水处理微生物学复习资料浙科院给排水版

1绪论1、微生物：微生物是肉眼看不到的，必须在电子显微镜或光学显微镜才能看见的所有微小生物的统称。2、微生物的特点：（1）个体极小（2）分布广，种类繁多（4）繁殖快（6）易变异第一章：病毒（列文虎克，代表人物）1、特征：大小在0.2um以下。没有合成蛋白质的机构核糖体。没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统。不具独立代谢能力。在宿主体外呈现不具生命特征的大分子物质，保留感染宿主的潜在能力。定义：病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小微生物组成：化学组成有蛋白质和核酸，个体大的还含有脂质和多糖结构：无细胞结构。整个病毒体分两部分：①蛋白质衣壳②核酸内芯病毒蛋白：结构蛋白和非结构蛋白,功能：保护病毒免受环境因素的影响，决定病毒感染的特异性，有致病性，毒力和抗原性。2、复制：（1）吸附：病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力（2）侵入：侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。刺突固着于C，尾部酶水解C壁的肽聚糖，使产生小孔，尾鞘收缩，注入核酸。（3）复制与聚集：病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸，病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸，已合成的各部件进行自行装配成新的噬菌体（4）释放：被感染细胞裂解，成熟的子代噬菌体转移到外界3、烈性噬菌体：凡能引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体4、温和性噬菌体：噬菌体侵染宿主后，随宿主DNA复制而复制，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。溶原细胞：含有温和噬菌体核算的宿主细胞病毒的群体形态：包涵体，噬菌斑，空斑，枯斑一级污水处理是物理过程，以过筛，除渣，初级沉淀。二级处理是生物处理，生物吸附，生物降解和絮凝沉降。三级处理是深度处理，有生物化学物理处理。第二章：原核生物细菌（PH=7.2，C:N=25:1）形态、大小（最小的纳米细菌，最大的硫磺细菌）、繁殖与菌落：形态：杆菌（最常见，长短不同长短杆菌、某部位是否膨大棒状梭状杆菌、芽孢有无）、球菌、螺旋菌、丝状菌。繁殖：细菌裂殖（二分裂，有性）。有性生殖的意义：进化，特有抗性基因可传递。菌落：由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。细菌细胞的基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、拟核细胞质膜（对营养物吸收影响最大）：组成：细胞膜是紧贴在细胞壁内的一层柔软而又富有2弹性的薄膜，细胞膜所含的脂类均为磷脂。功能：（1）维持渗透压的梯度和溶质的转移（2）细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶（3）膜内陷形成的中间体含有细胞色素，参与呼吸作用（4）在细胞膜上进行物质代谢和能量代谢（5）细胞膜上有鞭毛基粒，为鞭毛提供附着点细胞特殊结构：（1）荚膜：一些细菌在其表面分泌的一种黏性物质，把细胞壁完全包围封住，这层黏性物质就叫荚膜。荚膜很难着色可用负染色法染色。①可有效抵抗寄主吞噬细胞的吞噬作用。②具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于肺炎链球菌侵染人体；③废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。⑤当缺乏营养时，荚膜可被利用作碳源和能源，有的荚膜还可作氮源。（2）芽孢（主要为杆菌）：某些细菌当环境恶劣时，在其细胞内形成一个内生孢子，称为芽孢。（4）菌胶团：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。其他原核微生物：立克次氏体、衣原体、支原体、螺旋体细菌的芽孢是休眠体，放线菌的孢子是繁殖体有C壁：真菌（霉菌、酵母菌、蘑菇）、单C藻类、原生动物革兰氏染色法步骤：在无菌操作条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，固定。用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。用碘-碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。用中性脱色剂如乙醇脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。用番红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。判断细菌呼吸类型：用穿刺接种技术讲细菌接种在含质量浓度3-5g/l琼脂的半固体培养基中培养。若细菌在培养基表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌。沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌。如果只在穿刺线的下部生长为厌氧菌。如果只沿着穿刺线生长为没有鞭毛不能运动的细菌，不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛能运动的细菌。第三章：真核微生物原生动物（单C）：形态结构特点：无色、无细胞壁、个体大、真核、不含叶绿体、无细胞壁、能运动、不产子实体营养类型：（1）全动性营养：吞食其它生物或有机颗粒（2）植物性营养—光能自养（绿眼虫等）（3）腐生性营养—吸收可溶性营养分类：（1）鞭毛纲（2）肉足纲（3）纤毛纲：痢疾鞭毛虫：喜在多污带和a-中污带中生活，在污水生物处理系统中，活性污泥培养初期或在处理效果差时大量出现。变形虫：喜在a-中污带或b-中污带的自然水体中生活，在污水生物处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。纤毛纲：游泳型纤毛虫多数在a-中污带和b-中污带，少数在寡污带中生活。在污水生物处理中，在活性污泥培养中期货在处理效果差时出现。固着型纤毛虫：尤其是钟虫，喜在寡污带中生活。它们是水体自净程度高，污水生物处理效果好的指示生物。吸管虫多在b中污带，污水生物处理效果一般时出现。原生动物胞囊：原生动物在环境条件变坏时，使原生动物不能正常生活的情况下形成的一种抵御不良环境的休眠体。3微型后生动物（原生动物以外多C动物的统称）：轮虫、线虫、寡毛类动物（飘体虫、颤蚓、水丝蚓）、浮游甲壳动物（指示生物）轮虫是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物。一旦它们大量繁殖会将活性污泥蚕食光，造成污水处理失败。为避免现象发生，当检测到猪吻轮虫大量繁殖时，暂停曝气，厌氧环境抑制轮虫生长。第四章：微生物生理酶：分为单成分酶和全酶。全酶除了酶蛋白外，还要结合一些辅基或辅酶的热稳定非蛋白质小分子有机物。辅基和辅酶起传递电子，原子和化学基团的作用。酶的活性中心：酶的活性部位，直接参与和底物结合，与酶的催化作用直接相关的部位。酶六大类：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶，异构酶，合成（连接）酶。营养类型划分依据：（1）根据碳素营养物的同化能力不同：①无机营养②有机营养（2）根据能源的形式不同：①光能营养型②化能营养型主要营养物：碳源和能源氮源无机盐水生长因子：调节微生物正常代谢培养基：根据各种微生物对营养的需要，包括水，碳源，能源，氮源，无机盐及生长因子等按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。按化学组成分类：合成培养基，天然培养基，复合培养基。按物理性状分：液体，半固体，固体。（加凝固剂的多少）按用途分：选择，鉴别，加富。物质运输：（2）四种运输营养物质方式：单纯扩散，促进扩散，主动运输，基团转位。微生物代谢：（1）有机物——化能异养菌——ATP（2）日光——光能异养菌——ATP（3）还原态无机物——化能自养菌——ATP主要产能方式：ATP产生：基质（底物）水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化发酵：指在无外在电子受体时，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。EMP途径（糖酵解途径）：在无氧条件下，1mol葡萄糖逐步分解而产生2mol丙酮酸、2molNADH+H+和2molATP的过程有氧呼吸：有外在最终电子受体氧气存在时，对底物的氧化过程。以葡萄糖为例（1）糖酵解（2）三羧酸循环，由丙酮酸开始，经氧化脱羧作用，并乙酰化形成乙酰辅酶A和1mol（NADH+H+）乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后被彻底氧化为CO2和水。1mol丙酮酸经一次三羧酸循环可生成15molATP，1mol葡萄糖完全氧化总共产生38molATP。无氧呼吸：是一类电子传递体系末端的受氢体为外源无机氧化物的生物氧化。特点是底物按常规脱氢后，经部分电子传递体系递氢，最终有氧化态的无机物受氢。硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气氨化作用：又叫脱氨作用，微生物分解有机氮化物产生氨固氮作用：通过固氮微生物的固氮酶催化作用，把分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物第五章：微生物生长与环境因素培养方式：（1）分批培养：将微生物置于一定容积培养基内，经培养，最后一次收获。（2）连续培养：不断补充新鲜营养，并及时不断以同样速度排出培养物，则可延长对数期（原理：培养液的流动量使增殖的新菌数相当于流出的老菌数。）恒浊连续培养，恒化连续培养。停滞期：初期，一部分死亡，总数下降。末期，生长速率加快，总数增加。对数期：细胞代4谢活力最强，生长旺盛。静止期：总数达最大值细菌开始积累储存物质。衰亡期：死亡率增加，活菌数减少。常规活性污泥法用静止期的：对数生长期发生在污泥培养初期，这时候因为有机物营养充分，细菌增殖速率很高。但如果正常运行下，控制在这个阶段，出水水质一定是很差的，因为有机物都没有被降解就被排出系统。而且黏液层和荚膜尚未形成，沉淀性能差。而静止期，微生物积累大量贮存物。出水水质也就比较好。用延时曝气法处理低浓度有机污水时，不用静止期的微生物，而用衰亡期的微生物的原因是？由于低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理效果不会好，若采用延时曝气法，通常瞬间在8h以上，甚至24h，延长水力停留时间，适当增大进水量，提高有机负荷，满足微生物的营养要求，从而取得较好的处理效果。微生物的生存因子：温度pH：Eh（氧化还原电位）DO（溶解氧）辐射活度与渗透压重金属干燥灭菌和消毒：（1）概念：①灭菌：通过超高温或其它物理化学方法将所有微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。②消毒：用物理化学方法杀死致病菌（有芽孢和无芽孢的细菌）或者是杀死所有微生物的营养细胞和一部分芽孢。（2）常用方法：①灭菌：1）干热灭菌、2）湿热灭菌。湿热灭菌的穿透力和热传导都要更强，且在湿热时微生物吸收高温水分，菌体蛋白易凝固，变性，灭菌效果好。微生物之间关系：竞争，原始合作，共生，偏害，捕食，寄生。遗传性：微生物将其生长发育所需的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应，或出现的一定性状传给后代。变异性：当微生物从他适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶从而适应新环境并生长良好。第七章：微生物生态（1）水体自净：水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。（2）指标（P/H指数）：P代表光合自养型微生物。H代表异养型微生物。P/H=（有叶绿素的微生物数量）/（异养微生物数量）。氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。污化系统可分为哪几带：多污带（水呈暗灰色，很浑浊，含大量有机物，BOD高，溶解氧极低，为厌氧状态）a-中污带（水为灰色，溶解氧少，为半厌氧状态，有机物量减少）b-中污带（有机物较少，BOD悬浮物含量低，溶解氧浓度升高）寡污带（水浑浊度低，溶解氧恢复正常含量，BOD悬浮物含量低）（2）有机污染指标：①BIP指数：无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比②细菌菌落总数：1ml水样在营养琼脂培养基中，于37℃培养24h（或48h）后所生长出来的细菌菌落总数③总大肠菌群水体富营养化：在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。评价水体富营养化的方法：观察蓝细菌和藻类等指示生物。测定生物的现存量。测定原初生产力。测定透明度。测定氮和磷等致富营养化的物质。活性污泥：（1）组成：由多种多样的好养微生物和兼性厌氧微生物与污水中有机和无机固体物质混凝交织在一起（2）性质：含水率99%左右；相对密度1.002~1.006；具有沉降性能；5有生物活性，有吸附、氧化有机物的能