水处理微生物学PPT课件

1水处理微生物学学习本课程的目的和作用本课程是给水排水专业基础课，它的任务是通过学习使大家掌握微生物的基本概念、类型、生理特性、微生物与环境的关系、以及微生物在水处理中的作用等基本理论，为学好专业课打下必要的基础，并为以后从事水处理工程设计、研究工作提供微生物学基础知识。课本及参考书课本：《水处理微生物学》（第三版）顾夏生等中国建筑工业出版社参考书目：《微生物学》（第二版）武汉大学编高等教育出版社《环境微生物学》周群英等编高等教育出版社第一章绪论微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。微生物学：对于微小的被称为微生物的有机体的科学，称为微生物学。微生物小（个体微小）简（构造简单）低（进化地位低）原核类：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体等真核类：真菌（酵母菌、霉菌等），原生动物，显微藻类非细胞类：病毒、亚病毒微米级：光学显微镜下可见（细胞）纳米级：电子显微镜下可见（细胞器、病毒）单细胞简单多细胞非细胞（即分子生物）☞1.1水中常见微生物种类及特点肉足类鞭毛类纤毛类后生动物非细胞形态的微生物——病毒细胞形态的微生物原核生物水中微生物真核生物细菌放线菌蓝藻真菌酵母菌霉菌原生动物藻类（除蓝藻）水处理中微生物特征种类繁多分布广繁殖快容易发生变异代谢能力强形体微小数量大第二章原核生物2.1细菌细菌：单细胞、不分枝，类似植物的原核微生物球菌杆菌螺旋菌分类细菌基本形态，是鉴定菌种的依据之一☞2.1.1细菌形态与大小细菌的大小单位：μm（微米）球菌：直径（0.5~1.0微米）杆菌：宽度（直径）×长度（直径在0.4~1.0微米，长度为宽度的一至数倍）螺旋菌：宽度（直径）×长度（长度是两端的距离）大小受各种因素影响而变化☞2.1.2细菌细胞构造细胞壁细胞膜细胞质核质内含物荚膜鞭毛细胞壁：固定细菌形态、保护细胞细胞膜：选择性的半渗透性，吸收营养物质和排除废物方面起作用细胞质：进行新陈代谢活动内含物：细菌新陈代谢产物，或储备营养物质核质：决定生物遗传性细菌基本构造图1.11、荚膜：保护作用，提供营养菌胶团：一定数目的个体，按照特定的构造聚集在一起，具有同一个公共的荚膜。无荚膜细胞带有荚膜的细胞菌胶团特殊结构2、芽孢：是形成孢子细菌种类的休眠阶段特点：新陈代谢活动低壁厚，水分少不易透水能抵抗外界不良环境能形成芽孢的细菌都是革蓝氏染色阳性的细菌3、鞭毛：是细胞质的突出体具有鞭毛的细菌能真正运动（一般鞭毛和荚膜不同时存在于一个细胞内）偏端单毛菌类(A)偏端丛毛菌类(B)周毛菌类(C)ABC☞2.1.3细菌的培养特征与研究方法一、菌落：单个细菌在固体培养基表面经繁殖以后形成的肉眼可见的集团。(一定培养条件下表现出一定的特征)二、染色：单染：一种染料使细菌着色。复染：两种染料对细菌着色。（鉴别染色法）初染——媒染——脱色——复染草酸铵结晶紫沙黄（蕃红）革蓝氏染色法革蓝氏阳性菌：紫色（所有的球菌与芽孢）革蓝氏阴性菌：红色[杆菌（无芽孢的）与螺旋菌]三、观察普通光学显微镜电子显微镜2.2放线菌一、定义：放线菌是一类呈菌丝状生长和以孢子繁殖的单细胞细菌二、形态构造基内菌丝：吸收营养物质气生菌丝：吸氧孢子丝：分生孢子图1.2链霉菌的形态、构造图三、放线菌的繁殖与菌落特征繁殖：通过无性孢子及菌丝片断进行繁殖，以分生孢子为主。菌落特征：（1）干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状；（2）菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；（3）菌落的正反面颜色常不一样，在菌落边缘的琼脂平面有变形现象。2.3蓝藻（蓝细菌）特征：细胞壁与革兰氏阴性菌相似；细胞体积一般比细菌大；分布广，抵抗环境能力强。危害：水体富营养化，引起“水华”和“赤潮”影响水厂过滤工作益处：间接处理污水（如氧化塘）几类蓝细菌的典型形态总结水处理中微生物的种类和特征水处理中微生物的生理特性，及其在水处理中的应用20第三章真核生物真菌（酵母菌及霉菌）的形态、大小及作用；藻类及其在水处理中的作用；原生动物的特性及其在水处理中的作用；后生动物的特性及其在水处理中的作用。☞3.1真菌真菌：最主要的真核微生物类群，包括单细胞酵母菌和多细胞分枝状霉菌。真菌特点：a、无叶绿素，不能进行光合作用；b、一般具有发达的菌丝体；c、营养方式为异养吸收型；d、以孢子的方式进行繁殖；f、陆生性较强3.1.1酵母菌一、形态和大小细胞形态为圆形、卵形或圆柱形等；具有多孔核膜包裹起来的定形细胞核；菌体比细菌大，一般长8~10µm，宽1~5µm；二、酵母菌繁殖a、无性繁殖（出芽，芽孢子）b、有性繁殖（子囊，子囊孢子）三、酵母菌特点：a、个体一般以单细胞状态存在；b、多数出芽繁殖；c、能发酵糖类产能；（菌落有“酒香”味）d、常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。为主四、作用发酵型：分解碳水化合物为酒精和二氧化碳，用于发面做面包、馒头和酿酒。氧化型：a、氧化烃类物质，在石油加工工业中起积极作用，如石油脱腊、降低石油的凝固点。b、假丝酵母和粘红酵母菌在炼油厂的含油、含酚废水生物处理中，起积极作用。c、淀粉、油脂、味精废水及柠檬酸残糖废水均可利用酵母菌处理，还可得到酵母菌体蛋白，用作饲料。3.1.2霉菌一、霉菌的形态和大小霉菌：通常指那些菌丝体较发达又不产生大型肉质子实体（蕈菌）结构的真菌。霉菌的菌丝直径约3～10µm。菌丝：营养菌丝气生菌丝（注：多数霉菌菌丝体内有隔膜，而放线菌菌丝内部相通，一般无隔膜。）二、作用霉菌都是依靠有机物生活，能分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其它含氮有机物。在活性污泥中，若繁殖了大量的霉菌，也会引起污泥膨胀。某些霉菌如镰刀霉等能有效地氧化分解无机氰化物，去除率可达90％以上，对有机氰化物的处理效果则差些。部分霉菌可处理含硝基化合物废水。☞3.2藻类一、藻类的形态与构造藻类一种低等植物，有单细胞和多细胞之分；形态有单个球状、球状排列成堆、丝状等；多数藻体微小，肉眼不可见；按其形态结构、色素划分，主要有蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻和金藻等十纲。☞3.2藻类一、藻类的形态与构造藻类一种低等植物，有单细胞和多细胞之分；形态有单个球状、球状排列成堆、丝状等；多数藻体微小，肉眼不可见；按其形态结构、色素划分，主要有蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻和金藻等十纲。藻类构造具有真核，细胞壁由纤维素与果胶质组成；藻类的运动主要靠鞭毛进行；藻类细胞中大都有叶绿体，叶绿体有各种形状；藻类借光合色素进行光合作用，光和色素不同，藻类呈现不同颜色。二、藻类生理特征藻类进行植物型光合作用；以水作为供氢体并释放氧气：营无机营养型，除利用CO2外，还需氮、磷、硫、镁等；无机营养物中以氮和磷的需求量为多（藻类原生质通式C106H263O110N16P）；为需氧性生物，呼吸作用需要氧。22222CO+2HO[CHO]+HO+O三、藻类在水处理中的作用有利：排水工程中可利用污水养殖藻类。藻类光合作用放出的氧气被好氧微生物利用，氧化分解水中的有机污染物。例如：氧化塘主要是利用藻类来供应氧气。有害：藻类对给水工程有一定的危害性，当它们在水库、湖泊中大量繁殖时，会使水带有臭味，有些种类还会产生颜色。水中有大量藻类时还可能影响水厂的过滤工作。水体中藻类大量繁殖，造成水体富营养化，使净化水质的工作发生困难；在夜间或藻类死亡后消耗大量氧气，危及水生生物的生存；严重时，甚至使湖泊变为沼泽或旱地。常说的“水华”主要是由藻类中的裸藻形成的，裸藻是水体富营养化的指示生物。☞3.3原生动物原生动物：单细胞、有运动能力，类似动物的微生物。一、形态与构造※大小：一般100~300µm，个别小至几µm；※形态多样（卵形、圆形、长方形）；※不具细胞壁，有一个或多个细胞核，有核膜包围；原生动物与多细胞动物一样，具有摄食、呼吸、排泄、生殖等功能；形成不同“细胞器”，各起不同的作用；胞器行动胞器――伪足、鞭毛和纤毛等。消化、营养胞器――废水生物处理中的营养方式有三类：⑴动物性营养；⑵植物性营养；⑶腐生性营养。有些动物性营养的原生动物具有胞口、胞咽等。感觉胞器――一般就是行动胞器，个别的有“眼点”。排泄胞器――伸缩泡。二、营养与繁殖营异养型生活，食物包括：细菌、真菌、藻类、有机颗粒等；多数进行好氧呼吸；无性、有性繁殖两种；可形成休眠体（孢囊），以抵抗不良环境；环境适宜时，长出新细胞。三、常见种类A、肉足类以肉质的伪足作为运动和摄食胞器；形体小，无色透明，大多没有固定的形状，少数为球形；多为动物性营养，以细菌、藻类、有机颗粒和比它本身小的原生动物为食；中污带水体是多数肉足类原生动物最适宜的生活环境，在污水中和废水处理构筑物中也有发现。鞭毛类多数个体生活，也有群体的；具有一根或一根以上的鞭毛；分植物性鞭毛虫和动物性鞭毛虫两类；鞭毛虫喜在多污带和中污带生活；在活性污泥曝气池运行的最初阶段，或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理的指示生物。纤毛类体外长有纤毛作为运动胞器或摄食工具；多为单个自由生活，分游泳型纤毛虫和固着型纤毛虫，前者如草履虫，后者如钟虫；纤毛虫喜吃细菌及有机颗粒，竞争能力强。对废水生物处理起作用的主要是细菌，其次是原生动物。这是因为原生动物在污水中的数量不少，常在微型动物总数的95％以上。并且也有一定的净化能力，并可作为指示生物，用以反映活性污泥和生物膜的质量以及废水净化的程度。四、作用A、原生动物对废水净化的影响动物性营养型的原生动物，如动物性鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等能直接利用水中的有机物质。在活性污泥法中，纤毛虫可促进生物絮凝作用。另外，纤毛虫能大量吞食细菌，特别是游离细菌，因此可改善生物处理法出水的水质。B、以原生动物为指示生物不同种类的原生动物对环境条件的要求不同，对环境变化的敏感程度也不同，可利用原生动物种群的生长情况，判断生物处理构筑物的运转情况及废水净化的效果。在活性污泥的培养和驯化阶段，原生动物种类的出现和数量的变化往往按照一定的顺序进行。在运行初期曝气池中常出现鞭毛虫和肉足虫，若钟虫出现数量较多，则说明活性污泥已成熟，充氧正常。在正常运行的曝气池中，如果固着型纤毛虫减少，游泳型纤毛虫突然增加，表明处理效果将变坏。当环境大幅度变化时，种类组成差别可能相当小，但种类的数量变化相当大。☞3.4后生动物一、轮虫形体微小，一般在40~200µm之间;身体为长形，分头部、躯干和尾部；具独特的繁殖方式，广泛分布于湖泊、水库、河流、池塘、沼泽、稻田等水域及潮湿土壤和苔藓中，是后生动物中拥有最强散布能力和最高繁殖速率的1个类群；以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，在废水处理中有一定的净化作用；在废水处理中，可作为指示生物；源水中大量繁殖，可能阻塞滤池；是大多数名贵水产品的开口饵料和优质食物，在水产养殖业有很大的应用价值.二、甲壳类动物主要特点是具有坚硬的甲壳。常见种类有水蚤和剑水蚤，它们以细菌、酵母菌、单细胞藻类、原生动物以及有机碎屑为食；源水中过度繁殖，易污染供水系统，如哈尔滨市宾县（1995~2004年）剑水蚤出现在管网末端，吉林省四平市（2001年）在管网中发现水蚤。水蚤（80倍显微摄影）三、其它小动物随源水进入给水处理厂，包括线虫和昆虫的幼虫等；出现在活性污泥和生物膜中。成虫线虫幼虫（80倍显微摄影）摇蚊幼虫摇蚊城市时间水生物种类发现地点塔科马市（美国）1993年摇蚊幼虫蓄水池、管网末端深圳市2003年摇蚊幼虫沉淀池、砂滤池广州市2000年摇蚊幼虫二次供水水箱成都市]2001年摇蚊幼虫沉淀池、调蓄池宁波市1996年摇蚊幼虫管网末端江苏吴江市1998~2000年摇蚊幼虫二次供水水箱湖南株洲2004年摇蚊幼虫、线虫管网末端陕西蓝田县2002~2005年摇蚊幼虫、线虫滤池、管网末端天津市2004年线虫管网末端乌鲁木齐市2004年线虫管网末端第四章病毒和噬菌体一、病毒的特点病毒：一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞型微生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子。病毒与其他细