【污染控制微生物工程】微生物复习资料完整版

第一章

√微生物的特点及其特点在水处理过程中的应用

1.个体小，形态简单；

2.分布广，种类多；

3.繁殖快，数量大；

4.比值大，代谢强；

5.适应强，易变异。

·微生物（Microbe Microorganism）:一类形体微小，结构简单，必须借助显微镜才能看清它们面目的生物，包括原核微生物，真核微生物，病毒和类病毒。

第二章

为什么说微生物的降解方法有很大的潜力

1.微生物自身特点

极其多样的代谢类型，各种有机物可被利用；有很强的变异性。

2.共代谢作用与生物降解性

·共代谢作用（Co-metabolism）：指微生物在有它可利用的碳源存在时，对它原来不能利用的物质也可能分解代谢的现象。

共代谢作用存在情况：

靠降解其它有机物提供能源和碳源；或通过微生物的协同作用；由其它物质的诱导产生相互的酶系，发生共代谢作用。

3.污染物的化学结构与其生物降解的关系：

烃类化合物，对于相同碳原子数，一般是链烃比环烃易降解，直链烃比支链烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解；主要分子链上碳元素被其它元素取代时；碳氢键；官能团的性质及数量；分子量大小对其生物降解性影响也比较大。

生物降解性常见的测试方法

1.测B/C ：表示废水的可生化处理的程度。

B/C>0.45，生化性较好；B/C>0.3，可生化；B/C<0.3，较难生化。

B/C>0.5，多直接采用生化处理；对开B/C较低的废水往往采用一些物化预处理方法，提高废水的可生化性后，再采用生物方法处理。

2.测COD30

取一定量的待测废水，预处理后，一般PH 6~8，投加少量活性污泥引入菌种，连续曝气；通过比较废水起始CODcr与第30天后CODcr（COD30），可用来推测废水的可生化性和估计用生化法处理可得到的最高COD去除率。

废水处理上很少使用这种方法，测定时间长。

3.测定生物氧化率

用训化好的活性污泥作为测定用的微生物，将一定量单一的被测有机物作为底物，也就是作为活性污泥中微生物的唯一营养源，在瓦氏呼吸仪上检测其耗氧量，与该底物完全氧化的理论需养量之比，即为被测有机物的生物氧化率（%）。

4.测呼吸线

以单一的有机物为基质、营养物，在活性污泥中微生物的作用于该有机物的过程中，测其耗氧量与时间的变化曲线，可以得到的一条特征曲线，即生化呼吸线。

5.测定相对耗氧速率曲线

耗氧速率，就是单位生物量在单位时间内的耗氧量。

在提供相同的活性污泥量，也就是微生物种类、数量一定，比较不同浓度下有机物作基质、营养物的条件下，微生物在单位时间内的耗氧量，这样可作出相对耗氧速率曲线。

√相对耗氧速率曲线（各种曲线所代表的意思和含有的信息，物质推出曲线，曲线推出物质）

·生物降解（biodegradation）：微生物的代谢活动。是指生物对污染物进行的分解或降解，而生物中由微生物所起的降解作用最大，故又可称为微生物降解。

·基本呼吸（basic respiration）：在一般情况下，微生物进行生命活动所需要的物质和能量，都是靠氧化分解细胞从外界吸收来的营养物质所获得的，这种利用外源营养物质的生物氧化还原过程，称为基本呼吸。

·内源呼吸（endogenous respiration）：由于外界营养物质的缺乏，微生物为了维持自身生命活动的继续，氧化分解其自身细胞内的组分物质，来获得维持生命活动所需的能量，这种细胞内组分物质被氧化分解的过程称为内源呼吸。

氨化反应，硝化反应，反硝化反应以及各种反应的条件

氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（NH3、NH4+）。

硝化反应（Nitrification）：在有氧气时，微生物将氨氧转化为硝酸的作用。

条件：O2；NH3；碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸）；不需要有机物存在。

反硝化作用（denitrification）：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被反硝化细菌还原成NO2或N2的过程。条件：NO3￣；有机物质存在；氧气＜0.5mg/L。

第三章

格兰氏染色的目的，基本操作

目的：细菌是透明或半透明的，染色后易于观察。（鉴别性染色，一种经验染色法。）

步骤：1.初染：结晶紫30s；2.媒染剂：碘液30s；3.脱色：95%乙醇30s；4.复染：番红或复红30-60s（阳性仍紫色，阴性红色）。

荚膜的功能

1.对细菌的保护作用，使细菌免受干燥的影响，防止微小动物的吞噬，增强对外界不良环境的抵抗力；

2.有助于细菌的侵染力；

3.细胞外贮藏物，外界营养缺乏时可以作为碳源物质能源物质利用；

4.许多细菌可以形通过荚膜相互粘结，形成体积和密度大的菌胶团。

菌胶团细菌的定义和功能

·菌胶团（zoogloea）:许多细菌的荚膜融合为一团胶状物，内含多数细菌。是活性污泥、生物膜的重要组成部分。

活性污泥性能的好坏，主要根据菌胶团多少、大小以及结构的紧密度、性能来确定。

菌胶团是活性污泥的重要组成部分，它除了具有荚膜的功能外还具有以下功能：

1.具有较强的吸附、氧化有机物的能力；

2.具有较好的沉降性能。

如何区分新老菌胶团

新生的菌胶团：颜色较浅，无色透明，有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强。

老化的菌胶团：吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，象烂泥似的，生命力较差。√球衣菌，丝状菌的新陈代谢的特点

球衣菌（sphaerotilus）

1.特性：具假分枝；在溶解氧小于0.1mg/L的微氧环境可生长；分解有机物能力强；适宜温度30度，15度下不生长；对碳素要求高、反应灵敏，对杀虫剂抵抗力不好。

2.作用：构成生物膜的重要菌种；利于有机物的去除；容易引起污泥膨胀。

√污泥膨胀及其解决办法

污泥膨胀：丝状细菌在活性污泥中大量繁殖，使污泥结构极度松散，絮块漂浮水面，比重减轻，随水流流出。该异常现象称之污泥膨胀。

第四章

√各种菌类新陈代谢的特点

·水体富营养化（eutrophication）:水体含丰富的溶解性营养盐类使水中藻类等浮游生物大量生长繁殖，引起异养微生物旺盛代谢活动，耗尽水中溶解氧（DO），使水体变质，破坏水体中的生态平衡。

常见的原生动物在水处理当中的作用

活性污泥和生物膜中细菌起最重要作用，其次为原生动物。

氧化塘----细菌、藻类、原生动物

（一）原生动物对废水净化的影响

（1）鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫可以直接利用水中的有机物，对水中有机物的净化有一定的积极作用。

（2）在活性污泥法中，纤毛虫能分泌糖类、粘朊促进生物絮凝作用，使废水能在二次沉淀池中很好的沉淀，改善出水水质。

（3）纤毛虫吞食游离细菌，改善微生物处理法出水的水质。

（二）以原生动物为指示生物

指示生物：一种生物只在某一个环境中生长，这种生物就是这一环境的指示生物。

1.钟虫前端出现气泡---充氧不正常，水质将变坏。

2.等枝虫相对数量多，普通钟虫渐减少---环境渐变恶化。

3.原生动物的数量渐减少，直至消失---水质变坏。原生动物对毒物的敏感性比细菌大。

4.钟虫大量出现---活性污泥已经成熟，充氧正常。

5.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---处理效果

将变坏。

微生物中常见的四种关系及其定义、例子

·互生关系（protoco－operation）：两种不同的生物，当它们共同生活在一起时，为对方提供或创造有利的生活条件，互助互利，也可单方有利。

氧化塘中的藻类和细菌。

·共生关系：两种微生物紧密地结合在一起，当这种关系高度发展时，就形成特殊的共生体，即在生理上表现出一定的分工，在组织上和形态上产生新的结构。

互惠共生（mutualism）是两者相互得利；偏利共生（commensalism）是一方得利，但对另一方无害。

·拮抗关系（antagonism）：是指两种微生物生活在一起时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物或使环境条件发生变化，从而抑制甚至是杀死另一种微生物。此外，一种微生物以另一种微生物为食料。

原生动物与细菌、有的原生动物之间存在拮抗。

·寄生关系（parasitism）：一种生物生活在另一种生物的表面或体内，并从后者的细胞、组织或体液中取得营养，并使后者受到损害，这种关系叫寄生关系。

前者寄生物，后者寄主。噬菌体寄生于细菌。

第五章

√用生物法处理废水时对水质的要求（P55）

四种营养代谢的方法及其具体的微生物的举例

1.自养型：

光能无机营养型（藻类、蓝细菌、光合细菌），化能无机营养型（氢/硫化/硝化/铁细菌）

2.异养型：

光能有机营养型（红螺菌），化能有机营养型（大肠杆菌、枯草杆菌、根霉、曲霉）√△什么叫微生物的生长曲线及其两种生长曲线对应的阶段，不同生物处理方法分别利用了微生物四个生长时期的哪个时期

微生物的生长曲线：将少量纯菌接种到一定量的液体培养基内，在适宜的温度下培养，并定时取样测定活细菌的数目和重量的变化，以活细菌个数的对数或者活细菌重量为纵坐标，以培养时间为横坐标作图，所得的曲线即为细菌的生长曲线。

酶促反应的影响因素

1.温度

2.p H值

3. 基质浓度

4.酶的总浓度Eо

5.毒物或抑制剂

√米门公式和米门常数

活性污泥法为例解释微生物处理的原理：絮凝作用、吸附作用、氧化作用、沉淀作用

计算剩余污泥量及耗氧量的公式（计算剩余污泥量的时候结果要由重量转化为体积）△S=aLr-bSa O2=a’ Lr+b’Sa

△S 新生长的细胞物质（Kg/d）;

Lr所利用的营养物质，即去除的BOD5 （Kg/d）O2微生物需氧量（Kg/d）；

Sa构筑物内原有的细胞物质（Kg）Lr去除的BOD5 （Kg/d）；

a合成系数[合成的细胞物质（Kg）/去除的BOD5 ] a’去除单位所需的氧量（Kg/ Kg）；b细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）b’微生物自身氧化需氧率（1/d）

某城市混合废水采用活性污泥法处理。其曝气池的有效容积为340立方，进水流量为150立方每小时，进水BOD200mg/L、出水BOD20mg/L、曝气池污泥浓度4g/L（其中挥发占75%）。计算剩余污泥。

√厌氧消化三阶段四类群

厌氧微生物群体之间的关系

不产甲烷细菌和产甲烷细菌相互依赖、相互制约，表现在：

1.不产甲烷菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需的基质。

不产甲烷细菌的产物氢、二氧化碳、乙酸提供给产甲烷细菌，产甲烷细菌为厌氧环境有机物分解食物链最后环节。

2.不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。

厌氧发酵初期的加料等带入的空气中的氧被不产甲烷细菌的代谢作用，使发酵液的氧化还原电位不断下降，为产甲烷细菌提供生长条件。

3.不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质。

苯环、氰化物可被不产甲烷细菌降解。

4.产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制。

不产甲烷细菌的发酵产物可以抑制其本身的不断形成。如氢的积累抑制产氢细菌的产氢，酸的积累抑制产酸细菌的产酸。而产甲烷细菌可以利用氢、乙酸、二氧化碳等，解除反馈。

5.不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的p H值

不产甲烷细菌分解糖产生酸，降低p H；产甲烷细菌分解酸产生甲烷，p H上升。

第六章

·△活性污泥（activated sludge）:由细菌、微型动物为主体微生物与悬浮物、胶体物质等混杂在一起的絮状体颗粒，具有强吸附分解有机物能力、良好的沉降性能，絮体颗粒大小在0.02-0.2mm，多为茶褐色，含水率在99%左右。

△推流式工艺的特点

1.鱼贯而入，纵向混合；推流前进，前后不返。

2.工作区间相当于微生物曲线的一段。

3.可用于废水的深度处理。可适用于各种水量。

4.抗冲击的能力差。

5.在曝气池各段ds/dt、dO2/dt都不为常数。

△完全混合式工艺特点

1.曝气池内混合液可彻底混合，曝气池中各处状态相同→搅拌分散能力很强。

2.曝气池出水浓度就是曝气池中浓度。

3.废水在池中处理时间不同。

4.抗冲击力强。

5.很难进行深度处理。

6.难处理大流量废水。

7.曝气池中，工作区间是微生物曲线上一点。

√生物膜的定义

√生物膜法处理污水的原理（画图）

生物膜成熟的标志

生物膜沿水流方向的分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生物相，以及其对有机物降解功能达到了平衡和稳定的状态。这需要一段时间，一般的城市污水，在20℃左右的条件下大致需要30d左右的时间。

生物膜法特点（以接触氧化法为例）

1.具有较多的容积负荷

2.不需要污泥回流，也不存在污泥膨胀

3.抗冲击负荷能力强

4.污泥产量低

5.具有多种功能，能够进行脱氮除磷

△厌氧生物处理的特点及其常见工艺

厌氧生物处理（anaerobic biological treatment）具有节能、运转费低、可产生沼气、能源高等特点，因而在处理高浓度有机废水中应用较为广泛。

常见工艺：化粪池，厌氧生物滤池，厌氧接触法，两相厌氧消化法，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。

第七章

水体富营养化的定义，评价指标，危害，处理方法

水体富营养化（eutrophication）发生在淡水湖泊，称之为水华（water bloom），发生在海洋中形成的称之为赤潮（red tide）。

水体形成富营养化的指标：水体中在含氮量大于0.2~0.3mg/L ，含磷量大于0.01mg/L，生化需氧量（BOD5 biochemical oxygen demand）大于10 mg/L。

当水体形成富营养化时，水中的藻类减少，而个别种类的个体数量猛增。由于占优势的浮游藻类所含色素不同，使水体呈现蓝、红、绿等不同颜色。

富营养化危害：1.溶解氧DO；2.有毒物质；3.水体颜色；4.给水处理成本：

控制水体富营养化的措施与方法：1.化学药剂控制 2.生物学控制

3.采收藻类，综合利用

4.对排入自然水体的各类废水进行脱氮除磷处理

√△生物脱氮的机理（可以分析常见的工艺流程）

为什么先脱碳后脱氮？

1.硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物；

2.有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速，硝化菌氧利用不足，生长缓慢；

A/O工艺流程

A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。

√生物除磷的机理（聚磷菌的特点）

生物除磷厌氧，好氧阶段的影响因素

（1）厌氧环境条件：

（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；

（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；

（c）NO x-浓度：产酸菌利用NO x- 作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。

（2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，

（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。

（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。

（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。

（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。

常见的除磷工艺：（1）A/O生物除磷工艺(2) Phostrip去除磷工艺流程

（3）A2/O工艺基本流程（4）UCT工艺

第八章

·恶臭污染物（odor pollutants）：

指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。属于感觉公害的范畴. 废气微生物处理的特点

（1）费用低。（2）设备简单、维护管理方便。

（3）减少甚至无二次污染问题。微生物分解恶臭物质的速度快、效率高、稳定。

（4）生物膜固着生长，生态条件稳定，单位体积内生物量大，高密度的微生物群具有较高的微生物吸附和生物氧化的能力，因而对外界负荷、毒物冲击的抵抗力强。

（5）可与废水处理一并进行。

第九章

固定化微生物技术：通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可反复利用。

理想载体选择的四个要求：1.对微生物无毒 2.价格低廉，使用寿命长

3.机械强度高、传质性能好

4.性质稳定，不易降解

影响固定化的重要因素

1.微生物性质：种类，培养条件，活性，浓度

1.载体性质：种类，表面电荷，化学组成，亲水特性，粗糙度

2.环境特征：pH值，离子强度，水流状态，基质类型，温度

第十章

生物修复(Bioremediation)：利用生物特别是微生物，将土壤、地下水或海洋中的有害污染物现场降解成二氧化碳和水或转化成无害物质的工程技术。