在中性偏碱中生长，自养菌G-硫化作用：硫化氢氧化成硫酸的过程在有氧时，蛋白质最后被氧化成CO2、H2O、HNO3、H2SO4、H3PO4，产生的酸与碱性物质生成盐。3、反硝化作用反硝化作用：硝酸盐在缺氧的情况下，可被厌氧菌作用而还原成亚硝酸盐和氮等。这一过程称反硝化作用。发生反硝化作用的细菌叫反硝化细菌，如反硝化杆菌。C6H12O6+NO3-CO2+H2O+N2+Q反硝化作用为细菌的厌氧呼吸，只有在硝酸盐和有机物同时存在而氧不足的情况下才发生。反硝化作用在水处理中的作用：在活性污泥曝气池的出水中会含有NO3-，如果含量高，则在二沉池中，污泥由于反硝化作用产生大量N2，气体的上升将促使污泥杂质浮起而影响沉淀效果。二、尿素的转化CO（NH2）2+2H2O（NH4）2CO3（NH4）2CO32NH3+CO2+H2O尿素细菌产生尿素酶，有球、杆、好氧菌。三、氮的循环自然界中存在三种基本类型的N：A、空气中78%的N2；B、生物体中含有N；C、土壤中的硝酸盐和铵盐。这三种类型是相互转化的。第五节无机元素的转化一、硫的转化硫化作用：硫化氢被氧化为硫磺和硫酸的过程，由硫磺和硫化细菌引起。反硫化作用：硫酸盐被还原成硫化氢的过程。水处理中的作用：硫酸盐在反硫化细菌的作用下产生硫化氢，产生的硫化氢再通过细菌的硫化作用产生大量的强酸而腐蚀。二、磷的转化磷酸钙可借微生物作用过程中产生的酸转化为可溶性磷酸氢钙，可溶性磷酸氢钙被生物吸收而转化为有机磷，有机磷在细菌的作用下可分解产生磷酸，从而又形成磷酸盐。三、铁的转化低价铁在铁细菌的作用下，可形成氢氧化铁沉淀，一方面净化了废水，另一方面沉淀的氢氧化铁也阻塞了管道，形成的氢氧化铁在其它微生物生命活动中产生的酸作用下而溶解或因环境改变而被还原成低价铁，溶解了的铁又可被微生物吸收而形成有机铁化物，有机铁又可被微生物分解而无机化。第5节废水的好氧处理和厌氧处理一、好氧生物处理1、好氧生物处理的机理好氧生物处理是在有氧的情况下，借好氧微生物的作用来进行，在处理过程中，废水中的溶解性有机物质透过细菌的细胞壁和细胞膜而为细菌所吸收，固体和胶体有机物质先附着在细菌体外，由细菌所分泌的外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞，细菌通过自身的生命活动，把一部份吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出细菌生长、活动所需要的能量，而把另一部份有机物同化为新的细胞物质，于是细菌逐渐生长繁殖，产生更多的细菌，有机物被处理掉。氧化：CXHYOZ+O2CO2+H2O+能量合成：CXHYOZ+O2+NH3C5H7NO2（细胞物质）+CO2+H2O+能量内源呼吸：C5H7NO2（细胞物质）+O2CO2+H2O+NH3+能量生物处理构筑物内新生长的细胞物质等于合成的细胞物质减去内源呼吸而耗去的细胞物质。即：ΔS-新生长的细胞物质（Kg/d）Lr-新利用的食料，即去除的BOD5（Kg/d）a-合成系数b-衰减系数（1/d）Sa-构筑物内原有的细胞物质（Kg）2、废水的几种好氧处理法简介（1）活性污泥处理法ΔS为剩余污泥中的挥发性部份。1活性污泥的组成和性质活性污泥食物金字塔活性污泥为絮绒颗粒，静置时它们可立即凝聚成较大的绒粒而下降。菌胶团是其主要成份，活性污泥絮状体是由菌胶团和丝状菌组合而成的，丝状菌犹如絮状体的骨架，菌胶团粘结在骨架上，相互交织在一起如同骨和肉的关系，另外还夹有一些有机和无机的悬浮物，还有原生动物和后生动物，并以此判断活性污泥性能的好外，如固着型纤毛虫多，则活性污泥很好。107-108个/ml细菌，103/ml原生动物，活性污泥的粒径在0.02mm-0.2mm,该粒径有利于对污物的吸附。曝气池内混和液的比重为1.002-1.003,回流污泥为1.004-1.006,好的活性污泥含水率在99%左右,含水率过高,沉降性能差.2环境因素对活性污泥的影响A、溶解氧单个好氧菌当O2高于0.1-0.3mg/L时,可正常生长,要使活性污泥絮状体中的微生物达到此含氧标准,曝气池混合液中的O2不低于2mg/L.溶解O2过低,有利于丝状菌的大量繁殖,因丝状菌的体型长,表面积大,比其它细菌容易夺得O2,故在竞争中占优势,而引起污泥膨胀,且一旦丝状菌建立优势,其它细菌就更不易取得O2.使得活性污泥膨胀不可纠正.克服污泥膨胀的方法：加强运转管理，防止膨胀的发生；剪切丝状菌体，防止膨胀的发生。有射流曝气剪切和机械搅拌剪切，射流曝气能够曝气充氧，与此同时，射流器的高速喷流吸气过程对混合液（射流器的工作液体）进行强烈紊动和剪切，从而阻止了长丝状体的形成，机械搅拌器可对混合液进行搅拌剪切，可克服污泥膨胀，搅拌器设在曝气池之前的另一搅拌曝气小池中，转速为3000转/分。B、营养物：BOD5：N：P=100：5：1C、温度：20-30℃低于10℃或高于35℃处理效果不好D、PH：6-9较好E、有毒物质（2）生物漠法生物滤池和活性污泥法的食物金字塔的对比微生物附着在固体表面上生长，当废水流经滤床和生物膜接触过程中，其中有机物即被微生物吸附、稳定、废水得到了无害化处理。特点：运转方便、简易，不存在污泥膨胀。但滤床常发生堵塞，负荷率较低，致占地面积较大。生物膜的形成：当废水通过滤床与滤床表面接触过程中，在充分供氧的情况下，微生物（亦可在挂膜阶段接种微生物）利用废水中的食料生长繁殖，随时间的延长，微生物增多，在滤料表面形成具有大量微生物群的粘液状膜，即生物膜。随着废水处理的进行，膜的表面为好氧层，而膜的内部则缺氧，厌氧代谢产物过多，二层膜（好氧层、厌氧层）间失去平衡，好氧层中的生态系统遭到破坏，生物膜自然脱落，并又开始增长新的生物膜，生物膜的增长、脱落和更新不断周而复始循环进行。生物膜对水质的要求：悬浮固体不能过多，不应含有有毒物质，有必需的营养物质，滤床温度在25-37℃较适合，而这决定于废水的温度。3、好氧处理的特点A、处理效果好，水质基本上无臭气；B、时间短、效率高。宜于处理大量废水；C、需氧的供应和比较复杂的处理设备。二、厌氧生物处理1、厌氧生物处理机理在无氧的条件下，借厌氧微生物的作用来进行，厌氧处理经历二个阶段：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。分解初期微生物活动中的分解产物是有机酸、醇、氨、二氧化碳、硫化氢、磷化氢等，在这一阶段有机酸大量积累，PH下降，叫酸性发酵阶段，参与的细菌为产酸细菌，在后期，由于产生的氨的中和作用以及另一群统称为甲烷细菌的微生物开始分解有机酸和醇，产生甲烷和二氧化碳，PH迅速上升，这一阶段叫碱性发酵阶段。2、厌氧处理的特点A、反应速度慢、时间长；B、处理效果差。产生臭味、黑色物质；C、在密闭的池中进行，且池子需要容积大；D、产生的甲烷可作能源；E、运行过程的能耗少，运转管理费用少（不需供氧设备）；根据好氧处理和厌氧处理的特点，污泥一般用厌氧处理，而废水用好氧处理。3、厌氧处理对环境要求A、PH：6.5-7.5B、有毒物质C、营养物质D、温度第7章微生物的研究方法第1节微生物的观察光学显微镜最大的放大倍数为2000倍电子显微镜最大的放大倍数为几十万倍,观察病毒因细菌为无色半透明,个体小,通过染色,观察细菌的形状大小,染料:美蓝、石碳酸品红等复染色：使用两种染料，用来鉴定细菌。如革兰氏染色。观察活细菌可用压滴法和悬滴法第2节微生物的培养和纯种分离一、微生物的培养及培养基培养基：是供微生物生长的营养基质。含有微生物生长所需的各种营养及适宜的PH等环境条件。可分为液体、固体、半固体培养基液体培养基：用于鉴别（生化反应）半固体培养基：用于观察运动固体培养基：用于纯种分离、菌落观察等固体培养基（加1.5-3%的琼脂,100℃熔化,40℃凝固）,可制成平板和斜面,平板用于纯种分离,斜面用于培养和保藏菌种.二、微生物的纯种分离平板稀释分离和平板划线分离第三节微生物的保藏和复壮一、菌种的保藏保藏的目的：不死，且尽量保持优良的特性。原理：微生物的代谢作用相对地处于不活泼状态方法：低温、干燥和真空冰箱保藏法：将生长好的菌放在4℃左右的冰箱中，每隔一定时间转接到新鲜培养基上，以免死亡，转接一次可保藏1-3个月二、菌种的衰退和复壮衰退的原因：一种是由于变异而引起的，另一种是由于衰老而引起的，变异是由于少数细胞发生了变异，随着生长而繁殖，使得变异了的细胞增多，可用稀释分离的方法将未变异的个体分离出来，衰老是由于营养物质的减少和细胞内不断排出的一些不利于生长的废物的累积而引起的，培养越久，越易退化，衰老的菌分离后，得不到复壮的效果。第四节灭菌灭菌：杀死一切微生物消毒：杀死病原微生物常用的灭菌方法有高温灭菌：烧灼、干热烘烤、高压蒸汽灭菌干热烘烤：160℃、2小时高压蒸汽灭菌：121℃、15-20分钟。实验课程安排实验一微生物实验的基本操作实验二培养基的制备及灭菌实验三微生物纯种分离、培养及斜面培养基的制备实验四纯培养菌种的菌体、菌落形态观察实验五微生物的接种及染色实验六显微镜的使用及微生物形态的观察实验一微生物实验的基本操作实验二培养基的制备及灭菌1、目的1、学会玻璃器皿的洗涤和灭菌前的准备工作2、掌握培养基的配制和无菌水的制备方法3、掌握高压蒸汽灭菌技术及干热灭菌方法2、内容1、每人作小棉塞2个（试管），大棉塞1个（锥形瓶）2、每大组洗涤并包装吸管6支，培养皿6个3、每大组配培养基250毫升4、每大组制无菌水6支×9ml,1瓶×99ml5、对以上制作培养基及包扎好的器皿进行灭菌附细菌培养基：蛋白胨2.5g牛肉膏0.75g氯化钠1.25g琼脂2.5-5g蒸馏水250mlPH7.4-7.6放线菌培养基：可溶性淀粉5g氯化钠0.125gKNO30.25gK2HPO40.125gMgSO40.125gFeSO40.0025g琼脂5g水250mlPH7.2-7.4霉菌培养基：KCl0.125g氯化钠0.125gNaNO30.75gK2HPO40.25gMgSO40.125gFeSO40.0025g琼脂5g水250mlPH6-7或自然实验三微生物纯种分离、培养及斜面培养基的制备一、目的1、掌握微生物纯种分离的方法2、了解斜面培养基的制作技术3、进一步熟悉高压蒸汽灭菌操作二、内容1、每组进行平板稀释分离2、每组进行平板划线分离3、每组制斜面培养基6支实验四纯培养菌种的菌体、菌落形态观察实验五微生物的接种及染色1、目的1、熟悉细菌、霉菌、放线菌、酵母菌的菌落形态及特征2、掌握微生物的接种技术3、掌握微生物的单染色及革兰氏染色技术二、内容1、每人分别观察细菌、放线菌、霉菌、酵母菌的菌落特征2、每人选择一个菌落进行接种3、每人选择一个菌落进行单染色4、每人选择一个菌落进行革兰氏染色单染色：涂片干燥固定染色水洗吸干美蓝3-5分钟石碳酸品红1-2分钟革兰氏染色：涂片干燥固定草酸铵结晶紫（1分钟）水洗碘液（1分钟）水洗酒精脱色（30秒）水洗番红（1分钟）水洗实验六显微镜的使用及微生物形态的观察一、目的1、掌握普通光学显微镜的使用方法2、观察微生物的形态及细菌的特殊构造二、内容1、每人观察球菌、杆菌的形态2、观察芽孢、荚膜、鞭毛等特殊构造3、观察细菌的运动情况4、对革兰氏染色片进行观察，判断其G+或G-性谢谢观看!欢迎您的下载，资料仅供参考,如有雷同纯属意外重组的DNA分子受体，不具有合成色氨酸，能合成组氨酸加DNA酶少量活SⅢ菌多数RⅡ活菌培养死SⅢ菌RⅡ活菌轮虫固着型纤毛虫游泳型纤毛虫鞭毛虫细菌有机物微生物的数量藻类（除蓝藻）后生动物原生动物霉菌酵母菌真菌蓝细菌（蓝藻）放线菌细菌真核生物原核生物细胞形态的微生物病毒（包括噬菌体）非细胞形态的微生物水中的生物受体细胞受体细胞受体细胞污水溶解氧细菌氧化作用菌体CO2+H2O+NH3藻类光合作用藻类光病毒被膜衣壳核酸蛋白质、多糖等（只有少数有）衣壳粒核衣壳衣壳粒核酸衣壳Cl2+H2O=HOCl+H++Cl-HOClH++OCl-有效氯=∑（所含氯元素的化合价+1）*35.5/分子量*100%细菌、藻类原生动物鱼类人废物入流废水落石出可沉固体O2腐生细菌CO2NH3PO43-H2OO2亚硝酸菌NO2--O2硝酸菌NO3-溶解氧流程废水排放点耗氧∠复氧耗氧=复氧耗氧大于复氧氧垂曲线CCO2+碳酸盐HH2ONHNO3PH3PO4SH2SO4C有机酸CH4+CO2N氨基酸NH3+胺PPH3+有机磷化物SH2S+有机硫化物(C6H10O5)nC12H22O11(纤维二糖)C6H12O6（葡萄糖）纤维酶H2O纤维二糖酶H2OC6H12O6+6O26CO2+6H2O+Q�C6H12O62CH3CHOHCOOH+Q2CH3CH2OH+CO22CH3COOH+CH4+Q甲烷菌CH3COOHCO2+CH4+Q甲烷菌H2OH2OH2OCH2OOCR1CHOOCR2CH2OOCR3脂肪酶CO2有机残余物动物植物及自养微生物燃烧微生物死亡死亡呼吸吞食呼吸光合同化尿素酶含N有机残余物NH3NO2-NO3-N2微生物及植物动物空气氨化作用亚硝酸菌硝酸菌反硝化固氮死吞食死有机硫H2SO4H2SS同化反硫化矿化硫化硫化有机物+O2+微生物细胞物质（微生物增长）合成氧化CO2、H2O、SO42-、NH3、PO43-+Q随水排出热ΔS=aLr-bSa进水曝气池二沉池出水剩余污泥回流污泥进水初沉池滤池二沉池出水有机物+微生物细胞物质有机酸、醇、CO2、NH3、H2S、PH3等+能量+微生物细胞物质CO2+CH4+能量酸性发酵产酸细菌碱性发酵甲烷菌�EMBEDPBrush����EMBEDPBrush����EMBEDPBrush���PAGE欢迎下载_1202542279.unknown_1265990858.unknown_1202541872.unknown