環(huán)境工程微生物學(xué)進化版

1、1 環(huán)境微生物學(xué)是利用微生物學(xué)原理、方法和技術(shù)研究微生物與其環(huán)境的作用規(guī)律，從而對人類環(huán)境質(zhì)量進行監(jiān)測、污染控制和調(diào)控的新興科學(xué)2 非細胞結(jié)構(gòu)：病毒 原核微生物：細菌、放線菌 真核微生物：酵母菌、霉菌等真核微生物與原核微生物的區(qū)別：有無完整細胞核結(jié)構(gòu)3 病毒的繁殖過程共四步：吸附、侵入、復(fù)制與聚集、宿主細胞裂解和成熟噬菌體粒子的釋放4 細菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用（重在掌握應(yīng)用）常規(guī)活性污泥法利用生長下降階段（減速期、靜止期）的微生物；生物吸附法利用生長下降階段（靜止期）的微生物；高復(fù)合活性污泥法利用生長上升階段（對數(shù)期）和生長下降階段（減速期）的微生物；對于有機物含量低，BOD

2、5與COD比值小于0.3，可生化性差的廢水，可用延時曝氣法處理，即利用內(nèi)源呼吸階段（衰亡期）的微生物處理為什么常規(guī)活性污泥法不利用對數(shù)生長期的微生物？對數(shù)期生長繁殖快，代謝活力強，能大量去除廢水中有機物，但相應(yīng)要求進水有機物濃度高，則出水有機物的絕對值也相應(yīng)提高，不易達到排放標(biāo)準(zhǔn)。又因?qū)?shù)期生長繁殖旺盛，細胞表面的粘液層和莢膜尚未形成，運動很活躍，不易自行凝聚成菌膠團，沉淀性能差，致使出水水質(zhì)差。而靜止期的微生物代謝活力雖然較差，但仍有相當(dāng)?shù)拇x活力，取出有機物的效果仍然較好，最大特點是體內(nèi)積累了大量貯存物，強化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝、聚合力強，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好延

3、時曝氣法不利用靜止期的原因：低濃度有機物滿足不了靜止期微生物的營養(yǎng)需要，處理效果不會好，通常延長曝氣時間，即延長水利停留時間，以增大進水量，提高有機負(fù)荷，滿足微生物營養(yǎng)要求，得到較好處理效果5 原生動物胞囊形成過程先是蟲體變圓，鞭毛、纖毛或偽足等細胞器縮入體內(nèi)或消失，細胞水分陸續(xù)由伸縮泡排出，蟲體縮小，最后伸縮泡消失，分泌一種膠狀物質(zhì)于體表，爾后凝固形成胞殼6 原生動物和微型后生動物在污水生物處理中的指示作用原生動物（單細胞）：纖毛蟲的固著型（如鐘蟲）喜在寡污帶生活，中污帶也可生活，表明水質(zhì)好，活性污泥成熟；游泳型多生活在中污帶和中污帶，少數(shù)生活在寡污帶，表明水質(zhì)差鞭毛蟲喜在多污帶和中污帶生活

4、；變形蟲喜在中污帶或中污帶生活 微型后生動物：輪蟲是水體寡污帶和污水生物處理效果好的指示生物；線蟲表明水體缺氧，污水凈化程度差；寡毛類在夏、秋兩季生長適宜，宜在200C生長，如顫蚓和水絲蚓為河流、湖泊底泥污染的指示生物 由于污染水體溶解氧含量低，水蚤顏色比在清水中紅；苔蘚蟲喜清潔7 生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)是在一定時間和空間范圍內(nèi)由生物（包括動物、植物和微生物的個體、種群、群落）與它們的生活環(huán)境（光、水、土壤、空氣及其他生物因子）通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)所組成的一個自然體生態(tài)系統(tǒng)生物圈個體種群群落（核心）非生物環(huán)境生態(tài)平衡：一個生態(tài)系統(tǒng)在長時間內(nèi)，其結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定，物質(zhì)與能量輸入輸出接近平

5、衡，外來干擾下通過自然調(diào)節(jié)（或人為調(diào)控）能恢復(fù)原初的穩(wěn)定狀態(tài)生態(tài)平衡失調(diào)：外來干擾超過生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，而不能恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)8 土壤自凈和土壤修復(fù)土壤自凈：土壤對施入其中一定負(fù)荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解能力，通過各種物理、生化過程自動分解污染物使土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程土壤生物修復(fù)：利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中，降滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，使土壤恢復(fù)其天然功能9 空氣污染的指標(biāo)和指示菌空氣污染指標(biāo)：室內(nèi)1m3空氣中細菌總數(shù)為5001000個以上 指示菌：綠色鏈球菌10 水體自凈及其過程河流接納了一定量的

6、污染物后，在物理、化學(xué)和水生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)，叫水體自凈。自凈容量是指在水體單位時間內(nèi)正常生物循環(huán)中能同化有機污染物的最大數(shù)量過程：（1）有機污染物排入水體后被水體稀釋，有機和無機固體物沉降至河底（物理作用強）（2）耗氧菌增加使溶解氧含量下降，很多水生動物死亡，耗氧菌減少厭氧菌增加，藻類放氧和自然溶氧使含氧量增高，有機物缺乏和其他原因使細菌死亡（生物作用強）（3）日光、氧氣等對污染物的分解（化學(xué)作用弱）11 被污染的水體都是自凈水體12 衡量水體污染與自凈的指標(biāo)（重點）（1） P/H指數(shù)：P代表光合自養(yǎng)型微生物（有葉綠素微生物），H代表異養(yǎng)型微生物。

7、BIP值：BIP = 無葉綠素微生物H / 全部微生物數(shù)(P+H) * 100% 氧濃度高低與細菌含量有關(guān)，既與BIP有關(guān)；晝夜變化幅度與藻類既P/H有關(guān) 污染前 污染凈化開始持續(xù)結(jié)束 P/H指數(shù) 高 下降 最小 增高 高 BIP值 0 增高 60100 下降 08 溶解氧幅度 固定值 0 升高 降低 固定值（2） 氧濃度晝夜變化幅度：水體中溶解氧是由空氣中的氧溶于水和光合自養(yǎng)型微生物的光合作用放出氧氣得到補充，陽光的照射是關(guān)鍵因素。如果光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量多，P/H指數(shù)就高，溶解氧晝夜差異大。河流剛被污染時，P/H指數(shù)下降，光合作用強度小，溶解氧濃度晝夜差異小（3） 外觀特征：混濁程度、顏色

8、、氣味（原因：水中細菌、懸浮物的種類、數(shù)量）（4） 指示生物：植物、魚類等（指示生物包括：細菌、真菌、藻類、輪蟲、原生動物、浮游甲殼動物、底棲動物有寡毛類的顫蚯蚓、軟體動物和水生昆蟲）13 水體自凈指標(biāo)綜合應(yīng)用污化系統(tǒng)（狀態(tài)、指示生物）排污點下游自凈過程，沿河流方向有：多污帶、中污帶、中污帶和寡污帶多污帶：厭氧狀態(tài)，水成暗灰色，很混濁，水面有氣泡，無顯花植物，魚類絕跡。以厭氧菌和兼性厭氧菌為主，水底淤泥有大量寡毛類（顫蚯蚓）動物中污帶：水體灰色，半?yún)捬鯛顟B(tài)水面上有泡沫和浮泥。細菌數(shù)量較多，每毫升水約幾千萬個，有藍藻、裸藻、綠藻，原生動物有天藍喇叭蟲、椎尾水輪蟲、臂尾水輪蟲、美觀獨縮蟲和櫛蝦等，

9、底泥已部分無機化，滋生了很多顫蚯蚓中污帶：有機物較少，BOD和懸浮物含量低，溶解氧含量升高。細菌數(shù)量減少，藻類大量繁殖，水生植物出現(xiàn)。原生動物有固著型纖毛蟲，輪蟲，昆蟲等寡污帶（水體自凈完成的標(biāo)志）：有機物全部無機化，BOD和懸浮物含量極低，H2S消失，細菌極少，溶解氧恢復(fù)到正常含量，水的混濁度低。指示生物有魚腥草、硅藻、黃藻、鐘蟲、變形蟲、旋輪蟲、浮游甲殼動物、水生植物及魚14 總大腸菌群由于致病菌數(shù)量少，檢測不便，選用和它相近的非致病菌做間接指標(biāo)，結(jié)果選用總大腸菌群做致病菌的指示菌。我國規(guī)定1ml生活飲用水細菌菌落總數(shù)在100個以下。大腸桿菌3個/L 總大腸菌群可添加乳糖鑒定：包括埃希氏菌

10、屬，紫紅，金屬光澤；檸檬酸桿菌屬，紫紅或深紅色；腸桿菌屬，淡紅色，菌落中間色深；克雷伯氏菌屬，無色透明15 水體富營養(yǎng)化水體氮、磷營養(yǎng)過剩。淡水水體發(fā)生“水化”或稱“水花”，海洋稱“赤潮”或“紅潮”過程：藻類過量生長，產(chǎn)生大量有機物異養(yǎng)微生物氧化有機物耗氧，厭氧菌開始生長和代謝分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S導(dǎo)致水有難聞氣味魚和耗氧微生物大量死亡，水體出現(xiàn)大量沉淀物且顏色異常16 有機污染物生物凈化機理有機污染物生物凈化（無機化）的本質(zhì)：微生物轉(zhuǎn)化為無機物依靠：好氧分解（細菌，好氧有機物呼吸）、厭氧分解（厭氧細菌，發(fā)酵和厭氧無機鹽呼吸）17 多糖污染物、油脂的降解途徑（掌握大致思路）多糖水解為葡萄糖

11、糖酵解丙酮酸 無氧過程：乳酸、乙醇 有氧過程：乙酰輔酶A,經(jīng)三羧酸循環(huán)形成ATP、CO2、H2O油脂（水解氧化）水解為甘油和脂肪酸經(jīng)氧化徹底分解得到乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)18 芳香烴物質(zhì)相同的后半段降解途徑19 硫化細菌和硫磺細菌在有氧條件下，通過硫細菌的作用將硫化氫氧化為元素硫，再進而氧化為硫酸的過程參與微生物有硫化細菌和硫磺細菌硫化細菌：歸屬于硫桿菌屬（革蘭氏陰性桿菌），包括氧化硫硫桿菌，氧化亞鐵硫桿菌硫磺桿菌：包括絲狀硫磺細菌（均為革蘭氏陰性菌）和光能自養(yǎng)硫細菌。氧化硫化氫為元素硫的絲狀細菌有貝日阿托氏菌屬、透明顫菌屬、辮硫菌屬、亮發(fā)菌屬和發(fā)硫菌屬H2S氧化生成硫粒，繼續(xù)氧化成H2SO4，

12、其中伴有能量釋放，滿足細菌本身需要20 鑄鐵管道被腐蝕和阻塞的原理在混凝土排水管和鑄鐵排水管中，如果有硫酸鹽存在，管的底部則常因缺氧而產(chǎn)生硫化氫。硫化氫上升到污水表層（或溢出空氣層），與污水表面溶解氧相遇，硫化氫被硫化細菌或硫磺細菌將氧化為硫酸。再與管頂部的凝結(jié)水結(jié)合，使混凝土和鑄鐵管受到腐蝕。為減少腐蝕，除要求管道有適當(dāng)坡度，使污水流動暢通外，還要加強管道的維護工作。鐵細菌氧化亞鐵產(chǎn)生能量合成細胞質(zhì)。當(dāng)他們生活在鑄鐵水管中時，常因水管中有酸性水而將鐵轉(zhuǎn)化為溶解性的二價鐵，鐵細菌就轉(zhuǎn)化二價鐵為三價鐵（銹鐵）并沉積于水管壁上，越積越多，以致阻塞水管，故經(jīng)常要更換水管21 污水生物處理的基本原理（

13、三、四章重點 2131題）污水的生物處理，主要是利用微生物對污染物的降解和轉(zhuǎn)化功能，通過一定的人工技術(shù)措施，創(chuàng)造有利于微生物生長繁殖的良好環(huán)境，加速其新陳代謝過程，從而使污水中的有機污染物得以降解、去除有機污染物在微生物酶的作用下被逐步降解。一部分轉(zhuǎn)化為微生物體的組成部分，另一部分則通過生物氧化釋放能量，供給微生物各種生命活動所需。在污水生物處理構(gòu)筑物中，微生物、污染物和水呈混合狀態(tài)原理的四步驟：（1）生物絮凝（2）生物吸附（3）生物氧化（4）沉淀作用22 活性污泥、污泥膨脹 有機廢水經(jīng)過一段時間的曝氣后，水中會產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活

14、性污泥 污泥膨脹：指在活性污泥法處理污水的過程中，由于種種的原因所引起的污泥微生物結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致污泥的結(jié)構(gòu)松散，體積膨脹，進而影響到污水后續(xù)處理過程的現(xiàn)象SBR即序批式間歇曝氣反應(yīng)器法23 好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。是生物膜法凈化污水的工作主體24 微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)（活性污泥法）或固著狀態(tài)（生物膜法）25 好氧生物膜中的微生物種類及其功能 生物膜生物：以菌膠團為主；凈化和降解作用 膜面生物：固著型纖毛蟲和游泳型纖毛蟲，起促進濾池凈化速度，提高整體效率的作用 濾池掃除生物：輪蟲、線

15、蟲、寡毛類的沙蠶、顠體蟲等，起去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚和堵塞的功能。26 活性污泥法處理污水中菌膠團細菌和原生動物的作用菌膠團細菌的作用：（1）對有機物進行吸附和氧化分解（2）為原生動物和微型后生動物提供良好的生存環(huán)境（3）為原生動物提供附著場所 （4）具有指示作用 原生動物的作用：（1）指示作用（2）凈化作用（3）促進絮凝和沉淀作用絲狀細菌：活性污泥的重要組成成分，有很強的氧化分解有機物的能力，污水凈化中起著一定的作用。真菌：主要是腐生或寄生的絲狀菌，大量繁殖會導(dǎo)致污泥膨脹現(xiàn)象。27 厭氧生物處理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機物進行生化降解的

16、過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法 組成：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質(zhì)形成的污泥顆粒主要用于高濃度有機廢水的前處理;剩余活性污泥的處理厭氧法的缺點：1出水的有機物濃度高于好氧處理2對溫度變化較為敏感3厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感4. 初次啟動過程緩慢,處理時間長5處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)28 原生動物與出水水質(zhì)的關(guān)系（僅供參考）（1） 指示作用：微型后生指示動物有線蟲、輪蟲等；環(huán)境惡劣時會形成休眠體；還可判斷活性污泥的成熟程度（2） 凈化作用：因為原生動物大多可吞噬有機物（3） 促進絮凝與沉淀：主要靠菌膠團細菌，但有些需要靠原生動物（4） 促進二沉池的泥水分離29 好氧處理

17、與厭氧處理的比較厭氧處理不需氧氣，好氧處理需要氧氣，有曝氣裝置，消耗能源；厭氧處理產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電或作為能源；對營養(yǎng)物的需求量少；產(chǎn)生的污泥量少，運行費用低，好氧處理則產(chǎn)生的污泥處理繁瑣；出水的有機物濃度較高，不如好氧處理有機物徹底；對溫度變化、有毒物質(zhì)較為敏感（37度、毒物馴化處理）；初次啟動過程緩慢,處理時間長（好氧只需七天，厭氧需要八至十二周，慢但間歇處理有重起快的優(yōu)勢）；處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)30 微生物脫氮原理一級處理：除去廢水中的砂礫及大的懸浮物；二級生物處理：去除可溶性的有機物；除N等幾乎除凈深度處理：脫氮、除磷31 脫氮過程中的常見問題脫氮原理：1.好氧硝化（亞硝化細

18、菌NH3->NO3 硝化細菌NO3-> NO4）2.缺氧反硝化(H2NO4->N2->溢出，進入自然界中的氮循環(huán)，水中的氮少了) 常見問題：1.先脫碳、后脫氮（硝化菌的碳源是脫碳菌的代謝產(chǎn)物；有機碳源豐富時，脫碳菌世代周期短生長迅速 ，硝化菌氧利用不足，生長緩慢）2.硝化脫氮時有時需要補堿（NaHCO3)?（硝化作用消耗堿（NH3），水pH下降（硝化菌的最適pH為7.5-8.0 ）；補充碳源、升高pH）3.硝化菌世代周期長，容易從活性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？（掛生物膜或投加懸浮填料定期投菌）32 一級標(biāo)準(zhǔn)：廢水磷含量在05mg/L ；氨氮15mgL33 除磷原理和化

19、學(xué)機制 微生物除磷原理：依靠聚磷菌（兼性厭氧菌）聚磷，再從水中除去這些細菌好氧時：大量繁殖（消耗好氧狀態(tài)能源聚-羥基丁酸鹽（PHB），逆濃度梯度過量吸磷（貯備厭氧狀態(tài)能源多聚磷酸鹽顆粒(即異染顆粒) ）；厭氧時：正相反不繁殖，釋放磷酸鹽于體外（產(chǎn)生能量供其儲備好氧狀態(tài)消耗能源PHB）。34 消毒、消毒方法及原理定義：通過消毒劑或其它消毒手段，殺滅水中致病微生物（包括病毒、細菌、真菌、原生動物、腸道寄生蟲及其卵等）的處理過程消毒方法有：物理方法：紫外線、超聲波、加熱化學(xué)方法：加氯、臭氧、重金屬離子等化學(xué)試劑原理：加氯消毒：主要靠水解產(chǎn)物次氯酸起作用。可破壞細菌細胞質(zhì)膜；進入菌體內(nèi)的HOCl與菌體

20、蛋白或酶蛋白中氨基和巰基反應(yīng)而達到殺菌作用；還能與細菌、病毒的核酸結(jié)合達到殺滅效果臭氧消毒：僅僅次于氟的強氧化劑，它有很強的消毒能力，除能殺死細菌外，對耐藥性較強的病毒、芽孢也有很強的殺滅能力。能分解細菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必需的葡萄糖氧化酶；并直接與細菌和病毒發(fā)生作用，破壞細胞和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂肪類和多糖等大分子聚合物，使細菌的物質(zhì)代謝、生長和繁殖過程遭到破壞；能滲透細胞膜組織，侵入細胞膜內(nèi)使細胞發(fā)生畸變，導(dǎo)致細胞溶解死亡。臭氧消毒存在的主要問題是基建投資大，制備臭氧的電消耗高；臭氧在水中不穩(wěn)定易分解，沒有持久的殺菌作用35 堆肥化 堆肥化是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌和真菌等微生物，有控制地促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程 堆肥法是利用堆肥化過程來處理城市的生活垃圾及其他有機固體廢棄物的方法36 好氧堆肥的原理及處理過程中起作用的微生物 好氧堆肥在通氣條件下，利用好氧微生物分解大分子有機固體廢棄物為小分子有機物，部分有機物被礦化成無機物。在好氧堆肥過程中，會釋放出大量的熱能，使溫度升高，可達50-65，甚至80-90，最后有機固體廢棄物被完全腐