微生物生態(tài)與環(huán)境工程中的微生物作用

第二篇微生物生態(tài)與環(huán)境工程中的微生物作用第一章微生物生態(tài)第二章微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第三章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理第四章污、廢水深度處理和微污染源水預處理的微生物學原理第五章有機固體廢棄物與廢氣的微生物處理及其微生物群落第六章微生物學新技術在環(huán)境工程中的應用第一章微生物生態(tài)第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié)土壤微生物生態(tài)第三節(jié)空氣微生物生態(tài)第四節(jié)水體微生物生態(tài)第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈二、生態(tài)平衡三、生態(tài)系統(tǒng)的分類一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)是生物圈的組成部分與基本單元。它是由生物群落及其生存環(huán)境組成的一個整體系統(tǒng)，可用下式表述：生態(tài)系統(tǒng)=生物群落+環(huán)境條件生態(tài)系統(tǒng)的功能包括：生物生產、能量流動、物資循環(huán)、信息傳遞。生態(tài)系統(tǒng)的這些功能是在生物圈內進行的。生物圈是指：生存在地球陸地以上和海面以下個10km之間的范圍，包括巖石圈、土壤圈、水圈和大氣圈內所有生物群落和人以及他們生存環(huán)境的總體。二、生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，當能量和物質的輸入（被植物等固定）大于輸出（消費和分解、人類收獲）時，生物量增加；反之，生物量減少。如果輸入和輸出在較長時間趨于相等，生態(tài)系統(tǒng)的組成、結構和功能將長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。雖然各生物群落有各自的生長、發(fā)育、繁殖及死亡過程，但動物、植物和微生物等群落的種群、數量，它們的數量比均保持相對穩(wěn)定。即使有外來干擾，生態(tài)系統(tǒng)能通過自行調節(jié)的能力恢復到原來穩(wěn)定的狀態(tài)（例如土壤和水體的自凈）這就是生態(tài)系統(tǒng)的平衡，即生態(tài)平衡。三、生態(tài)系統(tǒng)的分類水體生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)海水生態(tài)系統(tǒng)河流生態(tài)系統(tǒng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)水體生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)動物生態(tài)系統(tǒng)植物生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)生存環(huán)境生存狀態(tài)微生物生存狀態(tài)水體微生物生態(tài)系統(tǒng)空氣微生物生態(tài)系統(tǒng)微生物生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié)土壤微生物生態(tài)一、土壤微生物生態(tài)二、微生物在土壤的種類、數量和分布三、土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)四、土壤污染和土壤生物修復一、土壤微生物生態(tài)土壤對微生物的生存的影響包括以下幾個方面：營養(yǎng)；pH；滲透壓；氧氣和水；溫度；保護層。二、微生物在土壤的種類、數量和分布土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指標之一。肥沃土：1×108~1×109個微生物/克土貧瘠土：1×106~1×107個微生物/克土根據土壤性質的不同，如pH、酸堿性、水分、透氣性等，土壤中所含的微生物數量和種類各不相同。微生物在土壤中的分布隨土層深度的增加而減少。三、土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)土壤對施入其中一定負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到原來水平的凈化過程，稱土壤自凈。由于土壤中含有大量的微生物，可用土地法處理廢水，污染物在土壤中的存在還會誘導土壤中微生物的變異。如果用污水對農田進行灌溉，只要不超過土壤自凈能力是不會引起土壤污染的。四、土壤污染和土壤生物修復當污染物排放到土壤中，超過了土壤的自凈能力，則會產生不良后果：1.破壞土地的生態(tài)平衡；2.有毒有害物質滲入到地下水中，危害人類；3.各種病原微生物會通過各種途徑進入人體引起人體疾病。針對污染土壤的問題，人們開始了污染土壤的生物修復工作。即針對污染物的性質，選用高效的微生物菌種，投入到受污染的土壤中，并配以適當的營養(yǎng)和氧氣，對受污染的土壤進行生物修復。針對受污染土壤的情況有原位生物修復、生物通風、挖掘堆置和反應器處理等方法。第三節(jié)空氣微生物生態(tài)一、空氣的生態(tài)條件二、空氣微生物的種類、數量和分布三、空氣微生物的衛(wèi)生標準及生物潔凈技術四、空氣微生物檢測一、空氣的生態(tài)條件空氣中有較強的紫外輻射，具有較干燥，溫度變化大，缺乏營養(yǎng)等特點。所以空氣不是微生物生長繁殖的場所。雖然空氣中微生物數量較多，但只是暫時停留。微生物在空氣中停留時間的長短由風力、氣流和雨、雪等氣象條件所決定，但它最終要沉降到土壤、水中、建筑物和植物上。二、空氣微生物的種類、數量和分布空氣中微生物的種類和所處的地理位置有關的，其數量也是如此，不同場所上空微生物的數量如下表所示：場所畜舍宿舍城市街道市區(qū)公園海洋上空北緯80°微生物(1~2)×1062×1045×1032001~20空氣中的微生物還隨著海拔高度而變化，一般來說，海拔越高，微生物數量越少。單位：個/m3三、空氣微生物的衛(wèi)生標準及生物潔凈技術清潔程度細菌總數(單位：個/m3)最清潔的空氣（有空調）1~2清潔空氣<30普通空氣31~125臨界環(huán)境~150輕度污染<300嚴重污染>301以細菌總數評價空氣的衛(wèi)生標準：外部大環(huán)境的衛(wèi)生潔凈技術主要靠綠化環(huán)境，搞好生態(tài)環(huán)境，局部環(huán)境主要可通過空氣過濾器來實現。四、空氣微生物檢測空氣中微生物的檢測可通過：固體法：（1）平皿落菌法；（2）撞擊法2.液體法空氣微生物的測點數越多越準確，以20~30個點為宜，最少測點數為5~6個。采樣后的培養(yǎng)溫度和時間一般是37℃和48h。第四節(jié)水體微生物生態(tài)一、水體的微生物群落二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)三、水體富營養(yǎng)化水體中微生物的來源主要有四個方面：1.水體中固有的微生物2.來自土壤的微生物3.來自生產和生活的微生物4.來自空氣微生物一、水體的微生物群落（一）海洋中微生物群落在近海由于自然和人為的影響，微生物含量比遠海要多。在海洋不同的深度，由于陽光和溶解氧的變化，微生物的含量呈一定的變化規(guī)律。在海洋上部以含有好氧性的微生物和藻類為主，在深處主要以兼性或厭氧性的微生物為主。海洋微生物的最大特點是耐鹽或嗜鹽性的。（二）淡水微生物群落河流、湖泊、小溪和池塘等水體中微生物種類和土壤中的相似。分布規(guī)律和海洋的相似。影響微生物群落和分布、種類和數量的因素主要有：水體類型、受污（廢）水污染程度、有機物的含量、水溫、pH及水深等。二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)水體自凈過程和各種水生物隨水流距離或時間的變化如圖所示。陽光一級生產者原生動物輪蟲、浮游甲殼動物魚其他動物人廢物、排泄物異養(yǎng)細菌(藻類、光合細菌、水生植物)水體自凈：水體接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的和水生物的因素的綜合作用下得到凈化，水質恢復到污染前的水平和狀態(tài)。水體自凈容量：是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機污染物的最大數量。（一）水體自凈由于天然水體的各種生物和微生物之間構成的一個生物循環(huán)的生物鏈，因而水體有一個自凈的能力。P/H指數：P代表光合自養(yǎng)型微生物，H代表異養(yǎng)型微生物，兩者的比即P/H指數。P/H指數反映水體污染和自凈程度。水體剛被污染，水中有機物濃度高，異養(yǎng)型微生物大量繁殖，P/H指數低，自凈速率高。在自凈過程中，有機物減少，異養(yǎng)型微生物數量減少，光合自養(yǎng)型數量增多，故P/H指數升高，自凈速率逐漸降低，在河流自凈完成后，P/H指數恢復到原有水平。氧濃度晝夜變化幅度和氧垂線：由于受到陽光照射的不同，水體中白天和晚上水體中溶解氧的含量是不同的。因此對于受污染的河流，水體中的微生物及水生生物也呈一定規(guī)律的變化。如圖所示。衡量水體自凈的指標（二）污水體系的微生物生態(tài)當有機物排入河流后，在排污點的下游進行著正常的自凈過程。沿著河流方向形成一系列連續(xù)的污化帶，例如多污帶、-中污帶、-中污帶和寡污帶。水體有機污染指標：BIP指數用來衡量水體有機污染程度。BIP=×100%BA+B式中：A為有葉綠素的微生物數；B為無葉綠素的微生物數利用BIP值可以判斷水體的污染程度。如下表所示：污染程度清潔水輕度污染水中等污染水嚴重污染水BIP值0~88~2020~6060~100細菌菌落總數(CFU)：細菌菌落總數是指1ml水樣在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中于37℃培養(yǎng)24h后所生長出來的菌落總數。由于糞便的污染，水源水中通常含有致病菌，其典型的代表有：痢疾桿菌——痢疾賀氏菌(Shigelladysenteriae)、副痢疾賀氏菌(Shigellaparadysenteriae)、傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphi)、甲型、乙型和丙型的副傷寒沙門氏菌(Salmonellaparatyphi)及霍亂弧菌(Vibriocholerae)等。水源水中細菌菌落總數不能說明污染物的來源，因此通常用大腸菌群數來判斷水的污染源。大腸菌群數被選作致病菌的間接指示菌是因為大腸菌群是人腸道中正常寄生菌，數量大，對人較安全，在環(huán)境中的存活時間與致病菌相近，而且檢驗技術較簡便，因而被選中，一直沿用至今。三、水體富營養(yǎng)化（一）水體富營養(yǎng)化的概念與發(fā)生由于某些自然因素，尤其是人類將富含氮、磷的城市生活污水和工業(yè)廢水排放入自然水體中，使得自然水體中的氮、磷營養(yǎng)過剩，促使水體中藻類過量生長，使淡水水體發(fā)生“水華”，使海洋發(fā)生“赤潮”。與富營養(yǎng)化關系密切的藻類，被報道得較多的是藍藻中的微囊藻屬(Microcystis)，腔球藻屬(Coelosphaerium)和魚腥藻屬(Anabaena)。由于水體中藻類和異養(yǎng)細菌的代謝活動，耗盡了水中的溶解氧，大量藻類覆蓋在水面，大氣中的氧不易溶于水，造成水體缺氧，使浮游動物和魚類無法生存。加上藻類分泌致臭、致毒物而嚴重影響水質。（二）評價水體富營養(yǎng)化的方法與AGP評價水體富營養(yǎng)化的方法：1.觀察藍藻等指示生物；2.測定生物的現存量；3.測定原始生產力；4.測定水體透明度；5.測定氮和磷等導致富營養(yǎng)化的物質。AGP即藻類生產的潛在能力。把特定的藻類接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類增長到穩(wěn)定期為止，通過測干重或細胞數來測其增長量。此即藻類生產的潛在能力（AGP）。（三）防止水體富營養(yǎng)化防止天然水體富營養(yǎng)化的根本措施是將各種污水和廢水中的氮和磷的排放量控制在低的水平。目前我國規(guī)定污水處理廠出水的氨氮控制在15mg/L以下。歐洲的標準是5mg/L以下。而磷的排放量尚未規(guī)定。第二章微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第一節(jié)氧循環(huán)第二節(jié)碳循環(huán)第三節(jié)氮循環(huán)第四節(jié)硫循環(huán)第五節(jié)磷循環(huán)第六節(jié)鐵循環(huán)第一節(jié)氧循環(huán)人和動物呼吸微生物有機物分解O2植物藻類O2光第二節(jié)碳循環(huán)一、纖維素的轉化二、半纖維素的轉化三、果膠質的轉化四、淀粉的轉化五、脂肪的轉化六、木質素的轉化七、烴類物質的轉化一、纖維素的轉化纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，分子式：(C6H10O5)1400~10000纖維素在微生物酶的作用下，分解為葡萄糖。這類微生物主要有細菌、放線菌和真菌等。二、半纖維素的轉化半纖維素存在于植物細胞壁中。半纖維素的組成中含聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸。造紙廢水和人造纖維廢水含半纖維素。分解纖維素的微生物大多能分解半纖維素。半纖維素的分解過程如下：三、果膠質的轉化果膠質存在于植物細胞壁和細胞間質中，造紙、制麻廢水多含有果膠質。天然的果膠質不溶于水，稱原果膠。果膠質水解生成的果膠酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇等在好氧條件下分別為二氧化碳和水，在厭氧條件下進行丁酸發(fā)酵，產物有丁酸、乙酸、醇類、二氧化碳和氫氣。好氧分解果膠質的微生物有：枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸軟芽孢桿菌等。四、淀粉的轉化淀粉的種類包括：直鏈淀粉和支鏈淀粉。淀粉廣泛地存在于植物種子（稻、麥、玉米）之中。凡是以上述物質作為原料的工業(yè)廢水等均含有淀粉。五、脂肪的轉化脂肪是甘油和高級脂肪酸所形成的脂，不溶于水，可溶于有機溶劑。毛紡、油脂廠廢水，制革廢水含有大量油脂。脂肪被微生物分解的反應式如下：甘油的轉化六、木質素的轉化木質素是植物木質化組織的重要成分，稻草稈、麥稈和木材是造紙的原料，木材也是人造纖維的原料。所以造紙和人造纖維廢水均含有大量木質素。分解木質素的微生物主要是擔子菌綱中的干朽菌、多孔菌、傘菌等的一些種，有厚毛霉和松全菌。假單胞菌的個別種也能分解木質素。木質素被微生物分解的速率緩慢，在好氧條件下分解木質素比在厭氧條件下快，真菌分解木質素比細菌快。七、烴類物質的轉化煉油廠、煤氣廠、焦化廠、化肥廠的廢水均含有芳香烴。酚和苯的分解菌有假單胞菌，銅綠色假單胞菌及苯桿菌等。苯的代謝如下：第三節(jié)氮循環(huán)一、微生物轉化氮素物質的一般途徑二、氨化作用三、硝化作用四、反硝化作用五、固氮作用六、其它含氮物質的轉化一、微生物轉化氮素物質的一般途徑氮素是核酸及蛋白質的主要成分，是構成生物體的必須元素。自然界蘊藏著豐富的氮素物質，其主要形態(tài)有三種：1.分子態(tài)氮，存在于空氣中，數量最大，占空氣容量近79%，每畝土地上空估計有5000噸；2.生物體中的蛋白質、核酸和其它有機氮化物；3.銨鹽及硝酸鹽等無機態(tài)氮化物。前兩種形態(tài)的氮雖然數量很大，但不能被植物直接吸收利用。后一種形態(tài)的氮，是植物所能吸收的氮，但為數很少，遠不能滿足地面植物對氮素營養(yǎng)的需求。上述三種形態(tài)的氮素物質，在自然界中因生物的作用，不斷地相互轉化，進行著氮素循環(huán)。氮素循環(huán)圖例1、2二、氨化作用有機氮化物在微生物的分解作用中釋放出氨的過程，稱為氨化作用(ammonification)。這里著重介紹：（一）蛋白質的分解（二）核酸的分解（三）其它含氮有機物的分解（一）蛋白質的分解1.氧化脫氨基作用：產生酮酸和氨2.水解脫氨基作用：產生含氧酸和氨3.還原脫氨基作用：產生飽和酸和氨氨基酸脫氨基后的殘余基團是一個有機酸，將作為微生物生活的碳源物質，在呼吸作用中或被氧化分解成CO2?；虮话l(fā)酵生成低分子有機酸、醇或碳氫化合物。絕大多數異養(yǎng)型微生物，包括細菌、真菌、放線菌，都有不同的蛋白質分解能力。在自然界中，它們分布很多。作用強的有：熒光假單胞菌、靈桿菌和變形桿菌等兼性細菌，巨大芽孢桿菌、覃狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、腸膜芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌等需氧性細菌，腐敗芽孢桿菌等厭氧菌。真菌中有木霉、曲霉、毛霉中的一些種，康氏木霉和黑曲霉的氨化能力最強。（二）核酸的分解各種生物細胞中均含有大量的核酸，它們是核苷酸的縮聚物。次黃尿環(huán)腺嘌呤許多微生物都能分解核酸。細菌中有芽孢桿菌、梭菌屬、分枝桿菌屬、節(jié)桿菌屬等，真菌中有曲霉、青霉、鐮胞霉等，放線菌中的鏈霉菌屬都能分解核酸。（三）其它含氮有機物的分解1.尿素分解尿素的微生物有：芽孢八疊球菌、巴斯德氏芽孢桿菌等。O=C+2H2O(NH4)2CO32NH3+CO2+H2ONH2NH2尿酶2.幾丁質某些微生物如貝內克氏菌屬中的一些種，產生幾丁質酶使幾丁質水解，生成氨基葡萄糖和乙酸。氨基葡萄糖再經脫氨基酶作用，生成葡萄糖和氨。C6H11O5NH2+H2OC6H12O6+NH3脫氨基酶幾丁質酶C15H26N2O10+4H2O2C6H11O5NH2+3CH3COOH幾丁質氨基葡萄糖乙酸三、硝化作用氨經過微生物作用氧化成亞硝酸，再進一步氧化成硝酸的過程，稱為硝化作用（Nitrification）。（一）亞硝化作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量（二）硝化作用2HNO2+O22HNO3+能量自然界引起氨氧化的微生物最主要是一群化能自養(yǎng)型細菌，它們從氧化HNO2及HNO3中取得能量，以CO2為碳源進行生活。引起亞硝化作用的主要是亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas），引起硝化作用的主要是硝化桿菌屬（Nitrobacter）。它們都是革蘭氏染色陰性、不生芽孢的、球狀或短桿狀細菌。四、反硝化作用硝酸在通氣不良情況下借微生物作用而還原的過程，稱為反硝化（Denitrification）。由于還原的程度不同，可生成不同的還原態(tài)產物，如亞硝酸、次亞硝酸、一氧化氮、以至分子態(tài)氮等。引起反硝化作用的微生物，統(tǒng)稱為反硝化微生物。它們在環(huán)境中種類很多，數量亦大，包括細菌、真菌和放線菌中的多種微生物，能將硝酸還原為亞硝酸。在反硝化作用中微生物是將NO3中的氧作為呼吸作用的受氫體，因而使NO3還原。C6H12O6+4NO3=6H2O+6CO2+2N2+能量微生物進行反硝化作用的適宜條件是：1.有豐富的有機物作為碳源和能源；2.NO3作為氮源與受氫體；3.最適pH中性至微堿性，但在pH3.5~11.2亦曾見到反硝化作用；4.溫度為中溫型25℃左右，但也曾分離到高溫型的反硝化菌，能在60~65℃下進行反硝化作用；5.厭氧條件。五、固氮作用微生物直接利用大氣中的分子態(tài)氮，使之還原為氨的過程，稱為固氮作用（Nitrogenfixation）。N2+6e+6H++nATP2NH3+nADP+nPi固氮酶需氧固氮微生物包括固氮菌屬(Azotobacter)。兼性厭氧固氮微生物中包括腸桿菌中的肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)。厭氧性固氮菌中主要有梭狀芽孢桿菌屬。光合型固氮微生物中，藍細菌的許多屬能進行旺盛的固氮作用。共生固氮微生物中最引人注目的是根瘤菌屬(Rhizobium)。六、其它含氮物質的轉化其它含氮物質主要指氫氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈及硝基化合物。它們來自腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。土壤和水體受到上述物質不同程度的污染，對人畜都有毒害。CH3COHCH3CHNH2CNCH3CHNH2COOHHCNNH4+甲醛-氨基乙腈丙氨酸在有氧條件下，氰化物氧化分解如下：擔子菌能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成-氨基乙腈，進而合成丙氨酸。5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3第四節(jié)硫循環(huán)一、含硫有機物的轉化二、無機硫的轉化硫有三態(tài)：元素硫、無機硫化物及含硫有機化合物。這三者在化學和生物作用下互相轉化，構成硫的循環(huán)。S含硫有機物反硫化分解同化硫化硫化SO42H2S一、含硫有機物的轉化含硫有機化合物如蛋白質、含硫氨基酸、磺氨酸等在許多土壤微生物的分解中，經脫硫作用生成硫化氫，進行含硫有機物的無機質化的過程。CH2SSCH2CHNH2CHNH2COOHCOOH2CH3COOH+2CO2+2H2S+2NH3+3H2O+0.5O2

大腸桿菌或變形桿菌胱氨酸在分解不徹底時可形成硫醇暫時累積，但在進一步氧化中，仍以硫化氫為最后產物。二、無機硫的轉化1.硫化作用：硫化氫、元素硫或硫化亞鐵等在硫細菌的作用下進行氧化，最后生成硫酸的過程，稱為硫化作用(Sulphurication)。參與硫化作用的微生物有硫化細菌和硫磺細菌。如：氧化硫桿菌：2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量2.反硫化作用：硫酸鹽在缺氧條件下被一些微生物利用而還原生成硫化氫的過程稱為反硫化作用(Desulphurication)

。主要是硫酸還原菌所引起。2H2S+O2→2H2O+2S+能量C6H12O6+3H2SO4→6CO2+6H2O+3H2S+能量如脫硫脫硫弧菌(Desulfovibriodesulfuricans)是具有強烈反硫化作用的細菌的典型代表。能將硫酸鹽還原成H2S。第五節(jié)磷循環(huán)一、含磷有機物的分解二、不溶解性磷礦物的溶解磷在土壤和水體中以含磷有機物、無機磷化合物及還原態(tài)PH3三種狀態(tài)存在。磷的循環(huán)如下圖所示。三、磷酸鹽的還原一、含磷有機物的分解來自生物體的有機磷化物，主要有核酸、植酸、卵磷脂以及各種磷脂酸。能分解這些有機磷化物的微生物有細菌、放線菌和真菌中的有關類群。它們能將有機磷化物轉化分解，釋放出其中的磷酸部分，使成為無機磷酸鹽狀態(tài)存在于環(huán)境中。由于微生物種類不同，所產生的磷脂酶類不同，作用的有機磷化物不同，產物也不一樣。核糖核酸核糖+磷酸+嘌呤和嘧啶核糖核酸酶植酸磷酸+環(huán)已六醇植酸酶卵磷脂甘油+磷酸+脂肪酸+膽堿卵磷脂酶磷脂酸+H2O醇類+磷酸磷脂酶二、不溶解性磷礦物的溶解不溶性磷礦物通過微生物生命活動過程中產生的酸類物質逐漸溶解，轉化成水溶性的磷酸鹽類。微生物分解有機質產生的CO2，溶入水中成為碳酸鹽即有此種作用。Ca3(PO4)2+4H2CO3+H2O→Ca(H2PO4)2?H2O+2Ca(HCO3)2

至于許多微生物活動產生的各種有機酸，以及硝化細菌、硫化細菌產生的HNO3及H2SO4等，比H2CO3作用更強。Ca3(PO4)2+2CH3CHOHCOOH→2CaHPO4+Ca(CH3CHOHCOO)2Ca3(PO4)2+2H2SO4

→Ca(H2PO4)2+2CaSO4這些產酸能力強的細菌和真菌，不僅能溶解簡單的磷酸三鈣等磷酸鹽，而且對于磷礦物如磷灰石中所結合的磷也能分解成水溶性的磷酸鹽。三、磷酸鹽的還原在有機養(yǎng)料很多但缺乏氧氣的條件下，環(huán)境中的磷酸鹽可以因微生物作用而被還原。它與硝酸還原和硫酸還原作用類似，丁酸梭狀芽孢桿菌和大腸埃希氏菌可引起這種轉化，其過程大致如下：H3PO4→H3PO3→H3PO2→PH3↑第六節(jié)鐵循環(huán)（一）高鐵化物的還原和溶解環(huán)境中高鐵化物是沉淀性的，通過微生物生命活動時產生的酸類使之溶解；也可以因為微生物分解有機質降低了環(huán)境中的氧化還原電位，從而使高鐵化物還原成亞鐵化物而溶解。Fe2O3+3H2S2FeS+3H2O+SFeS+2H2CO3Fe(HCO3)2+H2S（三）含鐵化合物的形成與分解溶解性的鐵可被微生物吸收利用形成有機結合態(tài)，或與有機酸結合成為有機酸鐵鹽。有機含鐵化合物又可分為微生物分解，將無機態(tài)的鐵釋放出來。（二）亞鐵化物的氧化和沉淀2Fe(HCO3)2+H2O+O2→2Fe(OH)3+4CO2+能量12土壤中有一類特殊生理的細菌，因它們的生命活動引起亞鐵化合物氧化成高鐵化合物而沉淀，這類細菌特稱為鐵細菌。它們是兼性或專性的化能營養(yǎng)型細菌，從氧化鐵化合物過程中獲得能量，同化CO2合成有機質。第三章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學原理第一節(jié)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制第三節(jié)厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落第一節(jié)污、廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)一、好氧活性污泥法二、好氧生物膜法好氧處理厭氧處理微生物與氧的關系微生物的狀態(tài)活性污泥法生物膜法一、好氧活性污泥法（一）好氧活性污泥中的微生物群落1.好氧活性污泥的組成和性質2.好氧活性污泥的存在狀態(tài)3.好氧活性污泥的微生物群落4.好氧活性污泥微生物的濃度和數量(MLSS)（二）好氧活性污泥凈化廢水的作用機理好氧活性污泥的凈化作用有類似于水處理工程中混凝劑的作用，同時有能吸收和分解水中溶解性污染物。因為它由有生命的微生物組成，能自我繁殖，有生物“活性”，可以連續(xù)反復使用，而化學混凝劑只能一次使用，故活性污泥比化學混凝劑優(yōu)越。好氧活性污泥的凈化機理和過程（三）好氧活性污泥法的幾種處理工藝流程（四）氧化塘（或氧化溝）中的微生物群落及其處理廢水機理（五）菌膠團的作用1.指示作用；2.凈化作用；3.促進絮凝和沉淀作用（七）好氧活性污泥的培養(yǎng)（六）原生動物及后生動物的作用好氧活性污泥的凈化機理水體自凈和有機廢水凈化過程中微生物演變的過程二、好氧生物膜法好氧生物膜法構筑物有普通濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池，還有生物轉盤、接觸氧化法等。（一）好氧生物膜中的微生物群落1.好氧生物膜；2.好氧生物膜中的微生物群落及其功能；3.好氧生物膜的結構；4.好氧生物膜的凈化作用機理（二）好氧生物膜的培養(yǎng)1.自然掛膜法；2.活性污泥掛膜法；3.優(yōu)勢菌種掛膜法第二節(jié)活性污泥絲狀膨脹和絲狀膨脹控制一、活性污泥絲狀膨脹的原因二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策曝氣池中有正常活性污泥和膨脹污泥。膨脹污泥包括由絲狀細菌引起的絲狀膨脹污泥和有非絲狀細菌引起的菌膠團膨脹污泥。一般用污泥體積指數SVI來衡量污泥沉降性能。一、活性污泥絲狀膨脹的原因由于絲狀細菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱為活性污泥絲狀膨脹。引起絲狀膨脹的微生物種類很多。下列因素都可使絲狀微生物過度生長：1.溫度；2.溶解氧；3.可溶性有機物濃度及種類；4.有機物濃度；5.pH引起活性污泥絲狀膨脹的機理包括：1.對溶解氧的競爭；2.對可溶性有機物的競爭；3.對氮、磷的競爭；4.對有機物沖擊負荷影響。二、控制活性污泥絲狀膨脹的對策解決污泥絲狀膨脹的問題，根本是要控制引起絲狀微生物過度生長的環(huán)境因子。主要控制：1.控制溶解氧2.控制有機物負荷3.改革工藝第三節(jié)厭氧環(huán)境中活性污泥和生物膜的微生物群落一、厭氧消化——甲烷發(fā)酵二、光合細菌處理高濃度有機廢水三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理一、厭氧消化——甲烷發(fā)酵沼氣發(fā)酵是微生物在厭氧條件下分解有機質產生沼氣的過程。沼氣發(fā)酵過程是個非常復雜的過程，其中涉及多種交替作用的菌群，各要求不同的基質與條件，形成了極為復雜的相互作用體系，因而沼氣發(fā)酵的生物化學至今尚未全部闡明。（一）沼氣發(fā)酵的生物化學現在比較普遍接受沼氣的三階段理論，明確認識到微生物生成甲烷的底物只限于乙酸、甲酸、H2、CO2等幾種化合物：1.液化階段；2.產氫產乙酸階段；3.產甲烷階段1.液化階段：復雜有機物如纖維素、蛋白質、脂肪等在微生物作用下降解至其基本結構單位或簡單有機酸、醇等。這是一些廣泛存在于環(huán)境中的異養(yǎng)微生物，主要為兼性厭氧微生物及少數厭氧菌所引起。2.產氫產乙酸階段：主要是將第一階段中產生的或原已存在于物料中的簡單有機物經微生物作用轉化生成乙酸、H2、及CO2。引起作用的菌統(tǒng)稱產氫產乙酸細菌。上述1和2兩個階段可合稱為不產甲烷階段，其作用微生物稱非甲烷菌。3.產甲烷階段：在甲烷細菌的作用下將乙酸（包括甲酸）、CO2、H2轉化為CH4。甲烷發(fā)酵過程簡單有機物（簡單糖類、有機酸、醇等）復雜有機物乙酸、H2、CO2、甲酸CH4、CO2、H2發(fā)酵細菌產氫細菌產乙酸菌產甲烷菌液化階段產氫產乙酸階段產甲烷階段甲烷發(fā)酵三階段示意圖（二）甲烷細菌甲烷細菌是一群只有相同生理特征的細菌。其外形各不相同，但細胞壁結構相同，均不含肽聚糖，是與絕大多數細菌不同之處。根據DNA序列分析，將其列于古菌綱中。甲烷細菌中常見的屬有，甲烷桿菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷球菌屬。甲烷細菌廣泛分布于自然界。在厭氧污泥、糞便及動物腸道中經常存在。它們要求嚴格厭氧條件，在淡水底泥中，當氧化還原電位為-250mV甚至更低時，甲烷菌數量最多。一般為中溫型，20~40℃生長，最適溫度為37~38℃，少數高溫型最適溫度為53~54℃。適宜于中性或微堿性。它們屬于自養(yǎng)型微生物，不能利用碳水化合物、蛋白質或其它有機物作為能源和碳源。甲烷細菌都以NH4+做氮源。（三）厭氧處理構筑物1.普通厭氧消化池：最常用的是厭氧消化池。污水、污泥定期或連續(xù)加入消化池，經過消化后的污泥和污水分別由消化池底部和上部排出。所產生的沼氣則由頂部排出。2.厭氧生物濾池：厭氧生物濾池在使用塊狀填料的情況下，體積負荷可以達到3~6kgCOD/（m3?d）。3.二階段厭氧處理法：適用于懸浮物較多的污水。（四）厭氧處理法的基本要求1.菌種：采用混合菌種。第一次投料時必須引入足夠數量的混合菌種，或經過厭氧消化培養(yǎng)了的污泥。2.嚴格缺氧環(huán)境。3.發(fā)酵溫度：污水最適溫度中溫型：20~40℃；高溫型：53~54℃。4.廢水組成：C∶N=10~20∶1為佳。P要保持在1%左右5.pH和有機酸濃度：pH維持在6.5~7.5為宜。有機酸濃度（以乙酸計）是控制發(fā)酵的重要指標，以<2000mg/L為宜。6.CO2檢測：CO2檢測可以鑒別不產甲烷與產生甲烷階段的平衡情況。CO2以占沼氣的25~35%為好。若大于35%時，說明平衡被破壞。二、光合細菌處理高濃度有機廢水BOD5在10000mg/L以上的高濃度有廢水（糞便廢水、豆制品廢水、食品加工廢水、屠宰廢水等）可利用有機光合細菌(PotosynteticBacteriaPSB)處理。因為有機光合細菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以在有機光合細菌處理廢水之前，要用水解性細菌將碳水化合物、脂肪和蛋白質水解為脂肪酸、氨基酸、氨等物質。這樣可以得到較好的處理效果。三、含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理在發(fā)酵工業(yè)廢水，如味精廢水和賴氨酸廢水中含的硫酸根(SO42-)有200~30000mg/L。高濃度的SO42-對微生物有毒害作用。在有SO42-存在時硫酸還原細菌和產甲烷細菌爭奪氫，產甲烷細菌無法獲得H2，從而還原CO2為CH4。故在甲烷發(fā)酵前，要先降低SO42-到甲烷菌能忍受的濃度后，再進行甲烷發(fā)酵處理。一般用化學方法降低SO42-，如加入Ca和Ca(OH)2生成CaSO4沉淀可去除SO42-，若加少量的FeCl3，效果更佳。第四章污、廢水深度處理和微污染源水預處理的微生物學原理第一節(jié)污、廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學原理第二節(jié)微污染水源水預處理中的微生物學問題第三節(jié)飲用水的消毒及其微生物學效應第一節(jié)污、廢水深度處理——脫氮、除磷與微生物學原理一、污、廢水深度處理——脫氮、除磷的目的和意義二、天然水體中氮、磷的來源三、微生物脫氮工藝、原理及其微生物四、微生物除磷原理、工藝及其微生物一、污、廢水深度處理——脫氮、除磷的目的和意義各種污、廢水經過二級處理可溶性含碳有機物已大部分被去除，對于城市生活污水和有些工業(yè)廢水還含有NH3-N、NO3-N和PO43-、SO42-。水體中的氮、磷過量，容易引起水體的富營養(yǎng)化。使藍藻、綠藻瘋長，一方面引起水體缺氧，還會產生毒素危害水中的魚蝦并對人體產生危害。如果是發(fā)生在水源地區(qū)，則影響人類生活和工農業(yè)生產，因此，廢水的深度處理是十分必要的。二、天然水體中氮、磷的來源天然水體中氮、磷的來源主要來自農業(yè)上使用的化肥和農藥；工業(yè)方面的化肥、石油煉制、焦化，印染等；人們日常生活中的飲食及洗滌等用水。三、微生物脫氮工藝、原理及其微生物工藝包括：A/O、A2/O、A2/O2、SBR等。原理：在硝化菌的作用下，將NH3轉化為NO3-N。再在缺氧條件下在反硝化菌的作用下將NO3-N轉化為N2。亞硝化細菌和硝化細菌是革蘭氏陰性菌。它們生長速率均受基質濃度、溫度、pH值、氧濃度控制。全部是好氧菌。反硝化細菌的碳源來自有機物，如葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等。H2S和H2可作為供氫體，碳源為CO2。能源從氧化有機物獲得。它的最終電子受體是NO3-和NO2-。NO3→NO2→NO→N2O→N2+2e+e+e+e生物除氮的最新發(fā)現：

厭氧氨氧化(ANAMMOX)1995年A.Mulder等人在FEMSMicrobiologyEcology上發(fā)表了文章：Anaerobicammoniumoxidationdiscoveredinadenitrifyingfluidizedbedreactor。發(fā)現了厭氧氨氧化現象。A:MicrographofabiomassaggregatefromanAnammoxenrichmentculture.Thedominantcoccoidcellispresentinpackagesandmicrocolonies.B:MicrographofthedominantcoccoidcellpresentintheAnammoxenrichmentcultures.Preparationwasobtainedaftersedimentationofsuspendedmaterialfroma￡uidizedbedreactor.C:ElectronmicrographofsuspendedAnammoxbiomass￠xedwith2.5%glutaraldehydein20mMK2HPO4/KH2PO4bu?erpH7.4.ThemicrographwastakenattheDepartmentofElectronMicroscopy(I.Keizer,K.Sjollema,M.Veenhuis),StateUniversityofGroningen,TheNetherlands.Possiblereactionmechanismsandcellularlocalizationoftheenzymesystemsinvolvedinanaerobicammoniumoxidation.A:Ammoniumandhydroxylamineareconvertedtohydrazinebyamembrane-boundenzymecomplex,hydrazineisoxidizedintheperiplasmtodinitrogengas,nitriteisreducedtohydroxylamineatthecytoplasmicsiteofthesameenzymecomplexresponsibleforhydrazineoxidationwithaninternalelectrontransport.B:Ammoniumandhydroxylamineareconvertedtohydrazinebyamembrane-boundenzymecomplex,hydrazineisoxidizedintheperiplasmtodinitrogengas,thegeneratedelectronsaretransferredviaanelectrontransportchaintonitritereducingenzymeinthecytoplasm.四、微生物除磷原理、工藝及其微生物某些微生物在好氧時不僅能大量吸收磷酸鹽合成自身核酸和ATP，而且能逆濃度梯度過量吸磷合成貯能的多聚磷酸鹽顆粒于體內，供其內源呼吸用。稱這些細菌為聚磷菌。聚磷菌在厭氧時又能釋放磷酸鹽于體外。第二節(jié)微污染水源水預處理中的微生物學問題一、微污染水源水預處理的目的和意義二、水源水污染源和污染物三、微污染水源水微生物預處理及微生物群落一、微污染水源水預處理的目的和意義微污染水源水是受到有機物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水。盡管污染物濃度低，但經自來水廠原有的混凝、沉淀、過濾、消毒的傳統(tǒng)工藝處理后，未能有效去除污染物，只能去除20~30%COD。尤其是致癌物的前體物如烷烴類殘留在水中，經加氯處理后產生鹵代烴三氯甲烷和二氯乙酸等“三致”物。氨氮較高，導致供水管道中亞硝化細菌增生，促使NO2-濃度增高，殘留有機物還可能引起管道中異養(yǎng)菌孳生。導致飲用水中細菌不達標，這種水被人飲用會危害人體健康。為此，人們不僅致力于水廠的水處理工藝改革，探索更有效的處理工藝和技術。同時重視水源水的預處理，雙管齊下，確保飲用水的衛(wèi)生與安全。二、水源水污染源和污染物水源水污染源：是未經處理的工業(yè)廢水，生活污水、農業(yè)灌溉和養(yǎng)殖業(yè)排放水。還有未達到排放標準的處理水。污染物：有機物、氨氮、藻類分泌物、揮發(fā)酚、氰化物、重金屬、農藥等。三、微污染水源水微生物預處理及微生物群落預處理的目的：去除水源水中的有機物和氨氮。需要解決的問題：通過反硝化將硝酸鹽氮還原為氮氣逸出水中到大氣。但微污染水源水中有機物含量遠低于廢水，普遍存在碳源不足，反硝化困難。1.微生物預處理工藝膜法生物處理：生物濾池，生物轉盤、生物接觸氧化法、生物流化床等。預處理的方式：源水預處理→混凝→沉淀→快砂濾→慢砂濾→加氯消毒→清水貯罐→出水微生物有：貧營養(yǎng)異養(yǎng)菌、亞硝化細菌、硝化細菌、反硝化細菌、藻類、霉菌。原生動物有：鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲、聚縮蟲、喇叭蟲、漫游蟲、變形蟲、太陽蟲、鞭毛蟲、草履蟲等。微型后生動物有：旋輪蟲等。2.水源水預處理的運行條件微生物：適應貧營養(yǎng)環(huán)境的微生物;供氫體：若要去除有機物又要去除氨氮,就面臨供氫體問題。用電極生物膜反應器微電解水放出氫H2解決反硝化所需的H2供體。溶解氧：低于0.2mg/L以下，有利于反硝化。水溫和pH：20℃

以上，pH=7左右處理效果較好。處理效率：COD去除10~30%，氨氮去除75%以上。第三節(jié)飲用水的消毒及其微生物學效應一、水消毒的重要性二、水的消毒方法一、水消毒的重要性疾病可通過水作媒體得到傳播，為了防止病原微生物隨生活污水和醫(yī)院污水進入環(huán)境，隨飲用水、游泳池水進入人體，使人得腸道傳染病及其它疾病，故必須對飲用水進行嚴格消毒。游泳池水循環(huán)系統(tǒng)也要消毒。醫(yī)院污水特別是腸道傳染病醫(yī)院的生活污水則要求做到滅菌的程度?，F在流行喝桶裝的礦泉水、優(yōu)質水、純凈水、因生喝更要嚴格消毒，消滅病原菌，包括水和桶的消毒。二、水的消毒方法（一）煮沸法；（二）加氯消毒；（三）臭氧（O3）消毒；（四）過氧化氫（H2O2）消毒；（五）紫外輻射消毒；（六）微電解消毒等。第五章有機固體廢棄物與廢氣的微生物處理及其微生物群落第一節(jié)有機固體廢棄物的微生物處理及其微生物群落第二節(jié)廢氣的生物處理第一節(jié)有機固體廢棄物的微生物處理及其微生物群落一、堆肥法二、衛(wèi)生填埋法及滲濾液有機固體廢棄物來自各種生活廢棄物，其組分隨著季節(jié)變化而變化。當前各國城市對垃圾的處理方法主要有：堆肥法、填埋法和焚燒法。這里主要介紹：一、堆肥法堆肥法是一種古老的微生物處理有機固體廢棄物的方法。最早的堆肥法用的是厭氧發(fā)酵，發(fā)酵周期長，約4~6個月，占地面積大。后來將發(fā)酵的滲濾液循環(huán)使用，通入空氣進行好氧發(fā)酵，使發(fā)酵周期縮短至20天。好氧堆肥的機理：好氧微生物分解大分子有機固體廢棄物為小分子有機物，并放出大量的熱。發(fā)酵的初期有中溫好氧的細菌和真菌，分解碳水化合物、蛋白質、脂肪，同時散發(fā)熱量，使溫度升高至50℃；好熱性的細菌、放線菌和真菌分解纖維素和半纖維素。溫度升高至60℃，真菌停止活動，繼續(xù)由好熱的細菌和放線菌分解纖維素和半纖維素。溫度升高至70℃，致病菌和蟲卵被殺死，此時，一般的嗜熱高溫細菌和放線菌也停止活動，堆肥腐熟穩(wěn)定。堆肥工藝：靜態(tài)堆肥工藝、高溫動態(tài)二次堆肥工藝、立式倉庫堆肥工藝、滾筒式堆肥工藝。二、衛(wèi)生填埋法及滲濾液衛(wèi)生填埋法是在堆肥的基礎上發(fā)展起來的，其處理原理與厭氧堆肥原理相同，均利用好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物處理。填埋場處理量大，廢棄物的成分復雜，有機物及無機物均有。地面水流入和雨水沖刷可將微生物厭氧發(fā)酵產生的可溶性有機物溶出，形成數量較大的滲濾液，需排出另行處理。滲濾液的化學成分復雜，含有大量有機酸，氨氮含量高，還含有重金屬，用厭氧-缺氧-好氧生物處理方法綜合處理，最后用化學混凝劑混凝、沉淀后再排放到水體，凈化程度較高。一、廢氣的處理方法二、含惡臭污染物及NH3、CO2的微生物處理第二節(jié)廢氣的生物處理大氣中的廢氣來源很多：有各類化工廠、化纖廠、石油化工、發(fā)電廠、垃圾焚燒廠等的廢氣和汽車尾氣，污水處理廠和垃圾場均產生臭氣。廢氣中含有許多有毒有害的污染物，散發(fā)揮發(fā)性的有機污染“三致”物，還有惡臭、強刺激、強腐蝕及易燃、易爆的組分，導致空氣污染。一、廢氣的處理方法如同廢水處理一樣，生物處理廢氣是經濟有效的方法。生物凈化有植物凈化和微生物凈化法。綠化就是利用植物吸收和轉化大氣中的污染物，包括日益增多的CO2。微生物凈化法可就地及時處理各種惡臭污染源的廢氣，廢氣的組分比較單一，不能滿足微生物全部營養(yǎng)要求，故需要添加營養(yǎng)。微生物凈化氣態(tài)污染物的裝置有：生物吸收池、生物洗滌池、生物滴濾池和生物過濾池。二、含惡臭污染物及NH3、CO2的微生物處理（一）含硫惡臭污染物的凈化含硫惡臭污染物有H2S、甲硫醇（MM）、二甲基硫醚（DMS）、二甲基二硫醚（DMDS）、二甲基亞礬（DMSO，CH3OSCH3）。二甲基亞礬（DMSO）在生絲微菌屬作用下的代謝途徑。二甲基二硫醚（DMDS）在排硫硫桿菌作用下的代謝途徑。二甲基硫醚（DMS）在硫桿菌屬作用下的代謝途徑。（二）廢氣中NH3和CO2的凈化單純含NH3或單純含CO2的廢氣可合在一起，調節(jié)兩者的比例用硝化細菌處理。首先將NH3溶于水成NH+—N，再通入生物滴濾池。同時按亞硝化細菌和硝化細菌要求的C∶N通入CO2和無機鹽，再通入空氣，即可運行處理。亞硝化細菌和硝化細菌將NH+氧化成NO2-和NO3-。CO2被同化合成細胞物質。（三）廢氣中揮發(fā)性有機物污染物的生物處理工藝流程可用生物滴濾池法。降解揮發(fā)性有機物污染物的微生物菌種主要有：細菌、放線菌和真菌。處理苯系列有機污染物的細菌是黃桿菌屬、假單胞菌屬和芽孢桿菌屬。第六章微生物學新技術在環(huán)境工程中的應用第一節(jié)固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應用第二節(jié)微生物細胞多聚物的開發(fā)與應用第三節(jié)優(yōu)勢菌種與生物制劑的開發(fā)與應用第一節(jié)固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應用一、酶制劑劑型二、酶和微生物的固定化方法三、固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應用一、酶制劑劑型酶制劑劑型包括：干燥粗酶制劑、稀液體酶制劑、濃液體酶制劑、干粉狀酶制劑、結晶酶和固定化酶。二、酶和微生物細胞的固定化方法固定化酶是二十世紀六十年代發(fā)展起來的一項新技術。最初是將水溶性的酶與不溶性載體結合起來，成為不溶于水的酶的衍生物。在1971年國際酶工程會議上，正式建議采用固定化酶的名稱。固定化微生物細胞可以定義為：細胞在某一限定的空間區(qū)域內的物理包藏或定位，同時有保持一定的催化活性。固定化酶的方法有：物理吸附法、載體鍵合法、交聯法、包埋法。固定化微生物細胞的方法有：細胞的表面吸附法、細胞包藏在多孔介質中、細胞包藏在半透膜性的載體中、細胞的自身聚合。三、固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應用固定化熱帶假絲酵母降解含糖廢水將培養(yǎng)的熱帶假絲酵母增殖培養(yǎng)后，吸附在多孔的陶瓷載體中，并用來降解啤酒生產過程中的洗糟廢水，該廢水含有大量的麥芽糖和淀粉等。固定化微生物降解氯酚將培養(yǎng)的無色菌屬增殖培養(yǎng)后，吸附在多孔的陶瓷載體中，并用來降解含氯酚的廢水，氯酚的去除率達到98%。固定化微生物降解喹啉從活性污泥中篩選到的皮氏伯克霍爾德氏菌(Burkholderiapickttiisp.)固定化，用來降解喹啉，喹啉的去除率達95%以上。第二節(jié)微生物細胞多聚物的開發(fā)與應用一、生物表面活性劑和生物乳化劑的開發(fā)與應用二、微生物自身絮凝和沉淀作用三、微生物絮凝劑的開發(fā)和應用一、生物表面活性劑和生物乳化劑的開發(fā)與應用生物表面活性劑和生物乳化劑是20世紀70年代后期發(fā)展起來的，他們是具有親水基和疏水基結構于一體的兩親化合物。生物表面活性劑與一般表面活性劑結構類似，具有表面活性，它的分子量小，分子中間具有脂肪烴鏈結構的非極性疏水性基和親水性基，如磷酸根或多羥基基團。它可改變兩相界面的物理性質，如降低空氣-水、油-水或固體-水表面張力。生物乳化劑不能顯著降低兩相表（界）面張力，但對油水界面有很強的親和力，能夠吸附在分散的油滴表面，防止油滴凝聚，從而使乳狀液得到穩(wěn)定。生物活性劑和生物乳化劑分為六類。分類產物類型生產菌1.糖脂海藻糖脂節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、分枝菌屬(Mycobacteria)、諾卡氏菌屬((Nocardia)、棒桿菌屬(Carynebacteria)、紅球菌屬(Rhodococcus)鼠李糖假單胞菌屬(Pseucomonas)槐糖脂Torulopsis2.中性脂/脂肪酸甘油酸，脂肪酸，脂肪醇，臘不動桿菌屬(Acinetpbacter)、梭菌屬(Clostridium)3.含氨基酸類脂脂蛋白，脂肽、脂氨基酸芽孢桿菌屬(Bacillus)、諾卡氏菌屬(Nocardia)、棒桿菌屬(Corynebacterium)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、分枝桿菌屬(Mycobacterium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、葡糖桿菌屬(Gluconobacter)4.磷脂磷脂酰乙醇胺紅球菌屬(Rodocodccus)、硫桿菌屬(Thiobacillus)5.聚合物脂雜多糖，脂多糖復合物，蛋白質-多糖復合物不動桿菌屬(Acinetobacter)、地霉屬(Candida)6.細胞表面本身生物破乳劑諾卡氏菌屬(Nocardia)、紅球菌屬(Rodococcus)肽脂不動桿菌屬(Acinetobacter)生物表面活性劑和生物乳化劑的分類二、微生物自身絮凝和沉淀作用根據單一菌種生物（純種）細胞表面的解離層（胞外多聚物）性質不同而劃分兩種類型，即疏水型的R型（菌落為粗糙型）和親水型的S型（菌落為光滑型）。凡具有R型解離層的微生物表現疏水型而自身發(fā)生絮凝、聚集而沉降，故可將R型細菌用于廢水處理。而具有S型解離層的微生物表現親水性，均勻分布于水中，不易絮凝，不易沉降。由于活性污泥中微生物是混合菌種，活性污泥可能全由R型細菌組成，也可能由R型細菌和S型細菌共同組成，這種活性污泥的吸附能力，活性污泥與水之間的表（界）面張力各異，加上活性污泥表面吸附各種廢水成分后所表現出來的總體電性不同，會引起活性污泥與水之間的表面張力及它們的表面電荷改變，影響它們對廢水中的成分吸附力。三、微生物絮凝劑的開發(fā)和應用細菌中有許多具有絮凝作用種類。放線菌、霉菌及酵母菌，乃至原生動物的一些種具有絮凝作用，是因為這些微生物細胞壁表面的胞外多聚物有絮凝作用所致?？梢詫⒕哂行跄饔玫奈⑸锝洈U大培養(yǎng)而制成的微生物細胞制劑直接用作絮凝劑。此外，諾卡氏菌屬(Nocardia)、棒狀桿菌屬(Corynebacteium)、分枝桿菌屬(Nycobacterium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)及芽孢桿菌屬(Bacillus)等也有起絮凝作用的菌體。有些活性污泥盡管去除有機物能力強，但它本身的絮凝性能差，需要投加絮凝劑，強化絮凝效果，改善出水本質。第三節(jié)優(yōu)勢菌種與生物制劑的開發(fā)與應用生物學家從各種運行性能良好的活性污泥、生物膜、堆肥及廢氣處理裝置中篩選出優(yōu)良微生物菌種，制成生物制劑，以備各種用途。目前已篩選出的菌種有(1)降解有毒、有害有機物的微生物：食酚菌、分解氰化物、苯系化合物、萘、菲、蒽、瀝青等的微生物；(2)適應極端環(huán)境的微生物，如嗜熱菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜堿菌、嗜鹽菌、耐壓菌；(3)降解農藥如2,4-D、對硫磷、樂果等的微生物。(4)分解難降解有機污染物如廢塑料、尼龍等的微生物。(5)除臭菌等。安全閥基本知識如果壓力容器(設備/管線等)壓力超過設計壓力…1.盡可能避免超壓現象堵塞(BLOCKED)火災(FIRE)熱泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的發(fā)生?2.使用安全泄壓設施爆破片安全閥如何避免事故的發(fā)生?01安全閥的作用就是過壓保護!一切有過壓可能的設施都需要安全閥的保護!這里的壓力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!設定壓力(setpressure)安全閥起跳壓力背壓(backpressure)安全閥出口壓力超壓(overpressure)表示安全閥開啟后至全開期間入口積聚的壓力.幾個壓力概念彈簧式先導式重力板式先導+重力板典型應用電站鍋爐典型應用長輸管線典型應用罐區(qū)安全閥的主要類型02不同類型安全閥的優(yōu)缺點結構簡單,可靠性高適用范圍廣價格經濟對介質不過分挑剔彈簧式安全閥的優(yōu)點預漏--由于閥座密封力隨介質壓力的升高而降低,所以會有預漏現象--在未達到安全閥設定點前,就有少量介質泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE彈簧式安全閥的缺點過大的入口壓力降會造成閥門的頻跳,縮短閥門使用壽命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle彈簧式安全閥的缺點彈簧式安全閥的缺點=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通產品平衡背壓能力差.在普通產品基礎上加裝波紋管,使其平衡背壓的能力有所增強.能夠使閥芯內件與高溫/腐蝕性介質相隔離.平衡波紋管彈簧式安全閥的優(yōu)點優(yōu)異的閥座密封性能,閥座密封力隨介質操作壓力的升高而升高,可使系統(tǒng)在較高運行壓力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先導式安全閥的優(yōu)點平衡背壓能力優(yōu)秀有突開型/調節(jié)型兩種動作特性可遠傳取壓先導式安全閥的優(yōu)點對介質比較挑剃,不適用于較臟/較粘稠的介質,此類介質會堵塞引壓管及導閥內腔.成本較高.先導式安全閥的缺點重力板式產品的優(yōu)點目前低壓儲罐呼吸閥/緊急泄放閥的主力產品.結構簡單.價格經濟.重力板式產品的缺點不可現場調節(jié)設定值.閥座密封性差,并有較嚴重的預漏.受背壓影響大.需要很高的超壓以達到全開.不適用于深冷/粘稠工況.幾個常用規(guī)范ASMEsectionI-動力鍋爐(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低壓安全閥設計(LowpressurePRV)API520-火災工況計算與選型(FireSizing)API526-閥門尺寸(ValveDimension)API527-閥座密封(SeatTightness)介質狀態(tài)(氣/液/氣液雙相).氣態(tài)介質的分子量&Cp/Cv值.液態(tài)介質的比重/黏度.安全閥泄放量要求.設定壓力.背壓.泄放溫度安全閥不以連接尺寸作為選型報價依據!如何提供高質量的詢價?彈簧安全閥的結構彈簧安全閥起跳曲線彈簧安全閥結構彈簧安全閥結構導壓管活塞密封活塞導向不平衡移動副(活塞)導管導閥彈性閥座P1P1P2先導式安全閥結構先導式安全閥的工作原理頻跳安全閥的頻跳是一種閥門高頻反復開啟關閉的現象。安全閥頻跳時，一般來說密封面只打開其全啟高度的幾分只一或十幾分之一，然后迅速回座并再次起跳。頻跳時，閥瓣和噴嘴的密封面不斷高頻撞擊會造成密封面的嚴重損傷。如果頻跳現象進一步加劇還有可能造成閥體內部其他部分甚至系統(tǒng)的損傷。安全閥工作不正常的因素頻跳后果1、導向平面由于反復高頻磨擦造成表面劃傷或局部材料疲勞實效。2、密封面由于高頻碰撞造成損傷。3、由于高頻振顫造成彈簧實效。4、由頻跳所帶來的閥門及管道振顫可能會破壞焊接材料和系統(tǒng)上其他設備。5、由于安全閥在頻跳時無法達到需要的排放量，系統(tǒng)壓力有可能繼續(xù)升壓并超過最大允許工作壓力。安全閥工作不正常的因素A、系統(tǒng)壓力在通過閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%。當閥門處于關閉狀態(tài)時，閥門入口處的壓力是相對穩(wěn)定的。閥門入口壓力與系統(tǒng)壓力相同。當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門迅速打開并開始泄壓。但是由于閥門與系統(tǒng)之間的連接管設計不當，造成連接管內局部壓力下降過快超過3%，是閥門入口處壓力迅速下降到回座壓力而導致閥門關閉。因此安全閥開啟后沒有達到完全排放，系統(tǒng)壓力仍然很高，所以閥門會再次起跳并重復上述過程，既發(fā)生頻跳。導致頻跳的原因導致接管壓降高于3%的原因1、閥門與系統(tǒng)間的連接管內徑小于閥門入口管內徑。2、存在嚴重的渦流現象。3、連接管過長而且沒有作相應的補償（使用內徑較大的管道）。4、連接管過于復雜（拐彎過多甚至在該管上開口用作它途。在一般情況下安全閥入口處不允許安裝其他閥門。）導致頻跳的原因B、閥門的調節(jié)環(huán)位置設置不當。安全閥擁有噴嘴環(huán)和導向環(huán)。這兩個環(huán)的位置直接影響安全閥的起跳和回座過程。如果噴嘴環(huán)的位置過低或導向環(huán)的位置過高，則閥門起跳后介質的作用力無法在閥瓣座和調節(jié)環(huán)所構成的空間內產生足夠的托舉力使閥門保持排放狀態(tài)，從而導致閥門迅速回座。但是系統(tǒng)壓力仍然保持較高水平，因此回座后閥門會很快再次起跳。導致頻跳的原因C、安全閥的額定排量遠遠大于所需排量。

由于所選的安全閥的喉徑面積遠遠大于所需，安全閥排放時過大的排量導致壓力容器內局部壓力下降過快，而系統(tǒng)本身的超壓狀態(tài)沒有得到緩解，使安全閥不得不再次起跳頻跳的原因閥門拒跳：當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門不起跳的現象。安全閥工作不正常的因素1、閥門整定壓力過高。2、閥門內落入大量雜質從而使閥辦座和導套間卡死或摩擦力過大。3、彈簧之間夾入雜物使彈簧無法被正常壓縮。4、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在起跳過程中受阻。5、排氣管道沒有被可靠支撐或由于管道受熱膨脹移位從而對閥體產生扭轉力，導致閥體內機構發(fā)生偏心而卡死。安全閥拒跳的原因閥門不回座或回座比過大：安全閥正常起跳后長時間無法回座，閥門保持排放狀態(tài)的現象。安全閥工作不正常的因素1、閥門上下調整環(huán)的位置設置不當。2、排氣管道設計不當造成排氣不暢，由于排氣管道過小、拐彎過多或被堵塞，使排放的蒸汽無法迅速排出而在排氣管和閥體內積累，這時背壓會作用在閥門內部機構上并產生抑制閥門關閉的趨勢。3、閥門內落入大量雜質從而使閥瓣座和導套之間卡死后摩擦力過大。安全閥不回座或回座比過大的因素：4、彈簧之間夾入雜物從而使彈簧被正常壓縮后無法恢復。5、由于對閥門排放時的排放反力計算不足，從而在排放時閥體受力扭曲損壞內部零件導致卡死。6、閥桿螺母（位于閥桿頂端）的定位銷脫落。在閥門排放時由于振動使該螺母下滑使閥桿組件回落受阻。安全閥不回座或回座比過大的因素：7、由于彈簧壓緊螺栓的鎖緊螺母松脫，在閥門排放時由于振動時彈簧壓緊螺栓松動上滑導致閥門的設定起跳值不斷減小。

8、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在回落過程中受阻。

9、閥門的密封面中有雜質，造成閥門無法正常關閉。

10、鎖緊螺母沒有鎖緊，由于管道震動下環(huán)向上運動，上平面高于密封面，閥門回座時無法密封安全閥不回座或回座比過大的因素：謝謝觀看癌基因與抑癌基因oncogene&tumorsuppressorgene24135基因突變概述.癌基因和抗癌基因的概念.癌基因的分類.癌基因產物的作用.癌基因激活的機理主要內容疾病：

——是人體某一層面或各層面形態(tài)和功能（包括其物質基礎——代謝）的異常，歸根結底是某些特定蛋白質結構或功能的變異，而這些蛋白質又是細胞核中相應基因借助細胞受體和細胞中信號轉導分子接收信號后作出應答（表達）的產物。TranscriptionTranslationReplicationDNARNAProtein中心法規(guī)Whatisgene?基因：

—是遺傳信息的載體

—是一段特定的DNA序列（片段）

—是編碼RNA或蛋白質的一段DNA片段

—是由編碼序列和調控序列組成的一段DNA片段基因主宰生物體的命運：微效基因的變異——生物體對生存環(huán)境的敏感度變化關鍵關鍵基因的變異——生物體疾病——死亡所以才有：“人類所有疾病均可視為基因病”之說注：如果外傷如燒傷、骨折等也算疾病的話，外傷應該無法歸入基因病的行列。Genopathy問：兩個不相干的人，如果他們患得同一疾病，致病基因是否相同？再問：同卵雙生的孿生兄弟，他們患病的機會是否一樣，命運是否相同？┯┯┯┯

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┷┷┷┷增添缺失替換DNA分子(復制)中發(fā)生堿基對的______、______

和

，而引起的

的改變。替換增添缺失基因結構基因變異的概念：英語句子中的一個字母的改變，可能導致句子的意思發(fā)生怎樣的變化？可能導致句子的意思不變、變化不大或完全改變THECATSATONTHEMATTHECATSITONTHEMATTHEHATSATONTHEMATTHECATONTHEMAT同理：替換、增添、缺失堿基對，可能會使性狀不變、變化不大或完全改變?；虻慕Y構改變,一定會引起性狀的改變??原句：1.基因多態(tài)性與致病突變基因變異與疾病的關系2.單基因病、多基因病3.疾病易感基因

基因多態(tài)性polymorphism是指DNA序列在群體中的變異性（差異性）在人群中的發(fā)生概率>1%（SNP&CNP)<1%的變異概率叫做突變基因多態(tài)性特定的基因多態(tài)性與疾病相關時，可用致病突變加以描述SNP:散在單個堿基的不同，單個堿基的缺失、插入和置換。

CNP:DNA片段拷貝數變異，包括缺失、插入和重復等。同義突變、錯義突變、無義突變、移碼突變

致病突變生殖細胞基因突變將突變的遺傳信息傳給下一代(代代相傳),即遺傳性疾病。體細胞基因突變局部形成突變細胞群（腫瘤）。受精卵分裂基因突變的原因物理因素化學因素生物因素基因突變的原因（誘發(fā)因素）紫外線、輻射等堿基類似物5BU/疊氮胸苷等病毒和某些細菌等自發(fā)突變DNA復制過程中堿基配對出現誤差。UV使相鄰的胸腺嘧啶產生胸腺嘧啶二聚體,DNA復制時二聚體對應鏈空缺，堿基隨機添補發(fā)生突變。胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶胸腺嘧啶紫外線誘變物理誘變(physicalinduction)

5溴尿嘧啶(5BU)與T類似，多為酮式構型。間期細胞用酮式5BU處理，5BU能插入DNA取代T與A配對；插入DNA后異構成烯醇式5BU與G配對。兩次DNA復制后,使A/T轉換成G/C，發(fā)生堿基轉換,產生基因突變?；瘜W誘變(chemicalinduction)堿基類似物(baseanalogues)誘變AT5-BUA5-BUAAT5-BU5-BU(烯醇式)

(酮式)GGC1.生物變異的根本來源，為生物進化提供了最初的原始材料,能使生物的性狀出現差別，以適應不同的外界環(huán)境，是生物進化的重要因素之一。2.致病突變是導致人類遺傳病的病變基礎。基因突變的意義概述：腫瘤細胞惡性增殖特性（一）腫瘤細胞失去了生長調節(jié)的反饋抑制正常細胞受損,一旦恢復原狀，細胞就會停止增殖，但是腫瘤細胞不受這一反饋機制抑制。（二）腫瘤細胞失去了細胞分裂的接觸抑制。正常細胞體外培養(yǎng)，相鄰細