《废水生物处理》第一章微生物在环境净化中的作用.ppt

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1、废水生物处理废水生物处理东南大学研究生课程东南大学研究生课程 主讲：李先宁主讲：李先宁4/24/20231 1参考教材：参考教材：1、须藤隆一、须藤隆一 著著,俞辉群等俞辉群等 编译编译.水环境净化及废水水环境净化及废水处理微生物学处理微生物学.北京：中国建筑出版社北京：中国建筑出版社,1988.2、Grady.Jr.,Glen T.Daigger,Henry C.Lim 著著,张锡张锡辉辉,刘勇弟刘勇弟 译译.废水生物处理（第二版废水生物处理（第二版,改编与改编与扩充）扩充）.北京：化学工业出版社北京：化学工业出版社,2002.3、许保玖、许保玖,龙腾锐龙腾锐.当代给水与废水处理原理当代给水

2、与废水处理原理（第二版）（第二版）.北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,2000.废水生物处理废水生物处理东南大学研究生课程东南大学研究生课程4/24/20232 2第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1.1 微生物的特征微生物的特征1 微生物种类微生物种类 狭义上：微生物包括细菌、真菌、病毒等；狭义上：微生物包括细菌、真菌、病毒等；广义上：还包括原生动物和藻类等。广义上：还包括原生动物和藻类等。环境微生物学必须把存在于环境中的所有微生物作为研究对象，包括环境微生物学必须把存在于环境中的所有微生物作为研究对象，包括细菌细菌、真菌真菌、病毒病毒、微型藻类微型藻类和

3、和原生动物原生动物，还有一部分小于，还有一部分小于1 12mm2mm的的微小后生动物微小后生动物，即袋形动物、环节动物、节肢动物也作为微生物加以探讨。即袋形动物、环节动物、节肢动物也作为微生物加以探讨。4/24/20233 32 微生物形态及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（1 1）细菌）细菌1 1）细菌在污水处理中的作用）细菌在污水处理中的作用与所有生物一样，细菌从氧化反应中移出电子，获得能量和还原势。废与所有生物一样，细菌从氧化反应中移出电子，获得能量和还原势。废水中本来含有的或是在处理过程中产生的水中本来含有的或是在处理过程中产生的有机物有机物和和无机物无机物是最重要的两类是

4、最重要的两类电子供体。电子供体。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20234 4以有机物作为电子供体和细胞合成碳源的细菌称为以有机物作为电子供体和细胞合成碳源的细菌称为异养菌异养菌。有机物的去。有机物的去除和稳定化是生物处理中最重要的途径，因此，异养菌在生物处理系统中除和稳定化是生物处理中最重要的途径，因此，异养菌在生物处理系统中占主导地位。以无机化合物作为电子供体，以占主导地位。以无机化合物作为电子供体，以COCO2 2作为碳源的细菌称为化学作为碳源的细菌称为化学自养细菌，简称自养细菌，简称自养菌自养菌。生物处理中最重要的自养细菌利用氨氮和硝酸盐。生物处

5、理中最重要的自养细菌利用氨氮和硝酸盐氮的细菌，负责硝化作用，称为硝化细菌。氮的细菌，负责硝化作用，称为硝化细菌。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20235 5生物处理中只利用氧作为电子受体的细菌称为生物处理中只利用氧作为电子受体的细菌称为专性好养菌专性好养菌，硝化细菌即，硝化细菌即为最重要的专性好养菌。为最重要的专性好养菌。另一类是另一类是专性厌氧菌专性厌氧菌，只在没有分子氧的情况下才发挥作用，在这两种，只在没有分子氧的情况下才发挥作用，在这两种类之间的细菌是兼性厌氧细菌，简称类之间的细菌是兼性厌氧细菌，简称兼性菌兼性菌。有氧时，它们以氧为电子受。有氧时

6、，它们以氧为电子受体；没有氧时，它们以其它为电子受体。往往这类细菌在生物处理中占主体；没有氧时，它们以其它为电子受体。往往这类细菌在生物处理中占主要。要。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20236 6有些兼性菌具有发酵特性，即在无氧时利用有机化合物作为替代性最终有些兼性菌具有发酵特性，即在无氧时利用有机化合物作为替代性最终电子受体，产生还原性的最终有机物。其它兼性菌能够进行无氧呼吸，以电子受体，产生还原性的最终有机物。其它兼性菌能够进行无氧呼吸，以无机化合物作为电子受体。无机化合物作为电子受体。最重要的兼性菌是能够完成最重要的兼性菌是能够完成反硝化的细菌

7、反硝化的细菌，即将，即将NONO3 3 -N-N还原为还原为N N2 2，此，此时反硝化菌以硝酸盐作为电子受体。时反硝化菌以硝酸盐作为电子受体。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20237 72 2）污水处理中的常见细菌）污水处理中的常见细菌组成活性污泥的细菌中，一般通过显微镜可以确认的细菌有形成组成活性污泥的细菌中，一般通过显微镜可以确认的细菌有形成絮凝体絮凝体的细菌的细菌生枝动胶菌和形成生枝动胶菌和形成丝状体丝状体的细菌的细菌球衣菌属。球衣菌属。动胶菌属动胶菌属是活性污泥絮凝体的重要组成，菌体由明胶状物质加以包覆，是活性污泥絮凝体的重要组成，菌体由明胶

8、状物质加以包覆，经常以指状、树枝状和云状方式增长。动胶菌所形成的絮凝体化不仅有利经常以指状、树枝状和云状方式增长。动胶菌所形成的絮凝体化不仅有利于细菌的淘汰，而且对污泥中的生物相起保护作用。于细菌的淘汰，而且对污泥中的生物相起保护作用。球衣菌属球衣菌属是会形成一种杆菌排列在透明鞘内的丝状体，而这种丝状体往是会形成一种杆菌排列在透明鞘内的丝状体，而这种丝状体往往呈假分枝状。往呈假分枝状。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20238 8第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用表表表表1-11-1 气杆菌属具有固氮能力，棒杆菌属没有固氮能力

9、，但却可以在气杆菌属具有固氮能力，棒杆菌属没有固氮能力，但却可以在污水处理过程中作为贮存物质而产生大量果聚糖。污水处理过程中作为贮存物质而产生大量果聚糖。4/24/20239 93 3）细菌的形态：体型小（）细菌的形态：体型小（0.2m0.2m80m80m），缺乏一定的形态特征。分），缺乏一定的形态特征。分为球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌、链球菌、短杆菌、杆为球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌、链球菌、短杆菌、杆菌、梭状杆菌、弧菌、螺旋菌、螺旋体。菌、梭状杆菌、弧菌、螺旋菌、螺旋体。经过革兰氏染色法处理以后，呈紫色，则判断为革兰氏阳性菌；被染成经过革兰氏染色法处理以后，呈紫

10、色，则判断为革兰氏阳性菌；被染成淡红色则判断为革兰氏阴性菌。淡红色则判断为革兰氏阴性菌。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20231010第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用图图1-11-1：细菌的形状：细菌的形状4/24/20231111细胞在核和细胞质发生分化时，其变化最为明显。一般认为，核具有与细胞在核和细胞质发生分化时，其变化最为明显。一般认为，核具有与遗传有关的功能，而细胞质则与代谢活动有关。在这一点，细菌的细胞与遗传有关的功能，而细胞质则与代谢活动有关。在这一点，细菌的细胞与高等植物的细胞没有多大差别。不过在细菌的细胞

11、中不存在被膜包围着的高等植物的细胞没有多大差别。不过在细菌的细胞中不存在被膜包围着的核核和和线粒体线粒体等。等。细菌细胞是由含有细胞内颗粒物和细胞内含物的细胞质以及核组成。有细菌细胞是由含有细胞内颗粒物和细胞内含物的细胞质以及核组成。有些种类的细菌可产生孢子或具有鞭毛。些种类的细菌可产生孢子或具有鞭毛。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20231212第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用（2 2）真菌）真菌1 1）真菌在污水处理的关系）真菌在污水处理的关系在正常的活性污泥中，真菌类不占优势。但是在细菌繁殖受到抑制的在正常的活性污泥

12、中，真菌类不占优势。但是在细菌繁殖受到抑制的环境，真菌代替细菌而繁殖。因而，工业废水或者大量接受工业废水环境，真菌代替细菌而繁殖。因而，工业废水或者大量接受工业废水的城市生活污水的活性污泥中产生真菌类的情况还是比较多的。的城市生活污水的活性污泥中产生真菌类的情况还是比较多的。如果如果丝状菌丝状菌显著增长，则活性污泥的沉降性能恶化，微生物不会凝聚显著增长，则活性污泥的沉降性能恶化，微生物不会凝聚成絮体，出水不能达到清澈排放的程度，出水水质。成絮体，出水不能达到清澈排放的程度，出水水质。4/24/20231313第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用图图1-3：丝状菌大量繁

13、殖的形态：丝状菌大量繁殖的形态4/24/202314142 2）真菌形态及分类）真菌形态及分类真菌是属于低等植物的一个门，即菌藻植物门。包括霉菌、蘑菇和所有真菌是属于低等植物的一个门，即菌藻植物门。包括霉菌、蘑菇和所有的酵母菌，主要以伸长菌丝的方式摄取营养。的酵母菌，主要以伸长菌丝的方式摄取营养。通常可分为藻菌纲（通常可分为藻菌纲（phycomycetesphycomycetes）、子囊菌纲（）、子囊菌纲（ascomycetesascomycetes）和半知菌）和半知菌纲（纲（deuteromycetesdeuteromycetes）。）。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化

14、中的作用图图1-2：真菌的形态：真菌的形态左：毛霉属（左：毛霉属（Mucor），右：白地霉属（），右：白地霉属（Geotricham）孢子囊孢子孢子囊孢子孢子囊孢子囊中轴中轴孢子囊柄孢子囊柄分生孢子分生孢子4/24/202315152 微生物形态及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（3 3）病毒：一般认为是生物与非生物的中间体，普通光学显微镜下无）病毒：一般认为是生物与非生物的中间体，普通光学显微镜下无法观察到的最小微生物。只含有法观察到的最小微生物。只含有DNADNA和和RNARNA两者中的一种以及保护这种核两者中的一种以及保护这种核酸的蛋白质。因此，病毒几乎不具有独立代谢功能，只

15、能寄生在一般动植酸的蛋白质。因此，病毒几乎不具有独立代谢功能，只能寄生在一般动植物或微生物的细胞内生长繁殖。物或微生物的细胞内生长繁殖。寄生在微生物体内并能产生溶菌现象的病毒称为噬菌体（寄生在微生物体内并能产生溶菌现象的病毒称为噬菌体（phagephage），而寄），而寄生在蓝藻类的病毒叫做蓝藻噬菌体（生在蓝藻类的病毒叫做蓝藻噬菌体（cyanophagecyanophage）。）。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20231616第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用2 微生物形态及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（4

16、4）藻类：属于一种水生生物，也可生长在潮湿的土壤、石块、木头）藻类：属于一种水生生物，也可生长在潮湿的土壤、石块、木头等表面上，有时也可以与菌类或动物共生。等表面上，有时也可以与菌类或动物共生。藻类具有叶绿素藻类具有叶绿素a a，因而能够利用光和作用产生氧气，是所有水生动物，因而能够利用光和作用产生氧气，是所有水生动物食物链的基础，也是最重要的生产者。水中有机物生产的绝大多数是依靠食物链的基础，也是最重要的生产者。水中有机物生产的绝大多数是依靠微小藻类，即浮游植物（微小藻类，即浮游植物（phytoplanktonphytoplankton）。）。藻类细胞大小一般在藻类细胞大小一般在5 550m

17、50m，根据细胞结构和色素体不同而分为，根据细胞结构和色素体不同而分为蓝蓝藻门（藻门（cyanophytacyanophyta）、）、绿藻门（绿藻门（chlorophytachlorophyta）、）、硅藻门（硅藻门（bacillariophytabacillariophyta）、）、金藻门（金藻门（chrysophytachrysophyta）和）和甲藻门（甲藻门（dinophytadinophyta）等，有时也将后两个门划）等，有时也将后两个门划为原生动物门鞭毛虫纲。为原生动物门鞭毛虫纲。4/24/20231717第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用2 微生物形态

18、及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（4 4）藻类）藻类蓝藻类：往往形成由单细胞或很多细胞集合而成的丝状体，或者在琼蓝藻类：往往形成由单细胞或很多细胞集合而成的丝状体，或者在琼脂膜内形成群体。蓝藻类除了叶绿素脂膜内形成群体。蓝藻类除了叶绿素a a和和b b以及藻蓝素外，有时还含有藻红以及藻蓝素外，有时还含有藻红素。正是这些色素使蓝藻呈蓝绿色或蓝紫色。实际上，湖泊中形成的水华素。正是这些色素使蓝藻呈蓝绿色或蓝紫色。实际上，湖泊中形成的水华的藻类多属于蓝藻。的藻类多属于蓝藻。甲藻类：甲藻类在膜一侧具有长短不一的两根鞭毛，而且多数甲藻类甲藻类：甲藻类在膜一侧具有长短不一的两根鞭毛，而且多数

19、甲藻类具有坚硬的纤维素壳。在赤潮中经常出现的藻类中以这类藻居多。具有坚硬的纤维素壳。在赤潮中经常出现的藻类中以这类藻居多。4/24/20231818第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用图图1-4：藻类的形态：藻类的形态1：铜锈微囊藻（：铜锈微囊藻（Microcystis aeraginosa）；）；2：美丽颤藻（：美丽颤藻（Oscillatoria formosa）；）；3：螺旋鱼腥藻（：螺旋鱼腥藻（Anabaena spiroides）；）；4：梅尼小环藻（：梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）；）；5：被针曲壳藻（：被针曲壳藻（Achnat

20、hes lanceolata）；）；6：小毛枝藻（：小毛枝藻（Stigeoclonium lenue）；）；7：项圈新月藻（：项圈新月藻（Closterium moniliforme）；）；8：黄群藻（：黄群藻（Synura uvella）1 14 43 32 28 87 75 56 64/24/202319192 微生物形态及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（5 5）原生动物）原生动物1 1）原生动物在污水处理中的作用）原生动物在污水处理中的作用 原生动物在提高水质方面的作用原生动物在提高水质方面的作用原生动物在提高水质方面的作用原生动物在提高水质方面的作用a a、促进细菌的絮凝

21、作用，提高细菌的沉淀效率；、促进细菌的絮凝作用，提高细菌的沉淀效率；b b、特别是固着性原生动物迅速沉降，而且在沉降过程中会把细菌裹起、特别是固着性原生动物迅速沉降，而且在沉降过程中会把细菌裹起来或黏附在其分泌物上，从而提高了细菌的去除效率；来或黏附在其分泌物上，从而提高了细菌的去除效率；c c、原生动物捕食细菌，所以游离细菌几乎被去除；、原生动物捕食细菌，所以游离细菌几乎被去除；第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20232020d d、由于原生动物的捕食，细菌密度大为下降，因而不仅提高了细菌的、由于原生动物的捕食，细菌密度大为下降，因而不仅提高了细菌的活

22、动能力，而且还提高对可溶有机物的摄取能力；活动能力，而且还提高对可溶有机物的摄取能力；e e、原生动物的分泌物使细菌活化；、原生动物的分泌物使细菌活化；f f、原生动物本身也摄取可溶性有机物；、原生动物本身也摄取可溶性有机物；g g、原生动物和一般细菌一起，共同摄取病原微生物。、原生动物和一般细菌一起，共同摄取病原微生物。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20232121原生动物在降低剩余污泥方面的作用原生动物在降低剩余污泥方面的作用原生动物在降低剩余污泥方面的作用原生动物在降低剩余污泥方面的作用从细菌到原生动物的转换率约为从细菌到原生动物的转换率约为0.

23、50.5，所以，只要原生动物捕食细菌便会，所以，只要原生动物捕食细菌便会使生物量减少，减少的部分就等于被氧化。使生物量减少，减少的部分就等于被氧化。在活性污泥中看不到由于原生动物捕食细菌而引起的有害影响。实际活在活性污泥中看不到由于原生动物捕食细菌而引起的有害影响。实际活性污泥处理设备中也不会发生因原生动物过分增长而使细菌灭绝的现象。性污泥处理设备中也不会发生因原生动物过分增长而使细菌灭绝的现象。换言之，一旦细菌变成絮凝状态后，原生动物就难以加以捕食。所以，一换言之，一旦细菌变成絮凝状态后，原生动物就难以加以捕食。所以，一般认为，原生动物和细菌的各自浓度在某一范围内处于平衡状态。般认为，原生动

24、物和细菌的各自浓度在某一范围内处于平衡状态。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/202322222 2）污水处理中常见的原生动物）污水处理中常见的原生动物原生动物不仅是和细菌一起在污水净化中起主要作用的生物，而且是表原生动物不仅是和细菌一起在污水净化中起主要作用的生物，而且是表示处理过程是否良好的一种重要的指示性生物。活性污泥中会出现各种各示处理过程是否良好的一种重要的指示性生物。活性污泥中会出现各种各样的原生动物，但无论在质和量上经常出现的是样的原生动物，但无论在质和量上经常出现的是纤毛虫类纤毛虫类。1mL1mL正常活性正常活性污泥中的混合液中，一般存活着

25、污泥中的混合液中，一般存活着500050002000020000个原生动物，个原生动物，70%70%90%90%为纤为纤毛虫类。毛虫类。表表1-21-2列出了须藤所做实验中最常见的几种原生动物。列出了须藤所做实验中最常见的几种原生动物。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20232323第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用表表表表1-2 1-2 活性污泥中常见原生动物活性污泥中常见原生动物活性污泥中常见原生动物活性污泥中常见原生动物 表表1-21-2可以看出，活性污泥中最重要的原生动物是可以看出，活性污泥中最重要的原生动物是小口钟虫

26、、沟钟虫小口钟虫、沟钟虫和和有肋楯纤冲有肋楯纤冲等三种。等三种。4/24/20232424第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用图图1-61-6：钟虫的形状：钟虫的形状4/24/20232525第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用细胞口细胞口食胞食胞环皮环皮细胞口的纤毛运动细胞口的纤毛运动口缘口缘大核及小核大核及小核收缩胞收缩胞1010 柄柄图图1-7：小口钟虫（：小口钟虫（Vorticella microstoma）的形态）的形态4/24/20232626图图1-8：沟钟虫（：沟钟虫（Vorlicella convallarin）的形态）的形

27、态食胞食胞纤毛运动纤毛运动大核大核外皮外皮1010 柄柄细胞口细胞口第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用返回4/24/20232727图图1-9：有肋楯纤虫（：有肋楯纤虫（Aspidisca costata）的形态）的形态A：腹面，：腹面，B：横断面：横断面a：正常个体，：正常个体，b：食物多时的个体，：食物多时的个体，c、食物缺少时的个体、食物缺少时的个体A A收缩胞收缩胞棘毛棘毛大核大核细胞口细胞口1010 a ab bc c（由纤毛变化而成）（由纤毛变化而成）B B第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20232828第一章第一

28、章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用3 3）原生动物的分类及形态）原生动物的分类及形态亦称原虫，与多细胞的后生动物不同，是一种单细胞动物。最小亦称原虫，与多细胞的后生动物不同，是一种单细胞动物。最小5m5m左左右，最大甚至可达右，最大甚至可达3mm3mm，一般，一般50m50m100m100m者居多。者居多。可分为：可分为：a a、依靠一至几根鞭毛运动的鞭毛虫纲；、依靠一至几根鞭毛运动的鞭毛虫纲；b b、依靠伪足运动的肉足虫纲；、依靠伪足运动的肉足虫纲；c c、没有运动能力但能形成孢子而寄生的孢子虫纲；、没有运动能力但能形成孢子而寄生的孢子虫纲；d d、借助于纤毛运动并具有大核

29、和小核的纤毛虫纲。、借助于纤毛运动并具有大核和小核的纤毛虫纲。孢子虫纲因为是寄生性的，所以与环境没有直接的关系。孢子虫纲因为是寄生性的，所以与环境没有直接的关系。4/24/20232929第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用图图1-5：原生动物的构造（左：尾草履虫（：原生动物的构造（左：尾草履虫（Paramecium caudatum），），右：沟钟虫（右：沟钟虫（Vorticella convallaria）1：纤毛；：纤毛；2：胞口；：胞口；3：胞咽；：胞咽；4：食胞；：食胞；5：收缩胞：收缩胞6：大核；：大核；7：小核；：小核；8：毛胞；：毛胞；9：柄；：柄；1

30、0：肌丝：肌丝1 15 57 72 23 36 68 84 42 24 49 910104/24/20233030第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用2 微生物形态及与污水处理的关系微生物形态及与污水处理的关系（6 6）微型后生动物）微型后生动物微型后生动物中很多种类是属于袋形动物、环节动物、节肢动物的。袋微型后生动物中很多种类是属于袋形动物、环节动物、节肢动物的。袋形动物中有轮虫纲、腹毛虫纲、线形虫纲。其中轮虫纲广泛分布在水和潮形动物中有轮虫纲、腹毛虫纲、线形虫纲。其中轮虫纲广泛分布在水和潮湿土壤中，咀嚼器的这种构造是轮虫纲分类的重要依据。湿土壤中，咀嚼器的这种构造

31、是轮虫纲分类的重要依据。环节动物中属于寡毛纲原始寡毛目者（如水蚯蚓等）多数属于微型后生环节动物中属于寡毛纲原始寡毛目者（如水蚯蚓等）多数属于微型后生动物。这种生物是雌雄同体，体长为动物。这种生物是雌雄同体，体长为0.50.53mm3mm左右。节肢动物中体形较小左右。节肢动物中体形较小的生物（如水溞等）多属于甲壳类，其体长为的生物（如水溞等）多属于甲壳类，其体长为1 13 3mmmm。这些生物多在水中。这些生物多在水中呈浮游方式，所以连同上述的轮虫类一起统称为浮游生物。呈浮游方式，所以连同上述的轮虫类一起统称为浮游生物。4/24/20233131活性污泥中出现的后生动物有活性污泥中出现的后生动物

32、有轮虫类轮虫类和和线虫类线虫类，但是个数不多。有时也偶尔出现，但是个数不多。有时也偶尔出现腹虫类腹虫类，寡毛类寡毛类和和甲壳类甲壳类等。这些后生动物占优势情况很少，但是在低负荷活性污等。这些后生动物占优势情况很少，但是在低负荷活性污泥，特别是延时曝气法的活性污泥中有时轮虫类和寡毛类能够成为优势种属。泥，特别是延时曝气法的活性污泥中有时轮虫类和寡毛类能够成为优势种属。普通活性污泥中轮虫类的个体数，在普通活性污泥中轮虫类的个体数，在1mL1mL混合液中约为混合液中约为100100200200个，只不过是生个，只不过是生物总数的物总数的5%5%而已。而已。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物

33、在环境净化中的作用图图1-10：轮虫（：轮虫（Rotifer）的形态）的形态4/24/20233232第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用3 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖微生物除少数有性繁殖外，大多数都是无性繁殖的。细菌和鞭毛虫类按微生物除少数有性繁殖外，大多数都是无性繁殖的。细菌和鞭毛虫类按垂直分裂方式进行繁殖，而纤毛虫类则以横分裂方式进行繁殖。垂直分裂方式进行繁殖，而纤毛虫类则以横分裂方式进行繁殖。通常微生物的增长速度可用通常微生物的增长速度可用倍增时间（倍增时间（doubling timedoubling time）t td d或或比增长速度比增长速度（单位

34、增长速度）（单位增长速度）表示。各种微生物的增长速度因为培养温度和培养条件表示。各种微生物的增长速度因为培养温度和培养条件的不同而大不相同，一般来说，细胞越小的微生物，其比增长速度越大。的不同而大不相同，一般来说，细胞越小的微生物，其比增长速度越大。细菌和酵母的比增长速度一般是藻类和原生动物的十倍以上，但轮虫类和细菌和酵母的比增长速度一般是藻类和原生动物的十倍以上，但轮虫类和寡毛虫类的比增长却小得多，约为原生动物的十分之一左右。寡毛虫类的比增长却小得多，约为原生动物的十分之一左右。4/24/20233333微生物名称微生物名称增长速度增长速度培养条件培养条件（）1 1个细胞干重个细胞干重（mg

35、mg）(d(d-1 1)t td d(h)(h)细菌类细菌类巨大芽孢杆菌（巨大芽孢杆菌（Bacillus megatheriumBacillus megatherium）31.331.30.520.5230303.810 3.810-9-9大肠埃希氏菌（大肠埃希氏菌（Escherichia coliEscherichia coli）59.159.10.280.2837374.010 4.010-10-10球形红假单胞菌球形红假单胞菌（Rhodopseudomonas spheroidesRhodopseudomonas spheroides）6.96.92.42.43434藻类藻类铜锈微囊藻（

36、铜锈微囊藻（Microcystis aeraginosaMicrocystis aeraginosa）0.640.6425.025.02525羊角月芽藻（羊角月芽藻（Selenastrum capricornutumSelenastrum capricornutum）1.91.98.78.725251.910 1.910-9-9真菌真菌低发酵度酿酒酵母低发酵度酿酒酵母（Sacaharomyces cerevistaeSacaharomyces cerevistae）8.38.32.02.030307.110 7.110-8-8原生动物原生动物小口钟虫（小口钟虫（Vorticello micro

37、stomaVorticello microstoma）3.33.35.05.020203.910 3.910-6-6弯豆形虫（弯豆形虫（Colpidium campylunColpidium campylun）3.63.64.74.720201.610 1.610-6-6后生动物后生动物轮虫属（轮虫属（Rotario sp.Rotario sp.）0.280.2859.159.12020仙女虫属仙女虫属0.120.121381382020第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用 3 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖表表表表1-3 1-3 微生物的增长速度微生物的增长速度微

38、生物的增长速度微生物的增长速度4/24/202334344 微生物的相互作用微生物的相互作用通常，微生物即使是在没有其他种类的微生物存在的情况下，也不是长通常，微生物即使是在没有其他种类的微生物存在的情况下，也不是长期处于对数增长期，而是以期处于对数增长期，而是以S S形达到某一极值后，种群的增长便停止下来。形达到某一极值后，种群的增长便停止下来。这个曲线称为对数增长曲线。这个曲线称为对数增长曲线。可用式（可用式（1 1）表示。）表示。式（式（1 1）式中式中 N N 个体数；个体数；K K 饱和密度；饱和密度；a a 常数；常数；h h VerhulstVerhulst Pearl Pear

39、l 系数。系数。第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4/24/20233535第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4 微生物的相互作用微生物的相互作用通常，微生物异种之间的相互作用有如下几种关系：通常，微生物异种之间的相互作用有如下几种关系：a a、共处关系（、共处关系（neutralismneutralism）：即使有两种个体群存在，两种种群的生长）：即使有两种个体群存在，两种种群的生长繁殖都不受任何影响。繁殖都不受任何影响。b b、竞争关系（、竞争关系（competitioncompetition）：不同的微生物种群对食物、营养、空间和）

40、：不同的微生物种群对食物、营养、空间和其他共同要求的物质存在着竞争，因而相互受到不利影响。其他共同要求的物质存在着竞争，因而相互受到不利影响。c c、共生关系（、共生关系（mutualismmutualism）：两种微生物的共存对双方的生长繁殖都有）：两种微生物的共存对双方的生长繁殖都有好处，而且在自然条件下如果失去一方，则另一方就不能生存。好处，而且在自然条件下如果失去一方，则另一方就不能生存。4/24/20233636第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4 微生物的相互作用微生物的相互作用d d、原始共生关系（、原始共生关系（protocooperationpro

41、tocooperation）：两种微生物的共存虽然对双方都）：两种微生物的共存虽然对双方都有利，但共存并非绝不可少的因素。有利，但共存并非绝不可少的因素。e e、偏利共生关系（、偏利共生关系（commnsalismcommnsalism）：共生对一方微生物有利，但对另一）：共生对一方微生物有利，但对另一方则没有任何影响。方则没有任何影响。f f、偏害共生关系（、偏害共生关系（amensalismamensalism）：共生对一方微生物有不利影响，但对）：共生对一方微生物有不利影响，但对另一方则没有任何影响。另一方则没有任何影响。g g、寄生（、寄生（parasitismparasitism）或

42、捕食（）或捕食（predationpredation）关系：一种微生物直接向另一）关系：一种微生物直接向另一种微生物发动进攻，所以对另一方产生不利影响。种微生物发动进攻，所以对另一方产生不利影响。4/24/20233737第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用4 微生物的相互作用微生物的相互作用自然界中，包括微生物在内的一切生物，根本不存在一种生物单独生存自然界中，包括微生物在内的一切生物，根本不存在一种生物单独生存的现象，而总是在某些方面同其他生物保持着某种关系。异养生物依靠自的现象，而总是在某些方面同其他生物保持着某种关系。异养生物依靠自养生物合成的有机物而生存，同

43、样，捕食者依靠被捕食者而生存。养生物合成的有机物而生存，同样，捕食者依靠被捕食者而生存。以以活性污泥活性污泥为例，腐生性细菌处于最低营养水平，在细菌上面是以细菌为例，腐生性细菌处于最低营养水平，在细菌上面是以细菌为食物的原生动物，而轮虫类和线虫类则处于最高的营养水平，同一营养为食物的原生动物，而轮虫类和线虫类则处于最高的营养水平，同一营养水平上也存在着多种微生物，而且在它们之间同样存在着营养需求上的竞水平上也存在着多种微生物，而且在它们之间同样存在着营养需求上的竞争关系。当然，还可能存在共生、偏利共生、偏害共生、寄生等相互作用。争关系。当然，还可能存在共生、偏利共生、偏害共生、寄生等相互作用。

44、污水净化就是在这些相互作用下完成的。污水净化就是在这些相互作用下完成的。4/24/20233838第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1.2 微生物的代谢微生物的代谢1 微生物的化学作用微生物的化学作用（1 1）自然环境中的微生物）自然环境中的微生物我们几乎在自然界的任何地方都可以找到微生物。有生存在我们几乎在自然界的任何地方都可以找到微生物。有生存在-20-20以下的以下的低温菌（低温菌（PsychrophilesPsychrophiles），有生存在，有生存在100 100 温泉中的温泉中的高温菌（高温

45、菌（ThermophilesThermophiles），有，有在在pHpH为为1 1条件下生张繁殖的条件下生张繁殖的硫细菌硫细菌和在食盐浓度高达和在食盐浓度高达25%25%以上条件下生长繁殖以上条件下生长繁殖的的耐盐菌（耐盐菌（halophileshalophiles）。氧分压方面，不仅有生长繁殖时需氧的。氧分压方面，不仅有生长繁殖时需氧的好氧细菌好氧细菌（aerobesaerobes），而且也存在着只要有一点氧就不能生长繁殖的，而且也存在着只要有一点氧就不能生长繁殖的绝对厌氧细菌绝对厌氧细菌（absolute anaerobesabsolute anaerobes）。4/24/2023393

46、9第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1 微生物的化学作用微生物的化学作用（1 1）微生物的作用）微生物的作用1 1）氧化作用氧化作用a a、醇类的氧化：、醇类的氧化：CHCH2 2OH OH COOH COOHb b、醛类的氧化：、醛类的氧化：CHO COOHCHO COOHc c、甲基的氧化：甲苯、甲基的氧化：甲苯 苯甲酸苯甲酸d d、氨的氧化：、氨的氧化：NHNH3 3 NO NO2 2（硝化杆菌属，（硝化杆菌属，NitrobacterNitrobacter）e e、亚硝酸的氧化：、亚硝酸的氧化：NONO2 2 NONO3 3（亚硝化单胞菌属，（亚硝化单胞菌属，

47、NitrosomonasNitrosomonas）f f、硫的氧化：、硫的氧化：S SOS SO2 2（氧化硫硫杆菌，（氧化硫硫杆菌，ThiobacillusThiobacillus thiooxidansthiooxidans）g g、铁的氧化：、铁的氧化：Fe Fe 2+2+Fe Fe 3+3+（氧化亚铁硫杆菌，（氧化亚铁硫杆菌，ThiobacillusThiobacillus ferrooxidansferrooxidans ）4/24/20234040第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1 微生物的化学作用微生物的化学作用（1 1）微生物的作用）微生物的作用2

48、 2）还原作用还原作用a a、乙烯基的还原：、乙烯基的还原：CH=CH=CHCH CH CH2 2CHCH2 2b b、醇类的还原：、醇类的还原：CHOH CHCHOH CH2 2c c、硝酸的还原：、硝酸的还原：NONO3 3 NH NH3 3 （多种土壤微生物）（多种土壤微生物）d d、硫酸盐的还原：、硫酸盐的还原：H H2 2SOSO4 4 H H2 2S S（脱硫弧菌，（脱硫弧菌，DesulfovibrioDesulfovibrio desulfuricansdesulfuricans）4/24/20234141第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1 微生物的

49、化学作用微生物的化学作用（1 1）微生物的作用）微生物的作用3 3）脱羧作用脱羧作用 羧酸的脱羧作用：羧酸的脱羧作用：CHCH2 2COOH COOH CH CH3 34 4）脱氨作用脱氨作用 脱氨作用：脱氨作用：CHNH CHNH 2 2 CH CH2 25 5）水解作用水解作用 酯键水解：酯键水解：RCOOR ROH+ROHRCOOR ROH+ROH6 6）酯化作用：酯化作用：羧酸与醇类：羧酸与醇类：COOH+ROH COORCOOH+ROH COOR4/24/20234242第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中的作用1 微生物的化学作用微生物的化学作用（1 1）微生物

50、的作用）微生物的作用7 7）脱水作用脱水作用 脱水作用：脱水作用：CHCH2 2COOH COOH CH=CH=CHCH8 8）缩合作用缩合作用 缩合作用：缩合作用：乙醛乙醛 乙酰甲基甲醚（酵母）乙酰甲基甲醚（酵母）9 9）氨基化反应氨基化反应 氨基化反应：氨基化反应：C=O CHNHC=O CHNH2 21010）乙酰化作用：乙酰化作用：乙酰化作用：乙酰化作用：NHNH3 3 NHCCH NHCCH3 3（克氏梭菌，（克氏梭菌，Clostridium Clostridium kluyverikluyveri）O4/24/20234343第一章第一章 微生物在环境净化中的作用微生物在环境净化中