微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用

微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二土著微生物：authochthonousmicroorganism指在一定給定的生境中生存、生長和進(jìn)行活躍代謝的微生物，并且這些微生物能與來自其他群落的微生物進(jìn)行有效的競爭，它從生理方面完全適應(yīng)了這一生境的物化條件。外來微生物：allochthonousmicroorganism指來自于其他生態(tài)系統(tǒng)的微生物，這些微生物不能在這一生境中長期生活下去。第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)土壤微生物生態(tài)

一、土壤的生態(tài)條件1、營養(yǎng)：豐富的營養(yǎng)2、pH：適合大多數(shù)微生物生長。3、滲透壓：等滲或低滲環(huán)境。4、氧和水：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中可保持大量空氣和水。5、溫度：保溫性強(qiáng)，變動(dòng)幅度小，10-25℃6、保護(hù)層：吸收紫外線。第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二二、微生物在土壤中的種類、數(shù)量和分布（一）種類和數(shù)量土壤中的微生物可粗分為兩大類：土著微生物、外來微生物。一般土壤微生物指的是土著微生物。種類主要有細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物五類。數(shù)量上以細(xì)菌最多→放線菌→真菌→藻類→原生動(dòng)物。但生物量真菌常比細(xì)菌大，放線菌接近細(xì)菌。pH的變化可引起微生物種類和數(shù)量的變化.第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二1、細(xì)菌：桿狀的居多，球狀的較少，G+較多，主要是異養(yǎng)菌。2、放線菌：鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬最多，小單胞菌也很普遍，隨土壤深度增加而減少比細(xì)菌慢。3、真菌：大多是好氧性的。存在于10cm以內(nèi)的頂層土壤中，30cm以下就很少4、藻類和藍(lán)細(xì)菌：多棲息于多水的表層土壤。季節(jié)性變化明顯，春秋多冬夏少。5、原生動(dòng)物：最多的是鞭毛蟲，其次是肉足類，纖毛蟲較少。（二）微生物在土壤中的分布水平分布垂直分布第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二三、土壤自凈和污染土壤的微生物生態(tài)（一）土壤自凈

土壤對(duì)施入其中一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)物污染物具有吸附和生物降解能力，通過各種物理、生物化學(xué)過程自動(dòng)分解污染物使土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程。自凈能力取決于土壤中微生物的種類和數(shù)量，以及土壤自身的理化性質(zhì)如土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、有機(jī)物含量、pH值、陰陽離子的種類和含量等。土壤容量指土壤對(duì)污染物的最大承受量或負(fù)荷量。第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（二）污染土壤的微生物生態(tài)

污水長期灌溉會(huì)引起土壤微生物生態(tài)的變化：區(qū)系和數(shù)量改變。（1）

產(chǎn)生可分解各種污染物的微生物種類。（2）

重金屬的作用。

第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二隱蔽性和潛伏性不可逆性和長期性后果嚴(yán)重性特點(diǎn)四、土壤污染和土壤生物修復(fù)（一）土壤的污染及其不良后果土壤污染的后果破壞土壤生態(tài)平衡隨食物鏈危害人體健康致病微生物的存在

第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（二）

土壤修復(fù)

土壤生物修復(fù)是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，構(gòu)建特異的基因工程菌株加入污染土壤中，將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，恢復(fù)土壤的功能。費(fèi)用省環(huán)境影響小最大限度地降低污染物濃度可用于其他技術(shù)難以應(yīng)用的土地可同時(shí)處理污染土壤和地下水

優(yōu)點(diǎn)不能降解所有的污染物要對(duì)地點(diǎn)和存在污染物進(jìn)行考察微生物活性受溫度和環(huán)境條件的影響不能將污染物全部去除

局限性第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二1、土壤生物修復(fù)的工作步驟：①

調(diào)查本底資料②

選擇技術(shù)路線，進(jìn)行可處理性試驗(yàn)技術(shù)咨詢→列出方案→確定最佳技術(shù)→設(shè)計(jì)小試和中試③

技術(shù)實(shí)施第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二引入土壤的大多數(shù)基因工程菌在無外加碳源的條件下，不能在土壤中生存和增殖，目的基因表達(dá)的產(chǎn)物對(duì)微生物本身的活動(dòng)并無益處，有時(shí)還會(huì)降低基因工程菌的競爭力。解決這一問題的途徑是為基因工程菌創(chuàng)建一個(gè)生態(tài)位使其能利用土著菌不能利用的選擇性基質(zhì).加入后會(huì)造成土壤微生物系統(tǒng)的暫時(shí)失衡，土著微生物需要一段時(shí)間來適應(yīng)，基因工程菌就可利用這段時(shí)間來建立自己的生態(tài)位。2、土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵（1）微生物種①

土著微生物②外來微生物③基因工程菌第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（2）微生物營養(yǎng)：土壤和地下水中，尤其是地下水中，氮、磷都是限制微生物活性的重要因素。因此要保持一定的C：N：P比值，一般以土壤微生物C：N=25：1，污水好氧生物處理BOD5：N：P=100：5：1作為參考值。（3）溶解氧：溶解氧是現(xiàn)場處理的關(guān)鍵因素。土壤結(jié)構(gòu)、土質(zhì)、污染物數(shù)量的不同，溶解氧含量也不同。為了增加溶解氧，可以采用一些工程的方法：鼓風(fēng)、添加產(chǎn)氧劑。（4）微生物的環(huán)境因子第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（1）微生物修復(fù)①原位處理：

直接采用生物修復(fù)技術(shù)，不需要將土壤挖出和運(yùn)輸，一般采用土著微生物處理。先鉆注水井、抽水井，通過向地面上抽水推動(dòng)地下水在地層流動(dòng)，促進(jìn)微生物的分布和營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，保持氧供應(yīng)。工藝較簡單，費(fèi)用較省，但處理時(shí)間較長，而且在長期的生物修復(fù)過程中，污染物可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散到深層土壤和地下水中。

適用于處理污染時(shí)間較長，狀況已基本穩(wěn)定的地區(qū)或污染面積大的地區(qū)。2、土壤生物修復(fù)工程第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二生物通風(fēng)bioventing：是改進(jìn)和強(qiáng)化原位處理的一種方法。通常用于地下儲(chǔ)油罐泄漏造成的輕度污染土壤的生物修復(fù)。第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二②異位生物修復(fù)

主要包括現(xiàn)場處理法、預(yù)制床法、堆制處理法、生物反應(yīng)器和厭氧生物處理法a、現(xiàn)場處理法

土壤耕作處理是現(xiàn)場處理土壤污染常用的方法。被污染的廢物施在土壤上，通過施肥、灌溉和加石灰等管理措施，保持氧氣、水分和pH的最合適值，并進(jìn)行耕作以改善土壤的通氣狀況，確保在污染廢物和下面土層中污染物的降解。第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二b、預(yù)制床（

挖掘堆置）法：預(yù)制床的底面為滲透性低的物質(zhì)，如高密度的聚乙烯或粘土。將污染土壤轉(zhuǎn)移到預(yù)制床上，通過施肥、灌溉，調(diào)節(jié)pH，有時(shí)還加入微生物和表面活性劑，使其最適合污染物的降解。C、堆制處理法將受污染的土堆挖掘起來運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)經(jīng)過各種工程準(zhǔn)備（布置防止?jié)B漏底，通風(fēng)管道等）的地點(diǎn)堆放，形成上升的斜坡，并在此進(jìn)行生物修復(fù)的處理，處理后的土壤再運(yùn)回去。第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二D、反應(yīng)器處理：將污染土壤置于一專門的反應(yīng)器中處理。反應(yīng)器可使土壤與微生物及其他添加物如營養(yǎng)鹽，表面活性劑等徹底混合，能很好的控制降解條件，因而處理速度快，效果好。生物反應(yīng)器處理的過程為：先挖出土壤與水1：2混合，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)器。為了提高降解速率，常在反應(yīng)器中加入已被馴化的微生物。處理后的土壤與水分離后再運(yùn)回原地。第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（2）植物修復(fù)技術(shù)植物生物修復(fù)是利用植物體內(nèi)對(duì)某些污染物的積累、植物代謝過程對(duì)某些污染物的轉(zhuǎn)化和礦化，植物根圈與根莖的共生關(guān)系增加微生物的活性的特點(diǎn)，加速土壤污染物降解速度的過程。植物修復(fù)的方式包括植物提取、植物降解和植物穩(wěn)定化三種。植物生物修復(fù)是一項(xiàng)利用太陽能動(dòng)力的處理系統(tǒng)，具有處理費(fèi)用低，減少場地破壞等優(yōu)點(diǎn)而受到普遍重視。第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)空氣微生物

第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二一、空氣的生態(tài)條件有較強(qiáng)的紫外輻射、干燥、溫差大、缺乏營養(yǎng)、高空缺氧，不適合微生物生長?？諝獠皇俏⑸锷L繁殖的場所。二、空氣微生物種類、數(shù)量和分布來源：都是在水體、土壤和高等生物中生長，并由空氣塵埃、土粒等搬運(yùn)進(jìn)入大氣的。微生物在空氣中的存活時(shí)間取決于空氣的相對(duì)濕度、紫外輻射的強(qiáng)弱、塵埃顆粒的大小和數(shù)量，微生物的適應(yīng)性及對(duì)環(huán)境的抵抗能力。第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二室外空氣中微生物數(shù)量與環(huán)境衛(wèi)生狀況和綠化程度有關(guān)。室外空氣中主要存在著真菌、細(xì)菌、藻類的孢子和原生動(dòng)物的胞囊。細(xì)菌以產(chǎn)芽孢、有色素的為主。

室內(nèi)空氣中微生物的數(shù)量與人員密度、活動(dòng)情況、空氣流通程度、室內(nèi)衛(wèi)生狀況關(guān)系很大。

三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及衛(wèi)生潔凈技術(shù)

衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)一般以500-1000個(gè)微生物/m3作為空氣污染的指標(biāo)?？諝馕⑸镄l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)可以浮游細(xì)菌或降落菌為指標(biāo)。第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二四、空氣微生物檢測（一）

測定方法1、固體法（1）平皿落菌法

瓊脂平板打開后暴露空氣5-10min，培養(yǎng)48h，計(jì)算菌落數(shù)奧氏公式：C=1000×50N/（A×t）N=菌落數(shù)，A=捕集面積，t=暴露時(shí)間。

此法計(jì)算的浮游菌數(shù)比實(shí)際的菌少。沒有考慮塵埃粒子大小、數(shù)量、氣流情況、人員密度和活動(dòng)情況。

第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（2）撞擊法:

用吸風(fēng)機(jī)或真空泵將含菌空氣以一定流速穿過狹縫，平板與狹縫間隔2mm，平板以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，一般轉(zhuǎn)動(dòng)一周，取出后37℃培養(yǎng)48h，計(jì)算菌落：C=1000×平板菌落數(shù)/（氣流量L×?xí)r間tmin）第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2、液體法

將一定體積的含菌空氣通入無菌蒸餾水或無菌液體培養(yǎng)基，將細(xì)菌阻留于無菌水中，然后取一定量菌液涂布瓊脂平板，或取一定量菌液倒平板。（二）

空氣微生物的檢測點(diǎn)數(shù)：20-30為宜，至少5-6個(gè)（三）

培養(yǎng)溫度時(shí)間：37℃培養(yǎng)48h（四）

浮游菌最小采樣量和最小沉降面積第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二第四節(jié)水體微生物生態(tài)

第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二營養(yǎng)：一般江河湖泊和池塘的營養(yǎng)較豐富，湖岸區(qū)域比湖中央含有機(jī)物質(zhì)多。海水和鹽湖含有較高鹽分，但其他營養(yǎng)缺乏，雨水基本上是蒸餾水。溫度：淡水變化在0-36℃。海洋表面水，兩極-1.7℃，在熱帶和亞熱帶25-35℃，深海常常是0℃上少許，90%海水小于5℃。溶解氧：氧在水中溶解度較小，是水環(huán)境中最重要的限制因子之一。靜水湖泊中氧易被好氧微生物耗盡，江河流域可由于水的流動(dòng)不斷補(bǔ)充氧。溶解氧在一定范圍內(nèi)隨溫度的降低而增加。第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二pH：淡水pH在3.7-10.5之間，大多數(shù)湖水平均pH7左右，海水pH一般維持在8.0-8.3之間。適合微生物生長。光：水體中光合帶的范圍10-100m，清澈水體中可達(dá)200m，水體表面微生物數(shù)量較下層少。水體中微生物的來源：水中固有微生物來自土壤微生物來自生產(chǎn)和生活微生物來自空氣微生物第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)（一）

水體自凈1、水體自凈過程河水接納了一定量的有機(jī)污染后，能進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，利用物理、化學(xué)和生物作用將水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平——水體自凈。物理作用有氧化還原反應(yīng)、吸附沉淀反應(yīng)、酸堿中和、硝酸鹽和磷酸鹽的釋放等，最重要的是生物作用，即微生物對(duì)有機(jī)物無機(jī)物的同化和異化作用。任何水體都有自凈容量，即水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機(jī)污染物的最大數(shù)量。第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二污水第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二水體自凈可分為幾個(gè)階段：（1）

污染階段：有機(jī)物濃度大量增加。好氧細(xì)菌開始分解有機(jī)物，氧被消耗下降至零。厭氧細(xì)菌大量繁殖呈直線上升，有機(jī)物經(jīng)厭氧分解后產(chǎn)生PO43-、NH3、H2S，NH3、H2S被硝化細(xì)菌和硫化細(xì)菌氧化為NO3-、SO42-。（2）

分解階段：有機(jī)物濃度由于分解而顯著下降，水體復(fù)氧速度小于耗氧速度。隨著河流的流動(dòng)，有機(jī)物含量漸漸下降，復(fù)氧速度慢慢大于好氧速度，原生動(dòng)物開始大量出現(xiàn)，異養(yǎng)菌數(shù)量明顯下降。（3）

恢復(fù)階段：有機(jī)物濃度下降到最低點(diǎn)，異養(yǎng)菌數(shù)量減少，原生動(dòng)物也減少。溶解氧恢復(fù)到原先水平。藻類大量生長。（4）清水階段：自凈過程完成，各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)到未污染前水平

第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2、衡量水體自凈的指標(biāo)（1）

P/H指數(shù)：P=光合自養(yǎng)型微生物，H=異養(yǎng)型微生物?？煞磻?yīng)水體污染的自凈程度。（2）氧濃度晝夜變化第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（二）污染水體的微生物生態(tài)

多污帶α-中污帶β-中污帶寡污帶水色暗灰色渾濁灰暗，水面有泡沫黃綠灰清澈有機(jī)物大量，主要是未分解的蛋白質(zhì)、糖類減少，蛋白質(zhì)分解為氨基酸、NH3氨鹽、NO3-、NO2-、有機(jī)物很少被礦化，有機(jī)物極少溶解氧極低或無少量多多BOD非常高高低很低H2S多較高少無底泥FeS，黑色Fe2S3→Fe（OH）3，不呈黑色Fe2O3幾乎全被氧化細(xì)菌數(shù)108/ml106-107/ml104/ml102-103/ml生物種類少，厭氧菌、兼性厭氧菌為主少多多個(gè)別優(yōu)勢種很強(qiáng)強(qiáng)弱弱水生植物無很少少多主要生物類群污水原生動(dòng)物（顫蚓，按蚊幼蟲藻類，原生動(dòng)物，蠕蟲、輪蟲藍(lán)細(xì)菌、綠藻、硅藻、原生動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、魚類、昆蟲魚腥藻、硅藻、黃藻、輪蟲鐘蟲變形蟲、水蚤、甲殼動(dòng)物、魚、水生植物第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2、水體有機(jī)污染指標(biāo)（1）

BIP指數(shù)：水污染生物指數(shù)biologicalindexofwaterpollution。無葉綠素微生物占所有微生物總數(shù)的比值BIP=B/（A+B）×100%

污染前污染

凈化開始持續(xù)結(jié)束P/H：高下降最低點(diǎn)上升高BIP：0~8上升60~100下降0~8第三十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（2）

細(xì)菌菌落總數(shù)（CFU）colonyformingunit：指1ml水樣在瓊脂培養(yǎng)基中37℃24h培養(yǎng)后所生長出的菌落總數(shù)。用于指示被檢的水源受有機(jī)物污染的程度。CFU只能說明被生活污水污染的程度，不能說明來源，通常用大腸菌群數(shù)來判斷水體是否被糞便污染。第三十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二（3）

總大腸菌群totalcoliform原理：天然水體由于糞便污染導(dǎo)致致病性微生物污染，但致病菌通常數(shù)量