ch 微生物在环境工程中的作用.pptx

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1、第一节、微生物处理的一般原理 废水生物处理就是利用生物（MS）的生长和生命活动把废物中的残存有机质，矿物质进行分解转化，化害为利，变废为宝的过程。一、污染物的来源 污染物按其物理性质可分为三类：固体、液体、气体（一）、液体污染物：1、生活污水：洗涤液、粪便水等 无毒，易分解 2、工业废水和污水：1）、无毒易分解：发酵废水、造纸废水等 2）、有毒类：化工类废水、放射性废水等第1页/共68页（二）、固体废物：1、生活垃圾：城市居民生活垃圾、粪便等 2、工厂废渣：有机合成工业、金属工业、化工工业等 （三）、废气二、生物化学需氧量BOD BOD：Biochemical oxygen demand，是指

2、在一定的温度下，微生物在有足够溶解氧存在的条件下，在分解有机废物过程中所需氧的量，以mg/L表示。第2页/共68页 1、BOD的测定：通常有五日生化需氧量BOD5 二十日生化需氧量BOD20 全部生化需氧量BOD BOD 常常仅指含碳物质分解的生化需氧量，而不包括其他无机物的氧化阶段2、温度对BOD的影响：实际测定过程中常以20。C为BOD温度 在自然条件下有机质的分解分为两个阶段：第一阶段：好气MS的分解 有机质O2 CO2H2O（无机质）第二阶段 无机物 氧化态无机物 由于生化需氧量为单分子反应，因而反应速度与测定时存在的有机物浓度成正比例，这样就有利于工作用的监测。第3页/共68页三、好

3、氧与厌氧生物处理：污染物及废弃物的生物处理由于所用的微生物不同可分为好氧处理与厌氧处理（一）、好氧生物处理：利用好气性微生物及某些兼性厌气微生物的的好气性呼吸作用过程，在供给氧气的条件下，将有机物分解为比较彻底的产物即所谓有机物的矿质化过程。有机质O2 CO2H2ONO2-/NO3-/SO42-/HPO42-第4页/共68页 这些微生物并非单一的种类，而是随分解过程的发展，种类及数量在不断发生变化，属于？分变化 例：生活垃圾处理中的高温堆肥过程；污水处理中常用的活性污泥法（二）、厌氧生物处理：利用厌氧微生物及某些兼性厌氧微生物的厌气性呼吸及发酵作用在不供给氧气的条件下，把有机物分解成彻底产物及

4、某些不彻底产物如CO2,CH4,H2O,H2S,NH3,H2等，在这一过程中起主要作用的常常是发酵产酸及产甲烷的微生物。第5页/共68页第二节、固体废弃物的微生物处理 固体废弃物微生物处理的基本方法：城市固体废物如前所述，有城市工业废物和城市生活废物。前者一般采用特殊的处理方法，而后者就我国的现状，通常采用高温堆肥、填埋及沼气发酵，这里只谈生活垃圾的处理方法。第6页/共68页一、高温堆肥：高温堆肥就是在供氧的情况下，将垃圾采用一定的堆置方式，靠微生物的活动分解其中的有机物，并在短期内产生高温而达到垃圾的腐熟和无害化的过程，腐熟后的垃圾具有一定的肥度 堆肥堆置后，由于微生物的积极活动，温度可很快

5、升至50-60。C，甚至达70-80。C，并维持一段时间，然后逐渐降温而至腐熟，腐熟的过程实质是一部分有机物降解成无机物而另一部分有机物形成腐殖质的过程，在这些过程中，微生物在组成上发生一系列的变化。第7页/共68页1、发热阶段：在堆肥初期，微生物利用小分子可溶性有机物进行旺盛的生长和繁殖，使堆温不断升高。微生物：中温性好气微生物，常常使无芽孢细菌2、高温阶段：1）、堆温升至50。C 2）、残留的及新形成的小分子可溶性有机物继续转化分解；3）、复杂有机物开始分解为主 4）、腐殖质开始形成 微生物：嗜热真菌属，小单胞菌属 50。C左右：最活跃的一般为嗜热真菌与放线菌 60。C左右：真菌活动停止，

6、仅有嗜热放线菌及细菌 70。C：微生物进入死亡衰老阶段，形成休眠体第8页/共68页3、降温和腐熟保肥阶段：高温阶段后，由于降解性有机物的消耗，微生物活动开始下降，剩下难降解的本质素等及新形成的腐殖质 温度下降，中温性MS占优势，残余物分解，腐殖质积累。此时注意保肥以免进一步矿渣化（控制厌气条件），使肥效丧失。堆肥调节因素：水分、通气量、温度第9页/共68页二、卫生填埋：sanitary landfill 目前我国生活垃圾多用填埋方式，并且属非卫生填埋，常常造成空气、地下水污染，病原体大量繁殖。卫生填埋采用一定的单元操作，进行堆置，并布置导气和导液管道以利于厌气发酵产生的气体及渗沥/滤液(lea

7、chate)的流出 特点：1）、厌氧；2）、无氧高温发酵与低温发酵 3）、MS拮抗作用及产生有害气体达到无害化 4）、有机物分解时间长微生物：以厌气性及发酵型微生物为主。第10页/共68页三、沼气发酵：将有机物制成浆状物，在严格厌气条件下，通过一定的调节和控制措施，使微生物分解有机质，产生以甲烷为主的产物的过程。沼气发酵既可用于对生活垃圾也可用于对粪便处理，这样一方面达到了治理环境的目的，另一方面也开辟了新的能源 1、沼气发酵的原理：沼气发酵的实质是在无氧条件下废物的微生物厌气处理过程，其有机物分解动态与其他处理方式类似，即先简单后复杂 完成沼气发酵，即甲烷的形成是由两类生理上不同的MS在两个

8、阶段发挥作用的结果。第11页/共68页1）、发酵产酸阶段：由发酵产酸的厌气性细菌及兼性细菌完成并占优势，在无氧条件下将简单有机物及复杂有机物发酵，其产物主要是小分子有机酸及醇类，并有还原态N、S及H2等。MS：如芽孢杆菌，假单胞菌，产气杆菌，大肠杆菌，链球菌等 有机物 有机酸、醇类H2S/NH3/H2/CO2 发酵池中的病原体、寄生虫等则在恶劣的环境条件下（缺氧、极端pH）被杀死，达到无害化。第12页/共68页2）、甲烷形成阶段：在严格厌气条件下，由生理上独特的甲烷细菌将有机酸氧化脱羧或以氢为电子供体把CO2还原成CH4。MS：甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷螺菌等甲烷形成的机制有两种：1）、以乙酸为

9、反应底物氧化脱羧形成甲烷 CH3COOH CH4+CO2 2）、以氢为电子供体把CO2还原成CH4 CO24H2 CH42 H2O第13页/共68页2、沼气发酵的条件：1）、原料：要求纤维素多而本质素少，Pr多，特别要求碳素丰富，同时好友一定的氮磷物质 2）、含水量：原料含水量90左右，化合成稀糊状 3）、绝对无氧环境：以保证甲烷产生菌的厌气生活条件 4）、pH值：中性至微碱性如pH6时可用碳调pH 5）、温度：中温度 20-38。C；高温度：53。C左右 6）、有毒物质的控制：应除去可能的有毒物质第14页/共68页四、固废中有关的微生物 由于固体废物来源广泛成分复杂，因此在自然界中常见的微生

10、物在垃圾中均可以找到，有些属于对人类有害的病原体是需要消灭的MS，而有些则在垃圾处理过程中起主要作用，是我们需要利用的MS。细菌：第15页/共68页（一）、甲烷细菌：甲烷细菌是一类具有相同生理特征而形态不同的细菌，归属于甲烷细菌科。1、一般特征：无芽孢、绝对厌气、对氧气敏感、培养Eh150mv 1）、形态特点：目前已知的甲烷细菌有4属8种，杆菌、球菌及螺菌 2）、生理特征：绝对厌气，中温型，少数高温，pH中性或微碱，在生理上共同推动CO2和H2形成甲烷、转化乙酸及甲醇形成甲烷；不能利用有机碳水化合物，Pr等作碳源与能源，以NH4+为氮源 如 巴氏甲烷八叠球菌 嗜热自养甲烷杆菌第16页/共68页

11、3）、甲烷菌的代表种 嗜热自养甲烷杆菌：细小杆状，0.35-0.63-7m，有时成链，链长可达120m，细胞常常不规则的勾起，G，无芽孢，不运动，以氢为电子供体把CO2还原成CH4，不能利用甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、丙酸作供氢体。在以CO2为唯一碳源，NH4+为氮源的自养条件下迅速生长，最低生长温度40。C，最适6570。C，pH7.2-7.6，pH8则不生长 巴氏甲烷八叠球菌：球状、直径1.5-2.0m，通常8个在一起形成规则排列，G，不运动，靠氢为电子供体把CO2还原获得能量，也可以以甲醇、乙酸、CO为底物产生甲烷和CO2，但在以甲醇和乙酸产生甲烷时不形成CO2中间产物，适温3037。C。p

12、H7.0，严格厌气，常见于沼气池底部。亨氏甲烷螺菌：弯杆状，0.57.4m，常成链状，长达100m，G-，端生鞭毛运动，由甲酸或CO2H2生成甲烷，不利用乙醇、甲醇、乙酸、丙酸、苯甲酸等底物，适合T：3037。C，pH6.6-7.4第17页/共68页（二）、嗜热菌：常见的嗜热菌里，细菌几乎都是一些革兰氏阳性的芽孢杆菌、放线菌及真菌，嗜热菌中大多数为好气性，它们是一些能在7075。C生长，在5065。C生长最好的微生物。真菌：好热性真菌放线菌：链霉菌属及小单胞菌属的一些种如：褐色好热放线 菌，好热裂生孢放线菌，普通小单胞菌细菌：嗜热纤维芽孢梭菌，奥氏芽孢杆菌。前者绝对厌气。大多数嗜热微生物对纤维

13、素、半纤维素、果胶等的分解能力极强，是高温堆肥中高温阶段的主要推动者。第18页/共68页（三）、氨化细菌：在含N有机物特别是蛋白质、核酸、氨基酸、尿素等的分解过程中，氨化微生物特别是细菌起着非常重要、先决性的作用，因为这些物质在降解过程中要么先降解后脱氨，要么先脱氨后降解。1、蛋白质等的氨化细菌：自然界中能降解蛋白质产生氨的细菌种类和数量异常庞杂，归结起来有以下一些代表：第19页/共68页 1）、兼性厌气的无芽孢杆菌：这些细菌无芽孢，G，兼性厌气生长，在厌气及好气条件下均强烈地进行氨化作用。荧光极毛杆菌：极生鞭毛运动，G，小杆状，0.61-2m，细胞单生，可产生淡绿色水溶性荧光色素，绝对异养，

14、兼性厌气。粘质赛氏杆菌：周生鞭毛运动，G，小杆状，0.3-0.50.6-1m，细胞单生，产生红色不溶性色素，分泌粘液，异养兼性厌气第20页/共68页 2）、好气性芽孢杆菌：这类细菌在自然界中分布最广，常常造成食物腐败的多半属于这类微生物。巨大芽孢杆菌、霉状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等等。3）、厌气性芽孢杆菌：最常见的是芽孢梭菌，它们在厌气条件下分解蛋白质，芽孢端枝膨大，呈鼓槌状，在氧化作用同时常使含S蛋白产生硫化氢，因而具有恶臭第21页/共68页 2、尿素分解菌：很多细菌可降解人类尿中的尿素及尿酸，因为它们的细胞中可产生尿酶，这类细菌好气或厌气，在强碱条件下可生长，以NH4+或尿素为唯一氮源。产见

15、的尿素分解菌如：生孢尿素八叠球菌：周生鞭毛，8个菌体有序排列，细胞1.2-2.5m，可产生芽孢，这也是球菌中唯一产生芽孢的种类。巴氏尿素芽孢梭菌：产生芽孢，周生鞭毛，0.5-1.21.3-4m，可在尿素为唯一氮源条件下生长。第22页/共68页(四)、硝化细菌：由氨化作用产生的氨进一步氧化成硝酸的过程称为硝化作用，通过硝化作用，微生物获得能量。硝化作用分两个阶段，由两类细菌形成：第23页/共68页 1、亚硝酸细菌：目前已知的亚硝酸细菌有四个属即：亚硝酸极毛杆菌属，亚硝酸球菌属，亚硝酸螺菌属，亚硝酸片状菌属。亚硝酸细菌的共同特征是完成NH4+不需要有机养料，且有机物浓度过高对它们的生活有抑制作用，

16、属于自养型，好气或微好气，适宜pH为中性或微碱性，不能在强酸环境中生长。2、硝酸细菌：能完成 过程的细菌有三个属：硝酸杆菌属、硝酸针状菌属、硝酸球菌属 硝酸细菌均好气，适宜pH中性或碱性，自养型，有机物有抑制作用。第24页/共68页（五）、硫细菌 硫化作用：微生物将硫化物转化成硫酸盐过程。除有机硫的转化外，能把各种无机硫化物硫化作用的细菌均为自养型，主要有：1）、硫化细菌（化能自养）；2）、丝状硫细菌（化能自养）；3）、紫色和绿色硫细菌（光能自养）第25页/共68页 1、硫化细菌：主要为硫杆菌属的各种，无芽孢，短杆状，端生单鞭毛或无鞭毛，从氧化还原态硫化物中获得能量，常见的有4个种，即氧化硫硫

17、杆菌，氧化亚铁硫杆菌，排硫硫杆菌及脱氮硫杆菌，除最后一个为兼性厌气外，其他的均为好气，生长T28-30。C，有的适宜于强酸条件生长。虽然各种均都有上述共同作用，但它们对各种硫化物的氧化能力并不一致;氧化硫硫杆菌：元素硫，耐酸性强pH2-3.5，产物为硫酸盐 排硫硫杆菌：S2O32-，产物为SO42-，pH中性 氧化亚铁硫杆菌：S2O32-快S慢，产物为SO42-，pH2.5-5.8 脱氮硫杆菌：好气时S2O32-，S，产物为SO42-厌气时 以NO3-为电子最终受体，使之还原，氧化多硫磺酸盐及各种硫化物取得能量，但氧化硫的作用慢第26页/共68页 2、丝状硫细菌 能氧化硫的丝状细菌分属于硫细菌

18、科和无色丝硫细菌科，前者如贝氏硫细菌，辫硫细菌，丝状体滑行运动，有机及无机营养混合型；后者如丝硫细菌，丝状体需附着于固体物上为自养型 共同特点：能氧化硫化氢形成硫而贮存，习惯上称为硫磺细菌，如无硫化氢时则S被氧化成SO42-3、光能自养型硫细菌：紫色硫细菌：使硫化氢及硫氧化成SO42-，色素完全 绿色硫细菌：只能使硫化氢氧化成S，只含有绿素第27页/共68页（六）、纤维素分解细菌：嫩草、豆科植物含纤维素：干重的15 木材：50 农作物秸秆：15-45第28页/共68页 1、好氧性纤维分解菌：归属于二个科：食纤维菌科，多囊粘菌科 1）、生孢食纤维菌：营养体，G，长杆状，两端尖，稍弯曲，无鞭毛，可

19、蠕动，裂殖，形态可变为球形。常见的菌有二种即生孢食纤维菌和椭圆生孢食纤维素菌，产生小孢囊是其特点 2）、食纤维素菌：营养体，G，形态与前者相似，有变形现象，但不产生小孢子，菌落常产生各种颜色（多为黄色），好气第29页/共68页3）、多囊粘菌属：营养体，G，杆状，两端钝圆，形成孢囊，无数孢囊形成子实体，常不同颜色。此外还有一些纤维素分解菌如好气性无芽孢细菌：镰状纤维菌属，纤维弧菌属。好气性纤维分解菌产生纤维素酶将纤维水解为G并彻底氧化成CO2和水并产生大量能量。第30页/共68页 2、厌氧性纤维分解菌：奥氏梭菌：中温性，33-37。C 芽孢杆菌：高温性的纤维梭菌，溶解梭菌，高温溶解梭菌等，厌气条

20、件下水解纤维素产生G后在无氧条件下发酵产酸、醇、氢气、CO2等。第31页/共68页第三节、水的卫生细菌学一、水中的细菌及其分布：（一）、来源：1、空气 2、土壤 3、垃圾 4、动植物残体（二）、分布：取决于水体中有机物得含量 1、远离工厂、居民区的清洁河湖多为土壤菌及水体本身的菌。2、工业区及居民区附近水体受到污染，含大量腐生性细菌及病原菌，数量也多 3、在湖泊中，岸边多、湖面多、雨后多第32页/共68页二、水中的病原菌 主要是传播肠道传染病菌，来自于垃圾及生活污水，主要特征：无芽孢、无荚膜、G。1、伤寒杆菌，伤寒沙门氏菌，副伤寒杆菌，乙型副伤寒杆菌：菌体较大、周生鞭毛运动，无芽孢、无荚膜、G

21、，不抗热，易除去2、痢疾杆菌：引起细菌性痢疾 1）、痢疾杆菌（痢疾志贺氏菌）：菌体较小，引起夏季流行 2）、副痢疾杆菌（副痢疾志贺氏菌）：菌体更小 无芽孢、无荚膜、G，无鞭毛，比伤寒菌抗热3、霍乱弧菌：弧状，菌体大小差异大，端生单鞭毛，无芽孢、无荚膜、G，比较抗热寄生虫等以上三种病原对氯的抵抗力均不大，用一般加氯消除可除去。第33页/共68页三、大肠杆菌群和生活饮用水的细菌标准：（一）、大肠菌群作为卫生指标的意义：细菌性污染是由粪便造成的,即病原菌是肠道传染病菌。1、饮用水细菌的检查目的在于保证水中不存在肠道传染病的病原体，即保证饮用水不受粪便污染。但一般不在直接检验水中的病原菌而检验是否有正

22、常的肠道细菌存在。第34页/共68页2、肠道细菌的类型：通常有三类 1）、大肠菌群：普通大肠杆菌群(E.coli 又称埃希氏大肠杆菌)，产气杆菌，副大肠杆菌 2）、肠球菌 3）、产气荚膜杆菌3、卫生指标菌所必须具备的条件 1）、该细菌生理习性与肠道病原菌类似 2）、该细菌在粪便中的数量最多 3）、检验技术教简单第35页/共68页 长期运用大肠菌群作为检验水的卫生指标，正是因为它们的生理习性与前面所述病原菌类似，在自然环境中生存的时间也基本一致，而肠球菌生存时间短，产气荚膜菌可产生芽孢生存时间长，均不宜作为指标。（二）、大肠菌群的形态和生理特征 小杆状，G-，无芽孢，周生鞭毛，不抗热，发酵乳糖产

23、酸产气。大肠菌群数大肠菌值第36页/共68页（三）、生活饮用水的细菌卫生指标：实践证明，只要大肠菌群细菌数不超过3个/L，细菌总数不超过100个/ml，感染肠道传染病的可能性就很小，我国生活饮用水卫生标准（GB5749-85/中华人民共和国国家标准UDC 613.3）规定：1）、细菌总数100个/ml 2）、大肠菌群数3个/L 3）、若只经加氯消毒即供生活饮用水的水源水，大肠菌群数1000L1；经过净化处理及消毒处理后供饮用的水源水，大肠菌群数CO2NH4+H2SH2;有机酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸，称为挥发酸VA（volatile fatty acid）第66页/共68页Anaerobic

24、bio-treatment Organics(saccharide,protein,lipide,NA,etc.)(C,H,O,N,S,P)Microbes(anaerobics and facultatives)Liquifying bacteria (macro-molecule enzymes)synthesisdecomposesMicrobial cells Inorganics (CO2,NH3,H2S,H2)Simple organics (acid,alcohol,H2)synthesisdecomposesAcidifying bacteriamethane bacteriamethane (CH4)Excess sludgeGaseous product (biogas)EffluentLiquifyingstageAcidifyingstageMethane Forming stageSimple organicsFurther treatmentHydrolysase第67页/共68页谢谢您的观看！第68页/共68页