廢水生物處理微生物在環(huán)境凈化中的作用

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2第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用§1.1微生物的特征1微生物種類

狹義上：微生物包括細菌、真菌、病毒等；

廣義上：還包括原生動物和藻類等。環(huán)境微生物學(xué)必須把存在于環(huán)境中的所有微生物作為研究對象，包括細菌、真菌、病毒、微型藻類和原生動物，還有一部分小于1～2mm的微小后生動物，即袋形動物、環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物也作為微生物加以探討。第2頁/共66頁2023/4/4

32微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（1）細菌1）細菌在污水處理中的作用與所有生物一樣，細菌從氧化反應(yīng)中移出電子，獲得能量和還原勢。廢水中本來含有的或是在處理過程中產(chǎn)生的有機物和無機物是最重要的兩類電子供體。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第3頁/共66頁2023/4/4

4以有機物作為電子供體和細胞合成碳源的細菌稱為異養(yǎng)菌。有機物的去除和穩(wěn)定化是生物處理中最重要的途徑，因此，異養(yǎng)菌在生物處理系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。以無機化合物作為電子供體，以CO2作為碳源的細菌稱為化學(xué)自養(yǎng)細菌，簡稱自養(yǎng)菌。生物處理中最重要的自養(yǎng)細菌利用氨氮和硝酸鹽氮的細菌，負(fù)責(zé)硝化作用，稱為硝化細菌。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第4頁/共66頁2023/4/4

5生物處理中只利用氧作為電子受體的細菌稱為專性好養(yǎng)菌，硝化細菌即為最重要的專性好養(yǎng)菌。另一類是專性厭氧菌，只在沒有分子氧的情況下才發(fā)揮作用，在這兩種類之間的細菌是兼性厭氧細菌，簡稱兼性菌。有氧時，它們以氧為電子受體；沒有氧時，它們以其它為電子受體。往往這類細菌在生物處理中占主要。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第5頁/共66頁2023/4/4

6有些兼性菌具有發(fā)酵特性，即在無氧時利用有機化合物作為替代性最終電子受體，產(chǎn)生還原性的最終有機物。其它兼性菌能夠進行無氧呼吸，以無機化合物作為電子受體。最重要的兼性菌是能夠完成反硝化的細菌，即將NO3

--N還原為N2，此時反硝化菌以硝酸鹽作為電子受體。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第6頁/共66頁2023/4/4

72）污水處理中的常見細菌組成活性污泥的細菌中，一般通過顯微鏡可以確認(rèn)的細菌有形成絮凝體的細菌——生枝動膠菌和形成絲狀體的細菌——球衣菌屬。動膠菌屬是活性污泥絮凝體的重要組成，菌體由明膠狀物質(zhì)加以包覆，經(jīng)常以指狀、樹枝狀和云狀方式增長。動膠菌所形成的絮凝體化不僅有利于細菌的淘汰，而且對污泥中的生物相起保護作用。球衣菌屬是會形成一種桿菌排列在透明鞘內(nèi)的絲狀體，而這種絲狀體往往呈假分枝狀。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第7頁/共66頁2023/4/4

8第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用表1-1

氣桿菌屬具有固氮能力，棒桿菌屬沒有固氮能力，但卻可以在污水處理過程中作為貯存物質(zhì)而產(chǎn)生大量果聚糖。第8頁/共66頁2023/4/4

93）細菌的形態(tài)：體型?。?.2μm～80μm），缺乏一定的形態(tài)特征。分為球菌、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、葡萄球菌、鏈球菌、短桿菌、桿菌、梭狀桿菌、弧菌、螺旋菌、螺旋體。經(jīng)過革蘭氏染色法處理以后，呈紫色，則判斷為革蘭氏陽性菌；被染成淡紅色則判斷為革蘭氏陰性菌。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第9頁/共66頁2023/4/4

10第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-1：細菌的形狀第10頁/共66頁2023/4/4

11細胞在核和細胞質(zhì)發(fā)生分化時，其變化最為明顯。一般認(rèn)為，核具有與遺傳有關(guān)的功能，而細胞質(zhì)則與代謝活動有關(guān)。在這一點，細菌的細胞與高等植物的細胞沒有多大差別。不過在細菌的細胞中不存在被膜包圍著的核和線粒體等。細菌細胞是由含有細胞內(nèi)顆粒物和細胞內(nèi)含物的細胞質(zhì)以及核組成。有些種類的細菌可產(chǎn)生孢子或具有鞭毛。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第11頁/共66頁2023/4/4

12第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用（2）真菌1）真菌在污水處理的關(guān)系在正常的活性污泥中，真菌類不占優(yōu)勢。但是在細菌繁殖受到抑制的環(huán)境，真菌代替細菌而繁殖。因而，工業(yè)廢水或者大量接受工業(yè)廢水的城市生活污水的活性污泥中產(chǎn)生真菌類的情況還是比較多的。如果絲狀菌顯著增長，則活性污泥的沉降性能惡化，微生物不會凝聚成絮體，出水不能達到清澈排放的程度，出水水質(zhì)。第12頁/共66頁2023/4/4

13第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-3：絲狀菌大量繁殖的形態(tài)第13頁/共66頁2023/4/4

142）真菌形態(tài)及分類真菌是屬于低等植物的一個門，即菌藻植物門。包括霉菌、蘑菇和所有的酵母菌，主要以伸長菌絲的方式攝取營養(yǎng)。通?？煞譃樵寰V（phycomycetes）、子囊菌綱（ascomycetes）和半知菌綱（deuteromycetes）。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-2：真菌的形態(tài)左：毛霉屬（Mucor），右：白地霉屬（Geotricham）孢子囊孢子孢子囊中軸孢子囊柄分生孢子第14頁/共66頁2023/4/4

152微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（3）病毒：一般認(rèn)為是生物與非生物的中間體，普通光學(xué)顯微鏡下無法觀察到的最小微生物。只含有DNA和RNA兩者中的一種以及保護這種核酸的蛋白質(zhì)。因此，病毒幾乎不具有獨立代謝功能，只能寄生在一般動植物或微生物的細胞內(nèi)生長繁殖。寄生在微生物體內(nèi)并能產(chǎn)生溶菌現(xiàn)象的病毒稱為噬菌體（phage），而寄生在藍藻類的病毒叫做藍藻噬菌體（cyanophage）。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第15頁/共66頁2023/4/4

16第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（4）藻類：屬于一種水生生物，也可生長在潮濕的土壤、石塊、木頭等表面上，有時也可以與菌類或動物共生。藻類具有葉綠素a，因而能夠利用光和作用產(chǎn)生氧氣，是所有水生動物食物鏈的基礎(chǔ)，也是最重要的生產(chǎn)者。水中有機物生產(chǎn)的絕大多數(shù)是依靠微小藻類，即浮游植物（phytoplankton）。藻類細胞大小一般在5～50μm，根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)和色素體不同而分為①藍藻門（cyanophyta）、②綠藻門（chlorophyta）、③硅藻門（bacillariophyta）、④金藻門（chrysophyta）和⑤甲藻門（dinophyta）等，有時也將后兩個門劃為原生動物門鞭毛蟲綱。第16頁/共66頁2023/4/4

17第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（4）藻類①藍藻類：往往形成由單細胞或很多細胞集合而成的絲狀體，或者在瓊脂膜內(nèi)形成群體。藍藻類除了葉綠素a和b以及藻藍素外，有時還含有藻紅素。正是這些色素使藍藻呈藍綠色或藍紫色。實際上，湖泊中形成的水華的藻類多屬于藍藻。②甲藻類：甲藻類在膜一側(cè)具有長短不一的兩根鞭毛，而且多數(shù)甲藻類具有堅硬的纖維素殼。在赤潮中經(jīng)常出現(xiàn)的藻類中以這類藻居多。第17頁/共66頁2023/4/4

18第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-4：藻類的形態(tài)1：銅銹微囊藻（Microcystisaeraginosa）；2：美麗顫藻（Oscillatoriaformosa）；3：螺旋魚腥藻（Anabaenaspiroides）；4：梅尼小環(huán)藻（Cyclotellameneghiniana）；5：被針曲殼藻（Achnatheslanceolata）；6：小毛枝藻（Stigeocloniumlenue）；7：項圈新月藻（Closteriummoniliforme）；8：黃群藻（Synurauvella）14328756第18頁/共66頁2023/4/4

192微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（5）原生動物1）原生動物在污水處理中的作用原生動物在提高水質(zhì)方面的作用a、促進細菌的絮凝作用，提高細菌的沉淀效率；b、特別是固著性原生動物迅速沉降，而且在沉降過程中會把細菌裹起來或黏附在其分泌物上，從而提高了細菌的去除效率；c、原生動物捕食細菌，所以游離細菌幾乎被去除；第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第19頁/共66頁2023/4/4

20d、由于原生動物的捕食，細菌密度大為下降，因而不僅提高了細菌的活動能力，而且還提高對可溶有機物的攝取能力；e、原生動物的分泌物使細菌活化；f、原生動物本身也攝取可溶性有機物；g、原生動物和一般細菌一起，共同攝取病原微生物。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第20頁/共66頁2023/4/4

21原生動物在降低剩余污泥方面的作用從細菌到原生動物的轉(zhuǎn)換率約為0.5，所以，只要原生動物捕食細菌便會使生物量減少，減少的部分就等于被氧化。在活性污泥中看不到由于原生動物捕食細菌而引起的有害影響。實際活性污泥處理設(shè)備中也不會發(fā)生因原生動物過分增長而使細菌滅絕的現(xiàn)象。換言之，一旦細菌變成絮凝狀態(tài)后，原生動物就難以加以捕食。所以，一般認(rèn)為，原生動物和細菌的各自濃度在某一范圍內(nèi)處于平衡狀態(tài)。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第21頁/共66頁2023/4/4

222）污水處理中常見的原生動物原生動物不僅是和細菌一起在污水凈化中起主要作用的生物，而且是表示處理過程是否良好的一種重要的指示性生物。活性污泥中會出現(xiàn)各種各樣的原生動物，但無論在質(zhì)和量上經(jīng)常出現(xiàn)的是纖毛蟲類。1mL正?；钚晕勰嘀械幕旌弦褐校话愦婊钪?000～20000個原生動物，70%～90%為纖毛蟲類。表1-2列出了須藤所做實驗中最常見的幾種原生動物。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第22頁/共66頁2023/4/4

23第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用表1-2活性污泥中常見原生動物

表1-2可以看出，活性污泥中最重要的原生動物是小口鐘蟲、溝鐘蟲和有肋楯纖沖等三種。第23頁/共66頁2023/4/4

24第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-6：鐘蟲的形狀第24頁/共66頁2023/4/4

25第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用細胞口食胞環(huán)皮細胞口的纖毛運動口緣大核及小核收縮胞10μ柄圖1-7：小口鐘蟲（Vorticellamicrostoma）的形態(tài)第25頁/共66頁2023/4/4

26圖1-8：溝鐘蟲（Vorlicellaconvallarin）的形態(tài)食胞纖毛運動大核外皮10μ柄細胞口第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用返回第26頁/共66頁2023/4/4

27圖1-9：有肋楯纖蟲（Aspidiscacostata）的形態(tài)A：腹面，B：橫斷面a：正常個體，b：食物多時的個體，c、食物缺少時的個體A收縮胞棘毛大核細胞口10μabc（由纖毛變化而成）B第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第27頁/共66頁2023/4/4

28第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3）原生動物的分類及形態(tài)亦稱原蟲，與多細胞的后生動物不同，是一種單細胞動物。最小5μm左右，最大甚至可達3mm，一般50μm～100μm者居多?？煞譃椋篴、依靠一至幾根鞭毛運動的鞭毛蟲綱；b、依靠偽足運動的肉足蟲綱；c、沒有運動能力但能形成孢子而寄生的孢子蟲綱；d、借助于纖毛運動并具有大核和小核的纖毛蟲綱。孢子蟲綱因為是寄生性的，所以與環(huán)境沒有直接的關(guān)系。第28頁/共66頁2023/4/4

29第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-5：原生動物的構(gòu)造（左：尾草履蟲（Parameciumcaudatum），右：溝鐘蟲（Vorticellaconvallaria））1：纖毛；2：胞口；3：胞咽；4：食胞；5：收縮胞6：大核；7：小核；8：毛胞；9：柄；10：肌絲1572368424910第29頁/共66頁2023/4/4

30第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物形態(tài)及與污水處理的關(guān)系（6）微型后生動物微型后生動物中很多種類是屬于袋形動物、環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物的。袋形動物中有輪蟲綱、腹毛蟲綱、線形蟲綱。其中輪蟲綱廣泛分布在水和潮濕土壤中，咀嚼器的這種構(gòu)造是輪蟲綱分類的重要依據(jù)。環(huán)節(jié)動物中屬于寡毛綱原始寡毛目者（如水蚯蚓等）多數(shù)屬于微型后生動物。這種生物是雌雄同體，體長為0.5～3mm左右。節(jié)肢動物中體形較小的生物（如水溞等）多屬于甲殼類，其體長為1～3mm。這些生物多在水中呈浮游方式，所以連同上述的輪蟲類一起統(tǒng)稱為浮游生物。第30頁/共66頁2023/4/4

31活性污泥中出現(xiàn)的后生動物有輪蟲類和線蟲類，但是個數(shù)不多。有時也偶爾出現(xiàn)腹蟲類，寡毛類和甲殼類等。這些后生動物占優(yōu)勢情況很少，但是在低負(fù)荷活性污泥，特別是延時曝氣法的活性污泥中有時輪蟲類和寡毛類能夠成為優(yōu)勢種屬。普通活性污泥中輪蟲類的個體數(shù)，在1mL混合液中約為100～200個，只不過是生物總數(shù)的5%而已。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用圖1-10：輪蟲（Rotifer）的形態(tài)第31頁/共66頁2023/4/4

32第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3微生物的生長繁殖微生物除少數(shù)有性繁殖外，大多數(shù)都是無性繁殖的。細菌和鞭毛蟲類按垂直分裂方式進行繁殖，而纖毛蟲類則以橫分裂方式進行繁殖。通常微生物的增長速度可用倍增時間（doublingtime）td或比增長速度（單位增長速度）μ表示。各種微生物的增長速度因為培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)條件的不同而大不相同，一般來說，細胞越小的微生物，其比增長速度越大。細菌和酵母的比增長速度一般是藻類和原生動物的十倍以上，但輪蟲類和寡毛蟲類的比增長卻小得多，約為原生動物的十分之一左右。

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33微生物名稱增長速度培養(yǎng)條件（℃）1個細胞干重（mg）μ(d-1)td(h)細菌類巨大芽孢桿菌（Bacillusmegatherium）31.30.52303.8×10-9大腸埃希氏菌（Escherichiacoli）59.10.28374.0×10-10球形紅假單胞菌（Rhodopseudomonasspheroides）6.92.434—藻類銅銹微囊藻（Microcystisaeraginosa）0.6425.025—羊角月芽藻（Selenastrumcapricornutum）1.98.7251.9×10-9真菌低發(fā)酵度釀酒酵母（Sacaharomycescerevistae）8.32.0307.1×10-8原生動物小口鐘蟲（Vorticellomicrostoma）3.35.0203.9×10-6彎豆形蟲（Colpidiumcampylun）3.64.7201.6×10-6后生動物輪蟲屬（Rotariosp.）0.2859.120—仙女蟲屬0.1213820—第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3微生物的生長繁殖表1-3微生物的增長速度第33頁/共66頁2023/4/4

344微生物的相互作用通常，微生物即使是在沒有其他種類的微生物存在的情況下，也不是長期處于對數(shù)增長期，而是以S形達到某一極值后，種群的增長便停止下來。這個曲線稱為對數(shù)增長曲線。可用式（1）表示。式（1）式中N——個體數(shù)；

K——飽和密度；

a——常數(shù)；

h——Verhulst–Pearl系數(shù)。第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第34頁/共66頁2023/4/4

35第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用4微生物的相互作用通常，微生物異種之間的相互作用有如下幾種關(guān)系：a、共處關(guān)系（neutralism）：即使有兩種個體群存在，兩種種群的生長繁殖都不受任何影響。b、競爭關(guān)系（competition）：不同的微生物種群對食物、營養(yǎng)、空間和其他共同要求的物質(zhì)存在著競爭，因而相互受到不利影響。c、共生關(guān)系（mutualism）：兩種微生物的共存對雙方的生長繁殖都有好處，而且在自然條件下如果失去一方，則另一方就不能生存。第35頁/共66頁2023/4/4

36第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用4微生物的相互作用d、原始共生關(guān)系（protocooperation）：兩種微生物的共存雖然對雙方都有利，但共存并非絕不可少的因素。e、偏利共生關(guān)系（commnsalism）：共生對一方微生物有利，但對另一方則沒有任何影響。f、偏害共生關(guān)系（amensalism）：共生對一方微生物有不利影響，但對另一方則沒有任何影響。g、寄生（parasitism）或捕食（predation）關(guān)系：一種微生物直接向另一種微生物發(fā)動進攻，所以對另一方產(chǎn)生不利影響。第36頁/共66頁2023/4/4

37第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用4微生物的相互作用自然界中，包括微生物在內(nèi)的一切生物，根本不存在一種生物單獨生存的現(xiàn)象，而總是在某些方面同其他生物保持著某種關(guān)系。異養(yǎng)生物依靠自養(yǎng)生物合成的有機物而生存，同樣，捕食者依靠被捕食者而生存。以活性污泥為例，腐生性細菌處于最低營養(yǎng)水平，在細菌上面是以細菌為食物的原生動物，而輪蟲類和線蟲類則處于最高的營養(yǎng)水平，同一營養(yǎng)水平上也存在著多種微生物，而且在它們之間同樣存在著營養(yǎng)需求上的競爭關(guān)系。當(dāng)然，還可能存在共生、偏利共生、偏害共生、寄生等相互作用。污水凈化就是在這些相互作用下完成的。第37頁/共66頁2023/4/4

38第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用§1.2微生物的代謝1微生物的化學(xué)作用（1）自然環(huán)境中的微生物我們幾乎在自然界的任何地方都可以找到微生物。有生存在-20℃以下的低溫菌（Psychrophiles），有生存在100℃溫泉中的高溫菌（Thermophiles），有在pH為1條件下生張繁殖的硫細菌和在食鹽濃度高達25%以上條件下生長繁殖的耐鹽菌（halophiles）。氧分壓方面，不僅有生長繁殖時需氧的好氧細菌（aerobes），而且也存在著只要有一點氧就不能生長繁殖的絕對厭氧細菌（absoluteanaerobes）。第38頁/共66頁2023/4/4

39第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1微生物的化學(xué)作用（1）微生物的作用1）氧化作用a、醇類的氧化：—CH2OH→—COOHb、醛類的氧化：—CHO→—COOHc、甲基的氧化：甲苯→苯甲酸d、氨的氧化：NH3→NO2（硝化桿菌屬，Nitrobacter）e、亞硝酸的氧化：NO2→

NO3（亞硝化單胞菌屬，Nitrosomonas）f、硫的氧化：S→SO2（氧化硫硫桿菌，Thiobacillusthiooxidans）g、鐵的氧化：Fe2+→

Fe3+（氧化亞鐵硫桿菌，Thiobacillusferrooxidans

）第39頁/共66頁2023/4/4

40第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1微生物的化學(xué)作用（1）微生物的作用2）還原作用a、乙烯基的還原：—CH=CH—→—CH2—CH2—b、醇類的還原：>CH—OH→>CH2c、硝酸的還原：NO3→NH3

（多種土壤微生物）d、硫酸鹽的還原：H2SO4→H2S（脫硫弧菌，Desulfovibriodesulfuricans）第40頁/共66頁2023/4/4

41第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1微生物的化學(xué)作用（1）微生物的作用3）脫羧作用羧酸的脫羧作用：—CH2—COOH→—CH34）脫氨作用脫氨作用：>CH—NH2→>CH25）水解作用酯鍵水解：R—COOR’→R’—OH+R—OH6）酯化作用：羧酸與醇類：—COOH+R—OH→—COOR第41頁/共66頁2023/4/4

42第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1微生物的化學(xué)作用（1）微生物的作用7）脫水作用脫水作用：—CH2—COOH→—CH=CH—8）縮合作用縮合作用：乙醛→乙酰甲基甲醚（酵母）9）氨基化反應(yīng)氨基化反應(yīng)：>C=O→>CH—NH210）乙?；饔茫阂阴；饔茫骸狽H3→NH—C—CH3（克氏梭菌，Clostridiumkluyveri）O第42頁/共66頁2023/4/4

43第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物的能源（1）能量來源一部分微生物能夠以光作為能源進行生長繁殖（光營養(yǎng)，phototrophy

），而不能以光作為能源來利用的多數(shù)微生物則利用化學(xué)能來進行增長（化學(xué)營養(yǎng)，chemotrophy）。多數(shù)微生物利用有機化合物進行發(fā)酵或呼吸而獲得能量（異養(yǎng)細菌，heterotrophicbacteria

），然而在自然界中也存在著很多以氧化無機化合物的方式獲得能量而進行增長的微生物（自養(yǎng)細菌，autotrophicbacteria）。第43頁/共66頁2023/4/4

44第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物的能源（2）光和作用細菌藻類和光和作用細菌都是屬于以光作為能源的微生物，它們具有把光能轉(zhuǎn)變成ATP的功能。藻類是以H2O作為氫供體還原CO2而合成糖的，但光和作用細菌則把已被還原的無機化合物作為電子供體。紅色硫細菌利用H2S、Na2S2O3和S時按下列反應(yīng)式進行。

CO2+2H2S→（CH2O）+H2O+2S2CO2+Na2S2O3+3H2O→2（CH2O）+Na2SO4+H2SO4CO2+3H2O+S→（CH2O）+H2SO4+H2第44頁/共66頁2023/4/4

45第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物的能源（2）光和作用細菌紅色非硫細菌利用有機物時，則按下列反應(yīng)式進行。

C3H7COONa+2H2O+2CO2

→5（CH2O）+NaHCO3由于紅色非硫細菌在厭氧明處，好氧明處和好氧暗處均可增長，因此在廢水處理中的應(yīng)用研究有了很大進展，而且已在豆制品廠廢水，罐頭廠廢水的處理中得到應(yīng)用。第45頁/共66頁2023/4/4

46第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物的能源（3）氧化無機物的細菌是利用氧化無機物所產(chǎn)生能量生長繁殖的細菌，列于下表1-2，這些細菌都屬于自養(yǎng)細菌。亞硝酸菌和硝酸菌統(tǒng)稱硝化菌。第46頁/共66頁2023/4/4

47表1-4氧化無機物的細菌常用名稱學(xué)名反應(yīng)式亞硝酸菌亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）2NH3+3O2→2NO2-+2H++2H2O亞硝化球菌屬（Nitrosococcas）亞硝化螺菌屬（Nitrosospira）硝酸菌硝化桿菌屬（Nitrobacter）2NO2-+O2→2NO3-氫細菌氫單胞菌屬（Hydrogenomonas）2H2+O2→2H2O鐵細菌氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）4Fe2++4H++O2→4Fe3++2H2O球衣菌屬（Sphaerotilus）嘉利翁氏菌屬（Gallionella）無色硫細菌氧化硫硫桿菌（Thiobacillusthiooxdans）2H2S+O2→2S+2H2O排硫硫桿菌（Thiobacillusthioparas）2S+3O2+2H2O→2SO42-+4H+那不勒斯硫桿菌（Thiobacillusneapolitanus）第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第47頁/共66頁2023/4/4

48第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物的能源（4）還原無機物的細菌還原無機物的細菌有硫酸還原細菌和硝酸還原菌。硫酸還原菌存在于生活污水和河流底泥中，屬于還原SO42-

、SO32-

、S2O32-

而生成H2S的絕對厭氧細菌，其電子供體為H2和有機酸。硝酸還原菌中除了脫氮硫桿菌以外都屬于厭氧性異養(yǎng)細菌，而且還原NO2時可生成NO２－、NＨ４＋、N2O、N2等。它們大多數(shù)在厭氧條件下進行脫氮反應(yīng)。第48頁/共66頁2023/4/4

49第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用§1.3水的自凈作用1自凈作用水的自凈作用（Selfpurification）在解析水污染機理和理解廢水的生物處理方面，是一個基本的概念。當(dāng)有機廢水進入河流之后，在廢水流入地點的水質(zhì)就會惡化，但隨著河水向下游流動而起水質(zhì)逐漸變好。而且當(dāng)河水流經(jīng)一定距離后，河水水質(zhì)可以恢復(fù)到廢水流入之前的狀態(tài)。這是因為污染物質(zhì)在稀釋、擴散、沉淀及微生物等生物的吸收和分解等作用下減少的緣故。稀釋、擴散、沉淀等作用只能改變污染物的分布狀態(tài)，但不能“消滅”污染物質(zhì)，因此這并不是真正的自凈作用。第49頁/共66頁2023/4/4

50第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1自凈作用所謂真正的自凈作用，是指有機物受到氧化作用而變成無機化的過程。在水中或河床里生存的微生物或生物為了生長繁殖而進行呼吸或者攝取食物等活動，其結(jié)果水中有機物受到氧化還原作用而變成穩(wěn)定的物質(zhì)?；蚍稚⒌酱髿庵校虮簧镂斩コ?。各種生物的作用歸納有：細菌：對水中污染物質(zhì)進行氧化或還原并把它變成簡單化合物。藻類：在通過光和作用釋放氧的同時，吸收簡單的化合物。大型植物：將根扎在河床里并從底泥中攝取各種物質(zhì)的同時，還具有與藻類相同的作用。微型動物：攝取有機物、細菌、藻類等，并把它們變成簡單的化合物。大型動物：攝取固體有機物和動植物體。如果已達到這個地步，一般可以認(rèn)為廢水得到相當(dāng)程度的凈化并處于穩(wěn)定狀態(tài)。第50頁/共66頁2023/4/4

51第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用1自凈作用溶解氧BOD鹽類懸浮物質(zhì)有機廢水流入下游—→NH4+NOX-PO43-有機廢水流入下游—→圖1-11、1-12：河流自凈作用過程中物理化學(xué)變化溶解氧并不是在有機廢水流入之后立即下降的，而是在異養(yǎng)微生物增長最旺盛時最低。由于有機態(tài)氮的分解，最初氨氮會有所增加，但在后來急劇下降。第51頁/共66頁2023/4/4

52第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用水生昆蟲水蚯蚓搖蚊劃蟮有機廢水流入下游—→耐污性藻類絲狀藻類藻類細菌原生動物有機廢水流入下游—→1自凈作用圖1-13：河流自凈作用過程中微生物變化圖1-14：河流自凈作用過程中大型生物變化對于微生物，最初是細菌和真菌增長起來，其次是原生動物，到了最后藻類才占優(yōu)勢。第52頁/共66頁2023/4/4

53第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物相的變化將經(jīng)過沉淀的污水注入水槽并放置于不受日光直射條件下，20d內(nèi)測定其水質(zhì)和生物相變化。BOD：92mg/LCOD：65mg/LpH：7.0NH4+-N：8.8mg/L大腸桿菌：220000個/mLBOD：17mg/LCOD：26mg/LpH：8.1NH4+-N：1.1mg/L大腸桿菌：1個/mL開始20d后圖1-15：20d水質(zhì)的變化20d后，水質(zhì)得到了很大程度的凈化，其變化是由在水中增長的各種微生物的作用作產(chǎn)生的，如圖1-14。因水中有機氮的分解，NH4+-N在最初會有所增加，但在后來急劇下降，這是由硝化作用和藻類攝取所產(chǎn)生的結(jié)果。第53頁/共66頁2023/4/4

54第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物相的變化BOD（mg/L），鞭毛蟲和纖毛蟲（mL-1）圖1-16：靜置沉淀污水時BOD和微生物的變化（水溫20～30℃）20d內(nèi)，共出現(xiàn)纖毛蟲類13屬，鞭毛蟲類10屬、肉足蟲類1屬，綠藻類4屬、硅藻類2屬、線蟲類1屬。初期，強腐水性的纖毛蟲類草履蟲屬、豆形蟲、鞭毛蟲類占優(yōu)勢，但接著斜葉蟲屬、漫游蟲屬、長頸蟲屬、尾棘蟲屬、尖毛蟲屬增長起來。還包括捕食其他纖毛蟲和鞭毛蟲的種屬。當(dāng)藻類占優(yōu)勢時，纖毛蟲重新增多起來，這是因為利用藻類生產(chǎn)物的細菌增殖，捕食這種細菌的纖毛蟲類和攝取藻類的纖毛蟲類增長的緣故。第54頁/共66頁2023/4/4

55第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物相的變化BOD（mg/L），鞭毛蟲和纖毛蟲（mL-1）圖1-16：靜置沉淀污水時BOD和微生物的變化（水溫20～30℃）當(dāng)經(jīng)過7～10d時，衣藻屬、柵藻屬、小球藻屬等藻類開始增加，到了20d時可達到2×105/mL。藻類開始增長的時期與BOD的顯著減少時期是同步的。藻類的增長必然促進有機物生產(chǎn)，因而使BOD增加。即使有機物被分解而絕大多數(shù)有機物消失了。藻類是進行光和作用的生物，所以僅僅依靠無機物形成藻類本身。換言之，只要有營養(yǎng)鹽存在，藻類就能進行光和作用，因而水中有機物便會增加。第55頁/共66頁2023/4/4

56第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用2微生物相的變化BOD（mg/L），鞭毛蟲和纖毛蟲（mL-1）圖1-16：靜置沉淀污水時BOD和微生物的變化（水溫20～30℃）由于藻類同時進行著產(chǎn)氧和呼吸兩個過程，所以難于用BOD表示。上述過程COD的變化如下。實驗開始時COD為65mg/L，第七天降至28mg/L，但到了藻類增長旺盛的第二十天，COD又提高到103mg/L，比最初還高。所以，必須認(rèn)識到，雖然外來性的有機物由于微生物的作用而減少（自凈），但只要有大量營養(yǎng)鹽的存在，則有有機物重新生產(chǎn)出來。另外，如果有抑制微生物生長的重金屬或化合物的存在，自凈作用也會受到抑制。第56頁/共66頁2023/4/4

57第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3BOD與微生物BOD是運用自凈作用現(xiàn)象的一種指標(biāo)。有機污染指標(biāo)中包括BOD、COD、TOC、TOD等，但對微生物可降解的有機物進行評價時，BOD是最好的一種指標(biāo)。BOD就是好氧性微生物以水中的有機物作為營養(yǎng)源，通過呼吸所消耗的氧量。圖1-17所示為活性污泥處理水（城市污水）經(jīng)稀釋5倍后，在BOD瓶內(nèi)培養(yǎng)5d（20℃）的結(jié)果。第57頁/共66頁2023/4/4

58第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3BOD與微生物圖1-17：BOD瓶內(nèi)溶解氧消耗與微生物濃度的變化細菌（活菌數(shù)）直接攝取有機物，氧化其中一部分而獲得能量增長，在1.5d達到高峰。鞭毛蟲類（這時大部分為波豆蟲、屋滴蟲、側(cè)滴蟲）包括直接攝取有機物和攝取細菌的兩種，但它們都耗氧。比細菌稍晚些達到高峰。纖毛蟲不能直接攝取水中有機物，而攝取細菌和鞭毛蟲以及其他纖毛蟲類，達到高峰時間更晚一些。溶解氧消耗量（mg/L）鞭毛蟲類、纖毛蟲類（mL-1）活菌數(shù)（mL-1）時間（d）第58頁/共66頁2023/4/4

59第一章微生物在環(huán)境凈化中的作用3BOD與微生物圖1-17：BOD瓶內(nèi)溶解氧消耗與微生物濃度的變化從圖可以看出，2～3d內(nèi)氧消耗量很大，但在這以后氧消耗量逐漸減少。一般認(rèn)為，最初的氧消耗是由細菌引起的，而后來的持續(xù)性氧消耗是由捕食細菌而增長的原生動物的呼吸所引起的。細菌和鞭毛蟲類的減少是因為這些生物