微生物生態(tài)與環(huán)境工程中的微生物作用.ppt

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(zhì)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(xué)原理 第四章污 廢水深度處理和微污染源水預(yù)處理的微生物學(xué)原理 第五章有機(jī)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(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)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(lèi) 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(gè)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(chǎn) 能量流動(dòng) 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(nèi)進(jìn)行的 生物圈是指 生存在地球陸地以上和海面以下個(gè)10km之間的范圍 包括巖石圈 土壤圈 水圈和大氣圈內(nèi)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(kāi)放系統(tǒng) 當(dāng)能量和物質(zhì)的輸入 被植物等固定 大于輸出 消費(fèi)和分解 人類(lèi)收獲 時(shí) 生物量增加 反之 生物量減少 如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等 生態(tài)系統(tǒng)的組成 結(jié)構(gòu)和功能將長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài) 雖然各生物群落有各自的生長(zhǎng) 發(fā)育 繁殖及死亡過(guò)程 但動(dòng)物 植物和微生物等群落的種群 數(shù)量 它們的數(shù)量比均保持相對(duì)穩(wěn)定 即使有外來(lái)干擾 生態(tài)系統(tǒng)能通過(guò)自行調(diào)節(jié)的能力恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定的狀態(tài) 例如土壤和水體的自?xún)?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(lèi) 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(dòng)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(lèi) 數(shù)量和分布三 土壤自?xún)艉臀廴就寥牢⑸锷鷳B(tài)四 土壤污染和土壤生物修復(fù) 一 土壤微生物生態(tài) 土壤對(duì)微生物的生存的影響包括以下幾個(gè)方面 營(yíng)養(yǎng) pH 滲透壓 氧氣和水 溫度 保護(hù)層 二 微生物在土壤的種類(lèi) 數(shù)量和分布 土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指標(biāo)之一 肥沃土 1 108 1 109個(gè)微生物 克土貧瘠土 1 106 1 107個(gè)微生物 克土 根據(jù)土壤性質(zhì)的不同 如pH 酸堿性 水分 透氣性等 土壤中所含的微生物數(shù)量和種類(lèi)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?xún)艉臀廴就寥牢⑸锷鷳B(tài) 土壤對(duì)施入其中一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)污染物具有吸附和生物降解能力 通過(guò)各種物理 生化過(guò)程自動(dòng)分解污染物使土壤恢復(fù)到原來(lái)水平的凈化過(guò)程 稱(chēng)土壤自?xún)?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(huì)誘導(dǎo)土壤中微生物的變異 如果用污水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉 只要不超過(guò)土壤自?xún)裟芰κ遣粫?huì)引起土壤污染的 四 土壤污染和土壤生物修復(fù) 當(dāng)污染物排放到土壤中 超過(guò)了土壤的自?xún)裟芰?則會(huì)產(chǎn)生不良后果 1 破壞土地的生態(tài)平衡 2 有毒有害物質(zhì)滲入到地下水中 危害人類(lèi) 3 各種病原微生物會(huì)通過(guò)各種途徑進(jìn)入人體引起人體疾病 針對(duì)污染土壤的問(wèn)題 人們開(kāi)始了污染土壤的生物修復(fù)工作 即針對(duì)污染物的性質(zhì) 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(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)和氧氣 對(duì)受污染的土壤進(jìn)行生物修復(fù) 針對(duì)受污染土壤的情況有原位生物修復(fù) 生物通風(fēng) 挖掘堆置和反應(yīng)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(lèi) 數(shù)量和分布三 空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù)四 空氣微生物檢測(cè) 一 空氣的生態(tài)條件 空氣中有較強(qiáng)的紫外輻射 具有較干燥 溫度變化大 缺乏營(yíng)養(yǎng)等特點(diǎn) 所以空氣不是微生物生長(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所 雖然空氣中微生物數(shù)量較多 但只是暫時(shí)停留 微生物在空氣中停留時(shí)間的長(zhǎng)短由風(fēng)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(lèi) 數(shù)量和分布 空氣中微生物的種類(lèi)和所處的地理位置有關(guān)的 其數(shù)量也是如此 不同場(chǎng)所上空微生物的數(shù)量如下表所示 空氣中的微生物還隨著海拔高度而變化 一般來(lái)說(shuō) 海拔越高 微生物數(shù)量越少 單位 個(gè) m3 三 空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù) 以細(xì)菌總數(shù)評(píng)價(jià)空氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 外部大環(huán)境的衛(wèi)生潔凈技術(shù)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(guò)空氣過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn) 四 空氣微生物檢測(cè) 空氣中微生物的檢測(cè)可通過(guò) 固體法 1 平皿落菌法 2 撞擊法2 液體法空氣微生物的測(cè)點(diǎn)數(shù)越多越準(zhǔn)確 以20 30個(gè)點(diǎn)為宜 最少測(cè)點(diǎn)數(shù)為5 6個(gè) 采樣后的培養(yǎng)溫度和時(shí)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?xún)艉臀廴舅w的微生物生態(tài)三 水體富營(yíng)養(yǎng)化 水體中微生物的來(lái)源主要有四個(gè)方面 1 水體中固有的微生物2 來(lái)自土壤的微生物3 來(lái)自生產(chǎn)和生活的微生物4 來(lái)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(yuǎn)海要多 在海洋不同的深度 由于陽(yáng)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(lèi)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(diǎn)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(lèi)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(lèi)和數(shù)量的因素主要有 水體類(lèi)型 受污 廢 水污染程度 有機(jī)物的含量 水溫 pH及水深等 二 水體自?xún)艉臀廴舅w的微生物生態(tài) 水體自?xún)暨^(guò)程和各種水生物隨水流距離或時(shí)間的變化如圖所示 水體自?xún)?水體接納了一定量的有機(jī)污染物后 在物理的 化學(xué)的和水生物的因素的綜合作用下得到凈化 水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài) 水體自?xún)羧萘?是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機(jī)污染物的最大數(shù)量 一 水體自?xún)粲捎谔烊凰w的各種生物和微生物之間構(gòu)成的一個(gè)生物循環(huán)的生物鏈 因而水體有一個(gè)自?xún)舻哪芰?P H指數(shù) 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(shù) P H指數(shù)反映水體污染和自?xún)舫潭?水體剛被污染 水中有機(jī)物濃度高 異養(yǎng)型微生物大量繁殖 P H指數(shù)低 自?xún)羲俾矢?在自?xún)暨^(guò)程中 有機(jī)物減少 異養(yǎng)型微生物數(shù)量減少 光合自養(yǎng)型數(shù)量增多 故P H指數(shù)升高 自?xún)羲俾手饾u降低 在河流自?xún)敉瓿珊?P H指數(shù)恢復(fù)到原有水平 氧濃度晝夜變化幅度和氧垂線 由于受到陽(yáng)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(duì)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?xún)舻闹笜?biāo) 二 污水體系的微生物生態(tài)當(dāng)有機(jī)物排入河流后 在排污點(diǎn)的下游進(jìn)行著正常的自?xún)暨^(guò)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(jī)污染指標(biāo) BIP指數(shù)用來(lái)衡量水體有機(jī)污染程度 式中 A為有葉綠素的微生物數(shù) B為無(wú)葉綠素的微生物數(shù) 利用BIP值可以判斷水體的污染程度 如下表所示 細(xì)菌菌落總數(shù) CFU 細(xì)菌菌落總數(shù)是指1ml水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中于37 培養(yǎng)24h后所生長(zhǎng)出來(lái)的菌落總數(shù) 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(mén)氏菌 Salmonellatyphi 甲型 乙型和丙型的副傷寒沙門(mén)氏菌 Salmonellaparatyphi 及霍亂弧菌 Vibriocholerae 等 水源水中細(xì)菌菌落總數(shù)不能說(shuō)明污染物的來(lái)源 因此通常用大腸菌群數(shù)來(lái)判斷水的污染源 大腸菌群數(shù)被選作致病菌的間接指示菌是因?yàn)榇竽c菌群是人腸道中正常寄生菌 數(shù)量大 對(duì)人較安全 在環(huán)境中的存活時(shí)間與致病菌相近 而且檢驗(yàn)技術(shù)較簡(jiǎn)便 因而被選中 一直沿用至今 三 水體富營(yíng)養(yǎng)化 一 水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念與發(fā)生由于某些自然因素 尤其是人類(lèi)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(yíng)養(yǎng)過(guò)剩 促使水體中藻類(lèi)過(guò)量生長(zhǎng) 使淡水水體發(fā)生 水華 使海洋發(fā)生 赤潮 與富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系密切的藻類(lèi) 被報(bào)道得較多的是藍(lán)藻中的微囊藻屬 Microcystis 腔球藻屬 Coelosphaerium 和魚(yú)腥藻屬 Anabaena 由于水體中藻類(lèi)和異養(yǎng)細(xì)菌的代謝活動(dòng) 耗盡了水中的溶解氧 大量藻類(lèi)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(dòng)物和魚(yú)類(lèi)無(wú)法生存 加上藻類(lèi)分泌致臭 致毒物而嚴(yán)重影響水質(zhì) 二 評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法與AGP 評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法 1 觀察藍(lán)藻等指示生物 2 測(cè)定生物的現(xiàn)存量 3 測(cè)定原始生產(chǎn)力 4 測(cè)定水體透明度 5 測(cè)定氮和磷等導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì) AGP即藻類(lèi)生產(chǎn)的潛在能力 把特定的藻類(lèi)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(lèi)增長(zhǎng)到穩(wěn)定期為止 通過(guò)測(cè)干重或細(xì)胞數(shù)來(lái)測(cè)其增長(zhǎng)量 此即藻類(lèi)生產(chǎn)的潛在能力 AGP 三 防止水體富營(yíng)養(yǎng)化 防止天然水體富營(yíng)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(guó)規(guī)定污水處理廠出水的氨氮控制在15mg L以下 歐洲的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(dòng)物呼吸微生物有機(jī)物分解 O2 植物藻類(lèi) O2 光 第二節(jié)碳循環(huán) 一 纖維素的轉(zhuǎn)化二 半纖維素的轉(zhuǎn)化三 果膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化四 淀粉的轉(zhuǎn)化五 脂肪的轉(zhuǎn)化六 木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化七 烴類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 一 纖維素的轉(zhuǎn)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(lèi)微生物主要有細(xì)菌 放線菌和真菌等 二 半纖維素的轉(zhuǎn)化 半纖維素存在于植物細(xì)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(guò)程如下 三 果膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化 果膠質(zhì)存在于植物細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)中 造紙 制麻廢水多含有果膠質(zhì) 天然的果膠質(zhì)不溶于水 稱(chēng)原果膠 果膠質(zhì)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(jìn)行丁酸發(fā)酵 產(chǎn)物有丁酸 乙酸 醇類(lèi) 二氧化碳和氫氣 好氧分解果膠質(zhì)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(zhuǎn)化 淀粉的種類(lèi)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(zhì)作為原料的工業(yè)廢水等均含有淀粉 五 脂肪的轉(zhuǎn)化 脂肪是甘油和高級(jí)脂肪酸所形成的脂 不溶于水 可溶于有機(jī)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(yīng)式如下 甘油的轉(zhuǎn)化 六 木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化 木質(zhì)素是植物木質(zhì)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(zhì)素 分解木質(zhì)素的微生物主要是擔(dān)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(gè)別種也能分解木質(zhì)素 木質(zhì)素被微生物分解的速率緩慢 在好氧條件下分解木質(zhì)素比在厭氧條件下快 真菌分解木質(zhì)素比細(xì)菌快 七 烴類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化氮素物質(zhì)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(zhì)的轉(zhuǎn)化 一 微生物轉(zhuǎn)化氮素物質(zhì)的一般途徑 氮素是核酸及蛋白質(zhì)的主要成分 是構(gòu)成生物體的必須元素 自然界蘊(yùn)藏著豐富的氮素物質(zhì) 其主要形態(tài)有三種 1 分子態(tài)氮 存在于空氣中 數(shù)量最大 占空氣容量近79 每畝土地上空估計(jì)有5000噸 2 生物體中的蛋白質(zhì) 核酸和其它有機(jī)氮化物 3 銨鹽及硝酸鹽等無(wú)機(jī)態(tài)氮化物 前兩種形態(tài)的氮雖然數(shù)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(shù)很少 遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足地面植物對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的需求 上述三種形態(tài)的氮素物質(zhì) 在自然界中因生物的作用 不斷地相互轉(zhuǎn)化 進(jìn)行著氮素循環(huán) 氮素循環(huán)圖例1 2 二 氨化作用 有機(jī)氮化物在微生物的分解作用中釋放出氨的過(guò)程 稱(chēng)為氨化作用 ammonification 這里著重介紹 一 蛋白質(zhì)的分解 二 核酸的分解 三 其它含氮有機(jī)物的分解 一 蛋白質(zhì)的分解 1 氧化脫氨基作用 產(chǎn)生酮酸和氨 2 水解脫氨基作用 產(chǎn)生含氧酸和氨 3 還原脫氨基作用 產(chǎn)生飽和酸和氨 氨基酸脫氨基后的殘余基團(tuán)是一個(gè)有機(jī)酸 將作為微生物生活的碳源物質(zhì) 在呼吸作用中或被氧化分解成CO2 或被發(fā)酵生成低分子有機(jī)酸 醇或碳?xì)浠衔?絕大多數(shù)異養(yǎng)型微生物 包括細(xì)菌 真菌 放線菌 都有不同的蛋白質(zhì)分解能力 在自然界中 它們分布很多 作用強(qiáng)的有 熒光假單胞菌 靈桿菌和變形桿菌等兼性細(xì)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(xì)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(qiáng) 二 核酸的分解 各種生物細(xì)胞中均含有大量的核酸 它們是核苷酸的縮聚物 許多微生物都能分解核酸 細(xì)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(jī)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 2 幾丁質(zhì)某些微生物如貝內(nèi)克氏菌屬中的一些種 產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶使幾丁質(zhì)水解 生成氨基葡萄糖和乙酸 氨基葡萄糖再經(jīng)脫氨基酶作用 生成葡萄糖和氨 幾丁質(zhì)酶 三 硝化作用 氨經(jīng)過(guò)微生物作用氧化成亞硝酸 再進(jìn)一步氧化成硝酸的過(guò)程 稱(chēng)為硝化作用 Nitrification 一 亞硝化作用 二 硝化作用 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(xì)菌 它們從氧化HNO2及HNO3中取得能量 以CO2為碳源進(jìn)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(xì)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(guò)程 稱(chēng)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(chǎn)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(chēng)為反硝化微生物 它們?cè)诃h(huán)境中種類(lèi)很多 數(shù)量亦大 包括細(xì)菌 真菌和放線菌中的多種微生物 能將硝酸還原為亞硝酸 微生物進(jìn)行反硝化作用的適宜條件是 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(guò)程 稱(chēng)為固氮作用 Nitrogenfixation 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(lán)細(xì)菌的許多屬能進(jìn)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(zhì)的轉(zhuǎn)化 其它含氮物質(zhì)主要指氫氰酸 乙腈 丙腈 正丁腈及硝基化合物 它們來(lái)自腈綸廢水 國(guó)防工業(yè)廢水 電鍍廢水等 土壤和水體受到上述物質(zhì)不同程度的污染 對(duì)人畜都有毒害 在有氧條件下 氰化物氧化分解如下 擔(dān)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(jìn)而合成丙氨酸 第四節(jié)硫循環(huán) 一 含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化 二 無(wú)機(jī)硫的轉(zhuǎn)化 硫有三態(tài) 元素硫 無(wú)機(jī)硫化物及含硫有機(jī)化合物 這三者在化學(xué)和生物作用下互相轉(zhuǎn)化 構(gòu)成硫的循環(huán) 一 含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化 含硫有機(jī)化合物如蛋白質(zhì) 含硫氨基酸 磺氨酸等在許多土壤微生物的分解中 經(jīng)脫硫作用生成硫化氫 進(jìn)行含硫有機(jī)物的無(wú)機(jī)質(zhì)化的過(guò)程 在分解不徹底時(shí)可形成硫醇暫時(shí)累積 但在進(jìn)一步氧化中 仍以硫化氫為最后產(chǎn)物 二 無(wú)機(jī)硫的轉(zhuǎn)化 1 硫化作用 硫化氫 元素硫或硫化亞鐵等在硫細(xì)菌的作用下進(jìn)行氧化 最后生成硫酸的過(guò)程 稱(chēng)為硫化作用 Sulphurication 參與硫化作用的微生物有硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)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(guò)程稱(chēng)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(qiáng)烈反硫化作用的細(xì)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(jī)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(jī)物 無(wú)機(jī)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(jī)物的分解 來(lái)自生物體的有機(jī)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(jī)磷化物的微生物有細(xì)菌 放線菌和真菌中的有關(guān)類(lèi)群 它們能將有機(jī)磷化物轉(zhuǎn)化分解 釋放出其中的磷酸部分 使成為無(wú)機(jī)磷酸鹽狀態(tài)存在于環(huán)境中 由于微生物種類(lèi)不同 所產(chǎn)生的磷脂酶類(lèi)不同 作用的有機(jī)磷化物不同 產(chǎn)物也不一樣 二 不溶解性磷礦物的溶解 不溶性磷礦物通過(guò)微生物生命活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的酸類(lèi)物質(zhì)逐漸溶解 轉(zhuǎn)化成水溶性的磷酸鹽類(lèi) 微生物分解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)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(dòng)產(chǎn)生的各種有機(jī)酸 以及硝化細(xì)菌 硫化細(xì)菌產(chǎn)生的HNO3及H2SO4等 比H2CO3作用更強(qiáng) Ca3 PO4 2 2CH3CHOHCOOH 2CaHPO4 Ca CH3CHOHCOO 2 Ca3 PO4 2 2H2SO4 Ca H2PO4 2 2CaSO4 這些產(chǎn)酸能力強(qiáng)的細(xì)菌和真菌 不僅能溶解簡(jiǎn)單的磷酸三鈣等磷酸鹽 而且對(duì)于磷礦物如磷灰石中所結(jié)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(jī)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(lèi)似 丁酸梭狀芽孢桿菌和大腸埃希氏菌可引起這種轉(zhuǎn)化 其過(guò)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(guò)微生物生命活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的酸類(lèi)使之溶解 也可以因?yàn)槲⑸锓纸庥袡C(jī)質(zhì)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 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(jī)結(jié)合態(tài) 或與有機(jī)酸結(jié)合成為有機(jī)酸鐵鹽 有機(jī)含鐵化合物又可分為微生物分解 將無(wú)機(jī)態(tài)的鐵釋放出來(lái) 二 亞鐵化物的氧化和沉淀 土壤中有一類(lèi)特殊生理的細(xì)菌 因它們的生命活動(dòng)引起亞鐵化合物氧化成高鐵化合物而沉淀 這類(lèi)細(xì)菌特稱(chēng)為鐵細(xì)菌 它們是兼性或?qū)Ｐ缘幕軤I(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌 從氧化鐵化合物過(guò)程中獲得能量 同化CO2合成有機(jī)質(zhì) 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(xué)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(guān)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(zhì) 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(shù)量 MLSS 二 好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理 好氧活性污泥的凈化作用有類(lèi)似于水處理工程中混凝劑的作用 同時(shí)有能吸收和分解水中溶解性污染物 因?yàn)樗捎猩奈⑸锝M成 能自我繁殖 有生物 活性 可以連續(xù)反復(fù)使用 而化學(xué)混凝劑只能一次使用 故活性污泥比化學(xué)混凝劑優(yōu)越 好氧活性污泥的凈化機(jī)理和過(guò)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(jī)理 五 菌膠團(tuán)的作用 1 指示作用 2 凈化作用 3 促進(jìn)絮凝和沉淀作用 七 好氧活性污泥的培養(yǎng) 六 原生動(dòng)物及后生動(dòng)物的作用 好氧活性污泥的凈化機(jī)理 水體自?xún)艉陀袡C(jī)廢水凈化過(guò)程中微生物演變的過(guò)程 二 好氧生物膜法 好氧生物膜法構(gòu)筑物有普通濾池 高負(fù)荷生物濾池 塔式生物濾池 還有生物轉(zhuǎn)盤(pán) 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(jié)構(gòu) 4 好氧生物膜的凈化作用機(jī)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(shì)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(duì)策 曝氣池中有正?；钚晕勰嗪团蛎浳勰?膨脹污泥包括由絲狀細(xì)菌引起的絲狀膨脹污泥和有非絲狀細(xì)菌引起的菌膠團(tuán)膨脹污泥 一般用污泥體積指數(shù)SVI來(lái)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(xì)菌極度生長(zhǎng)引起的活性污泥膨脹稱(chēng)為活性污泥絲狀膨脹 引起絲狀膨脹的微生物種類(lèi)很多 下列因素都可使絲狀微生物過(guò)度生長(zhǎng) 1 溫度 2 溶解氧 3 可溶性有機(jī)物濃度及種類(lèi) 4 有機(jī)物濃度 5 pH 引起活性污泥絲狀膨脹的機(jī)理包括 1 對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng) 2 對(duì)可溶性有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng) 3 對(duì)氮 磷的競(jìng)爭(zhēng) 4 對(duì)有機(jī)物沖擊負(fù)荷影響 二 控制活性污泥絲狀膨脹的對(duì)策 解決污泥絲狀膨脹的問(wèn)題 根本是要控制引起絲狀微生物過(guò)度生長(zhǎng)的環(huán)境因子 主要控制 1 控制溶解氧 2 控制有機(jī)物負(fù)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(xì)菌處理高濃度有機(jī)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(jī)質(zhì)產(chǎn)生沼氣的過(guò)程 沼氣發(fā)酵過(guò)程是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程 其中涉及多種交替作用的菌群 各要求不同的基質(zhì)與條件 形成了極為復(fù)雜的相互作用體系 因而沼氣發(fā)酵的生物化學(xué)至今尚未全部闡明 一 沼氣發(fā)酵的生物化學(xué) 現(xiàn)在比較普遍接受沼氣的三階段理論 明確認(rèn)識(shí)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(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 3 產(chǎn)甲烷階段 1 液化階段 復(fù)雜有機(jī)物如纖維素 蛋白質(zhì) 脂肪等在微生物作用下降解至其基本結(jié)構(gòu)單位或簡(jiǎn)單有機(jī)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(shù)厭氧菌所引起 2 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 主要是將第一階段中產(chǎn)生的或原已存在于物料中的簡(jiǎn)單有機(jī)物經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化生成乙酸 H2 及CO2 引起作用的菌統(tǒng)稱(chēng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌 上述1和2兩個(gè)階段可合稱(chēng)為不產(chǎn)甲烷階段 其作用微生物稱(chēng)非甲烷菌 3 產(chǎn)甲烷階段 在甲烷細(xì)菌的作用下將乙酸 包括甲酸 CO2 H2轉(zhuǎn)化為CH4 甲烷發(fā)酵過(guò)程 二 甲烷細(xì)菌 甲烷細(xì)菌是一群只有相同生理特征的細(xì)菌 其外形各不相同 但細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)相同 均不含肽聚糖 是與絕大多數(shù)細(xì)菌不同之處 根據(jù)DNA序列分析 將其列于古菌綱中 甲烷細(xì)菌中常見(jiàn)的屬有 甲烷桿菌屬 甲烷八疊球菌屬 甲烷球菌屬 甲烷細(xì)菌廣泛分布于自然界 在厭氧污泥 糞便及動(dòng)物腸道中經(jīng)常存在 它們要求嚴(yán)格厭氧條件 在淡水底泥中 當(dāng)氧化還原電位為 250mV甚至更低時(shí) 甲烷菌數(shù)量最多 一般為中溫型 20 40 生長(zhǎng) 最適溫度為37 38 少數(shù)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(zhì)或其它有機(jī)物作為能源和碳源 甲烷細(xì)菌都以NH4 做氮源 三 厭氧處理構(gòu)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(jīng)過(guò)消化后的污泥和污水分別由消化池底部和上部排出 所產(chǎn)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(fù)荷可以達(dá)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(shí)必須引入足夠數(shù)量的混合菌種 或經(jīng)過(guò)厭氧消化培養(yǎng)了的污泥 2 嚴(yán)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(jī)酸濃度 pH維持在6 5 7 5為宜 有機(jī)酸濃度 以乙酸計(jì) 是控制發(fā)酵的重要指標(biāo) 以 2000mg L為宜 6 CO2檢測(cè) CO2檢測(cè)可以鑒別不產(chǎn)甲烷與產(chǎn)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(shí) 說(shuō)明平衡被破壞 二 光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)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(jī)光合細(xì)菌 PotosynteticBacteriaPSB 處理 因?yàn)橛袡C(jī)光合細(xì)菌只能利用脂肪酸等低分子化合物 所以在有機(jī)光合細(xì)菌處理廢水之前 要用水解性細(xì)菌將碳水化合物 脂肪和蛋白質(zhì)水解為脂肪酸 氨基酸 氨等物質(zhì) 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(lài)氨酸廢水中含的硫酸根 SO42 有200 30000mg L 高濃度的SO42 對(duì)微生物有毒害作用 在有SO42 存在時(shí)硫酸還原細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌爭(zhēng)奪氫 產(chǎn)甲烷細(xì)菌無(wú)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(jìn)行甲烷發(fā)酵處理 一般用化學(xué)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(yù)處理的微生物學(xué)原理 第一節(jié)污 廢水深度處理 脫氮 除磷與微生物學(xué)原理 第二節(jié)微污染水源水預(yù)處理中的微生物學(xué)問(wèn)題 第三節(jié)飲用水的消毒及其微生物學(xué)效應(yīng) 第一節(jié)污 廢水深度處理 脫氮 除磷與微生物學(xué)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(lái)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(jīng)過(guò)二級(jí)處理可溶性含碳有機(jī)物已大部分被去除 對(duì)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(guò)量 容易引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化 使藍(lán)藻 綠藻瘋長(zhǎng) 一方面引起水體缺氧 還會(huì)產(chǎn)生毒素危害水中的魚(yú)蝦并對(duì)人體產(chǎn)生危害 如果是發(fā)生在水源地區(qū) 則影響人類(lèi)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 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(lái)源 天然水體中氮 磷的來(lái)源主要來(lái)自農(nóng)業(yè)上使用的化肥和農(nóng)藥 工業(yè)方面的化肥 石油煉制 焦化 印染等 人們?nèi)粘Ｉ钪械娘嬍臣跋礈斓扔盟?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(zhuǎn)化為NO3 N 再在缺氧條件下在反硝化菌的作用下將NO3 N轉(zhuǎn)化為N2 亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌是革蘭氏陰性菌 它們生長(zhǎng)速率均受基質(zhì)濃度 溫度 pH值 氧濃度控制 全部是好氧菌 反硝化細(xì)菌的碳源來(lái)自有機(jī)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(jī)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(xiàn) 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(xiàn)了厭氧氨氧化現(xiàn)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(shí)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(guò)量吸磷合成貯能的多聚磷酸鹽顆粒于體內(nèi) 供其內(nèi)源呼吸用 稱(chēng)這些細(xì)菌為聚磷菌 聚磷菌在厭氧時(shí)又能釋放磷酸鹽于體外 第二節(jié)微污染水源水預(yù)處理中的微生物學(xué)問(wèn)題 一 微污染水源水預(yù)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(yù)處理及微生物群落 一 微污染水源水預(yù)處理的目的和意義 微污染水源水是受到有機(jī)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(jīng)自來(lái)水廠原有的混凝 沉淀 過(guò)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(lèi)殘留在水中 經(jīng)加氯處理后產(chǎn)生鹵代烴三氯甲烷和二氯乙酸等 三致 物 氨氮較高 導(dǎo)致供水管道中亞硝化細(xì)菌增生 促使NO2 濃度增高 殘留有機(jī)物還可能引起管道中異養(yǎng)菌孳生 導(dǎo)致飲用水中細(xì)菌不達(dá)標(biāo) 這種水被人飲用會(huì)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(shù) 同時(shí)重視水源水的預(yù)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(jīng)處理的工業(yè)廢水 生活污水 農(nóng)業(yè)灌溉和養(yǎng)殖業(yè)排放水 還有未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的處理水 污染物 有機(jī)物 氨氮 藻類(lèi)分泌物 揮發(fā)酚 氰化物 重金屬 農(nóng)藥等 三 微污染水源水微生物預(yù)處理及微生物群落 預(yù)處理的目的 去除水源水中的有機(jī)物和氨氮 需要解決的問(wèn)題 通過(guò)反硝化將硝酸鹽氮還原為氮?dú)庖莩鏊械酱髿?但微污染水源水中有機(jī)物含量遠(yuǎn)低于廢水 普遍存在碳源不足 反硝化困難 1 微生物預(yù)處理工藝 膜法生物處理 生物濾池 生物轉(zhuǎn)盤(pán) 生物接觸氧化法 生物流化床等 預(yù)處理的方式 源水預(yù)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(yíng)養(yǎng)異養(yǎng)菌 亞硝化細(xì)菌 硝化細(xì)菌 反硝化細(xì)菌 藻類(lèi) 霉菌 原生動(dòng)物有 鐘蟲(chóng) 累枝蟲(chóng) 蓋纖蟲(chóng) 獨(dú)縮蟲(chóng) 聚縮蟲(chóng) 喇叭蟲(chóng) 漫游蟲(chóng) 變形蟲(chóng) 太陽(yáng)蟲(chóng) 鞭毛蟲(chóng) 草履蟲(chóng)等 微型后生動(dòng)物有 旋輪蟲(chóng)等 2 水源水預(yù)處理的運(yùn)行條件 微生物 適應(yīng)貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的微生物 供氫體 若要去除有機(jī)物又要去除氨氮 就面臨供氫體問(wèn)題 用電極生物膜反應(yīng)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(xué)效應(yīng) 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(guò)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(jìn)入環(huán)境 隨飲用水 游泳池水進(jìn)入人體 使人得腸道傳染病及其它疾病 故必須對(duì)飲用水進(jìn)行嚴(yán)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 現(xiàn)在流行喝桶裝的礦泉水 優(yōu)質(zhì)水 純凈水 因生喝更要嚴(yán)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(guò)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)固體廢棄物來(lái)自各種生活廢棄物 其組分隨著季節(jié)變化而變化 當(dāng)前各國(guó)城市對(duì)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(jī)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(zhǎng) 約4 6個(gè)月 占地面積大 后來(lái)將發(fā)酵的滲濾液循環(huán)使用 通入空氣進(jìn)行好氧發(fā)酵 使發(fā)酵周期縮短至20天 好氧堆肥的機(jī)理 好氧微生物分解大分子有機(jī)固體廢棄物為小分子有機(jī)物 并放出大量的熱 發(fā)酵的初期有中溫好氧的細(xì)菌和真菌 分解碳水化合物 蛋白質(zhì) 脂肪 同時(shí)散發(fā)熱量 使溫度升高至50 好熱性的細(xì)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(dòng) 繼續(xù)由好熱的細(xì)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(chóng)卵被殺死 此時(shí) 一般的嗜熱高溫細(xì)菌和放線菌也停止活動(dòng) 堆肥腐熟穩(wěn)定 堆肥工藝 靜態(tài)堆肥工藝 高溫動(dòng)態(tài)二次堆肥工藝 立式倉(cāng)庫(kù)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(chǎng)處理量大 廢棄物的成分復(fù)雜 有機(jī)物及無(wú)機(jī)物均有 地面水流入和雨水沖刷可將微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的可溶性有機(jī)物溶出 形成數(shù)量較大的滲濾液 需排出另行處理 滲濾液的化學(xué)成分復(fù)雜 含有大量有機(jī)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(xué)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(lái)源很多 有各類(lèi)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(chē)尾氣 污水處理廠和垃圾場(chǎng)均產(chǎn)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(jī)污染 三致 物 還有惡臭 強(qiáng)刺激 強(qiáng)腐蝕及易燃 易爆的組分 導(dǎo)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(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)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(shí)處理各種惡臭污染源的廢氣 廢氣的組分比較單一 不能滿(mǎn)足微生物全部營(yíng)養(yǎng)要求 故需要添加營(yíng)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(guò)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(diào)節(jié)兩者的比例用硝化細(xì)菌處理 首先將NH3溶于水成NH N 再通入生物滴濾池 同時(shí)按亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌要求的C N通入CO2和無(wú)機(jī)鹽 再通入空氣 即可運(yùn)行處理 亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌將NH 氧化成NO2 和NO3 CO2被同化合成細(xì)胞物質(zhì) 三 廢氣中揮發(fā)性有機(jī)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(jī)物污染物的微生物菌種主要有 細(xì)菌 放線菌和真菌 處理苯系列有機(jī)污染物的細(xì)菌是黃桿菌屬 假單胞菌屬和芽孢桿菌屬 第六章微生物學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)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(yīng)用 第二節(jié)微生物細(xì)胞多聚物的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 第三節(jié)優(yōu)勢(shì)菌種與生物制劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)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(yīng)用 一 酶制劑劑型 二 酶和微生物