水处理生物学第四版
《水处理生物学》PPT课件
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3.理解铁细菌的特性、代谢方式及其过度繁殖对水 处理工程的影响。
4.理解硫细菌的特性、代谢方式及其过度繁殖对水处 理工程的影响。
5.真核生物(eucaryotic organism ): 凡是有发育完好的细胞核，有核膜（细胞核与细
胞质具有明显的界限），有高度分化的特异细胞器 （线粒体、叶绿体、高尔基体等），进行有丝分裂的 细胞。
弗罗里对弗莱明的发现大感兴趣。钱恩负责青霉菌的
培养和青霉素的分离、提纯和强化，使其抗菌力提高
了几千倍，弗罗里负责对动物观察试验。
青霉素的发现和大量生产，拯救了千百万肺炎、
脑膜炎、脓肿、败血症患者的生命，及时抢救了许多
的伤病员。为了表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、
钱恩、弗罗里于1945年共同获得诺贝尔医学和生理学
奖。
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二、霉菌的形态、大小
1.基本特征： 菌丝：管状、伸长、 分枝、直径3-10μm
2.根据隔膜情况分类： 无隔膜菌丝 Nhomakorabea有隔膜菌丝
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3.菌丝的分布和功能分布与功能
与放线菌 一样菌丝体分 营养丝、气生 丝。
繁殖器官
气生菌丝 营养菌丝
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三、霉菌的繁殖方式
繁殖方式
菌丝片段（液体） 无性孢子
特点：
细胞具有真核，一般能运动；藻类细胞中大多数
含有叶绿体；白天能够进行光合作用吸收CO2产生氧 气，晚上能进行呼吸作用利用O2 释放能量供其生命 活动。造成白天水体中溶解氧很高，晚生急剧下降。
黄曲霉素主要存在于被黄曲霉素污染过的粮食、 油及其制品中。例如黄曲霉污染的花生、花生油、玉 米、大米、棉籽中最为常见，在干果类食品如胡桃、 杏仁、榛子、干辣椒中，在动物性食品如肝、咸鱼中 以及在奶和奶制品中也曾发现过黄曲霉素。
水处理生物学
水处理生物学第一章绪论生物划分为：界、门、纲、目、科、属、种五界系统：原核生物界、原生生物界、植物界、真菌界、动物界林奈双命名法规定：每种生物的学名由两个拉丁词组成，前一词为该种的所在属的属名。
第二个词为种名，表示该物种的主要特征或产地。
细菌等微生物的命名与动、植物都采用林奈双命名法微生物：是肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称特点：种类多、分布广、繁殖快、易变异、个体微小底栖小型动物：常称为水下哨兵第二章原核微生物细菌：一类单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的原核生物。
分为球状、杆状和螺旋状。
以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。
基本结构：细胞壁、原生质体（包括细胞膜、细胞质、核质、内含物）革兰氏染色法：结晶紫初染，碘液媒染，酒精脱色，用蕃红或沙黄复染。
G阳性（G+）蓝紫色和G阴性（G-）红色原理：通过初染和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。
革兰氏阳性细菌胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故在酒精脱色时，肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩，再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，结晶紫与碘复合物仍组留在细胞壁内，使其呈现出蓝紫色。
革兰氏阴性细菌细胞壁较薄、肽聚糖位于内层且含量低和交联松散，与酒精反应后肽聚糖不易收缩，加上他的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上会出现较大的空洞或缝隙，结晶紫和碘的复合物就很容易被溶出细胞壁，脱去原来初染的颜色。
当番红或者沙黄复染时，细胞就会带上复染染料的红色。
真细菌：不管是G+和G—细菌，其细胞壁中均含有肽聚糖及D-型氨基酸。
细胞壁功能：1保持细胞形态和提高细胞的机械强度，使其免受渗透压等外力损伤2为细胞的生长、分裂所必须3作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动4阻碍大分子有害物质进入细胞5赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。
细胞膜结构：镶嵌模型1磷脂双分子组成膜的基本骨架2磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，膜有流动性3膜蛋白以不同方式分布在膜的两侧或磷脂层中功能：1选择性地控制细胞内外物质的运送和交换2维持细胞内正常渗透压3合成细胞壁组分和荚膜的场所4进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地5许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地6鞭毛的着生和生长点核区：指在于细胞质内、无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。
水处理微生物学课程教学改革探讨
水处理微生物学课程教学改革探讨作者：李勇超，任伯帜来源：《当代教育理论与实践》 2016年第2期李勇超，任伯帜（湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201）摘要：为了增强学生的创新能力，湖南科技大学土木工程学院市政工程教研室结合给水排水工程专业的学科特点和专业发展需要，做到了理论联系实践，激发学生创新思维，从教学内容、教学方法、实验等多个环节对水处理微生物学课程进行改革。
基于多年教学经验，针对突出问题，提出了创新人才培养方法。
关键词：水处理微生物学；科研；实践；人才培养中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-5884（2016）02-0062-03收稿日期：20150117基金项目：国家自然科学基金项目（51504094）作者简介：李勇超（1985-），女，山东荷泽人，讲师，博士，主要从事水污染控制研究。
水处理微生物学是我国给排水科学与工程专业必修的专业基础课程，主要涉及与水处理工程相关的微生物的生理特性、微生物之间的相互作用、水中污染物的生物分解与转化机理及水处理生物技术基本原理、有害生物控制等［1］。
该课程可以使学生更好地把握微生物学领域的最新发展趋势，最重要的是培养学生创新能力，把理论知识应用于实践，为今后从事给水排水设计、污染修复、科学研究等工作奠定坚实的生物基础。
该课程内容不仅具有较强的实际应用价值，而且它把物理化学融入微生物知识中，具有很强的综合性、复杂性［2］，对学生学习水质工程学、管网、泵站等专业课起着非常重要的作用。
众所周知，微生物学知识快速更新，新兴的生物技术层出不穷。
水处理微生物学课程学时有限，而且工科学生掌握的生物学知识很少，简单的课堂讲授模式已不能培养创新性大学生。
湖南科技大学土木工程学院市政工程教研室结合多年的教学经验，总结了水处理微生物学课程学习面临的一些问题，结合学生工作、考验动态，从教学目的、教学内容以及实践方面等进行了改革，以提高给排水科学与工程专业学生的创新能力。
水处理生物学-第四章
生长环境
生长在有机物丰富的静 止水体或缓慢的流水中， 对温度的适应范围广， 大量繁殖时形成绿色、 红色或褐色的水华
是水体富营养化的指示生物
绿藻门
特点：
形体多样，有单细胞体、群体、多细 胞丝状体、多细胞片状体等类型；
绿藻的细胞内，都具有真核，有核膜、 核仁；细胞壁分两层，内层主要是纤 维素组成，外层为果胶质，常常粘液 化。
酵母菌的应用
➢酵母菌是人类利用最早的微生物，与人类关系密切 （家 养微生物）。
根据藻类的光合色素的种类、个体形态、细 胞结构、生殖方式和生活史等分为10门：
原核：蓝藻门
金藻门
真核：裸藻门、绿藻门、轮藻门、金藻门、 黄藻门、硅藻门、甲藻门、红藻门及褐藻门
裸藻门
特点：
（1）不具有细胞壁 （2）有鞭毛，能运动 （3）多数具有叶绿体 （4）繁殖方式为纵裂 （4）环境恶化，裸藻失去鞭毛形成 胞囊
第三节 藻类
一 藻类的一般特征
1.形态大小和细胞结构 形体大小和结构差异大，小的藻类只能在光学显 微镜下观察； 有单细胞的个体和群体，群体是若干个个体以胶 质相连，大小以微米计；
2.习性 真核藻类具有叶绿体，光能自养，可进行光合作 用；少树腐生，极少数共生。 生长条件：阳光、pH4～10
二 藻类的分类及简介
（1）全动性营养－－绝大多数 吞食其他生物和有机颗粒为食 （2）植物性营养 ✓ 有色素的原生动物如绿眼虫等，进行光合作用。 （3）腐生性营养 ✓ 某些无色鞭毛虫或寄生的原生动物，借助体表
的原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性有机物。
6.原生动物的繁殖
当条件适宜，营养充足时，原生动物会大量繁殖，采用的方式 有无性繁殖和有性繁殖。 一般情况下，以无性繁殖（二分裂）为主，又可分为横分裂和 纵分裂两种，多采用横分裂形式。
水处理生物学第四版课程设计
水处理生物学第四版课程设计简介水处理生物学是环境科学与工程领域中非常重要的一门课程。
它的研究内容涉及水体中微生物和有机物的分解、除去和处理等方面。
这门课程旨在培养学生的能力，包括但不限于：•掌握水处理生物学的基本理论知识；•熟悉水处理过程中的各种微生物及其特点；•能够运用知识和技能解决实际的水处理问题。
为此，我们设计了一份水处理生物学第四版的课程，力求让学生更好地掌握这门学科。
课程设计课程名称水处理生物学第四版学时120学时教学内容1.微生物生长与代谢–微生物生长动力学–微生物基因组学–微生物代谢途径2.活性污泥和生物膜工艺–活性污泥工艺原理–生物膜工艺–污泥颗粒的浮沉特性3.厌氧消化和有机污水处理–厌氧消化工艺概述–食品工业有机废水的处理方法–石油炼制废水处理方法4.水体富营养化的监测与处理–水体富营养化原因–反硝化过程及机理–营养盐的去除方法教学方法1.讲授课上老师会讲解课程内容，着重介绍各项工艺和现有的水处理方法。
同时，鼓励学生提问，增加交流互动。
2.实验实验是学生深入理解水处理生物学原理及操作技能的重要途径。
本课程将举行多个与实际工作有关的实验，如活性污泥的培养、滤池的运行、废水系统的模拟等。
3.讨论为了更好地让学生了解实际的水处理问题，课堂上会邀请水处理行业的从业者来现场与学生进行讨论。
评分方式考核方式包括期末考试和平时成绩两部分，期末考试占总分60%，平时成绩占总分40%。
参考教材1.魏永明, 《水处理生物学》，化学工业出版社, 2019.2.王永华, 《水处理工艺学》，化学工业出版社, 2021.总结本课程致力于让学生认识到水处理生物技术的重要性，以及它在实际工作中的应用。
在这个以可持续发展为目标的时代，水处理技术也将在节约资源、保护环境、促进经济和社会可持续发展等方面发挥着越来越重要的作用。
清华大学硕士研究生入学考试参考书目
Donald A. Neamen
《数字集成电路设计－电路、系统与设计》
电子工业出版社，2004.
Jan M.Rabaey等著，周润德等译
《半导体物理学》
电子工业出版社（第6版）或其它出版社（第1－5版）。不考其中的第十三章“非晶态半导体”。
刘恩科、朱秉升、罗晋生等编著
《模拟CMOS集成电路设计》
《中国近现代音乐史》
高等教育出版社
汪毓和编著
《西方音乐通史》
上海音乐出版社
于润洋主编
801中西方美术史
《西方现代艺术史》
天津人民美术出版社
H-阿拉森著，邹德侬等译
《中国美术史》
人民美术出版社
王逊著
802建筑物理
《建筑物理》
中国建筑工业出版社
西安冶金建筑学院等
803建筑环境与设备工程基础（供热、供然气、通风及空调工程基础）
《传热学》第三版
高等教育出版社1998年12月
杨世铭，陶文铨编著
《工程热力学》
清华大学出版社1995年7月第1版
朱明善等编
《建筑环境学》
中国建筑工业出版社2001年12月第1版
金招芬，朱颖心主编
804结构力学（含动力学基础）
《结构力学（1）基本教程》
高教出版社，2006年12月第2版
龙驭球
805土木工程CAD技术基础
化工出版社
潘祖仁主编
《高分子物理》(第三版)
复旦大学出版社
何曼君等
606生物学
《基础生命科学》
高等教育出版社 第二版
吴庆余
607西方哲学史
《西方哲学简史》
北京大学出版社2002
赵敦华
608科学技术概论
水处理生物学(4)
3.原生动物的繁殖 当条件适宜，营养充足时，原生动物会大量繁殖， 采用的方式有无性繁殖和有性繁殖。 一般情况下，以无性繁殖（二分裂）为主，又可 分为横分裂和纵分裂两种，多采用横分裂形式。 另外，有的原生动物也采用出芽生殖。实际也是 一种二分裂，只是形成的两个子体大小不等，大的子 细胞称母体，小的子细胞称芽体。
4.常见的原生动物 根据原生动物的细胞器及其他特点，可将其分为： 鞭毛纲、纤毛纲（包括吸管纲）、肉足纲和孢子纲。 前三者广泛存在水体中，在污水处理中起重要作用。 1）肉足类 机体表面只有细胞质形成的一层薄膜，没有胞口 和胞咽结构。形体小，无色透明，大多数没有固定形 态，随着体内细胞质的不定向流动而成多种姿态。能 形成伪足作为运动和捕食器官。为全动性营养。 可分为两个亚纲： 根足亚类：可改变形态，称为变形虫。 辐足亚类：伪足呈针状，不变形，固定为球状。
二、底栖动物分类 底栖动物包括底栖动物与底栖植物两大类。 底栖植物主要是水生维管束植物和藻类；底栖 动物包括腔肠动物、海绵动物、扁形动物、线性动 物、环节动物和节足动物。 根据其大小可分为三大类： 1) 大型底栖动物（ 不能通过500μm筛网） 2) 微型底栖动物（ 能通过42μm筛网） 3) 小型底栖动物（ 能通过42—500μm筛网） 三、底栖动物的生活类 型 1.固着动物：在水底表面或突出物上营终生固着或 临时固着的水生动物。低等种类有海绵和刺胞动物。
永久固着生活的有淡水壳菜，临时固着的有蛭 类和摇蚊和石蛾幼虫等。 2.穴居动物：将身体的全部或大部分埋藏于疏松 的底质中。淡水中有线虫、颤蚯蚓寡毛类、双壳类 软体动物和摇蚊类幼虫。一般认为90%生活在20cm 的底质中。 3.攀爬动物：泛指爬行于底质表面和攀缘于水底 突出物（水草）上的动物。一般个体较大，有重壳。 常见有环棱螺、圆田螺及甲壳类的蟹类和螯虾等。 4.钻蚀动物：用机械或化学方法在较硬的物体上 钻蚀空洞。多见海洋生物，如船蛆。
水处理生物学实验讲义
水处理生物学实验讲义凌琪陶勇年月实验一显微镜的使用及微生物形态的观察一、目的．学习普通光学显微镜的使用方法（本实验学习低倍镜和高倍镜的使用）。
．通过对教案生物标本玻片或曝气池活性污泥的观察，认识微生物的形态。
二、实验器材．教案生物标本玻片或曝气池活性污泥。
．显微镜、目测微尺、物测微尺、载玻片、盖玻片等。
三、实验步骤(一)显微镜的结构和各部分的作用图—所示，是微生物检验常用的显微镜，其构造分机械和光学两部分。
机械部分主要包括：．镜筒镜筒长度一般是160mm。
它的上端装有接目镜，下端有回转板。
回转板上一般装有个接物镜。
．载物台载物台是放置标本的平台，中央有一圆孔。
使下面的光线可以通过。
两旁有弹簧夹，用以固定标本或载玻片。
有的载物台上装有自动推物器。
．调节器镜筒内旁有两个螺旋，大的叫粗调节器，小的叫细调节器，用以升降镜筒。
调节接物镜与所需观察的物体之间的距离。
光学部分主要包括：．接目镜一般使用的显微镜具有—个接目镜，其上常刻有“×”、“×”或“×”等数字及符号，意即使用时可放大倍、倍或倍。
观察微生物时常用放大倍或倍的接目镜。
．接物镜接物镜装在回转板上．可分低倍镜、高倍镜和油镜种，其相应的放大倍数常是、(或)(或)。
通常显微镜的放大倍数等于接物镜与接目镜放大倍数的乘积。
例如，用放大倍的接物镜(高倍镜)与放大倍的接目镜时所得的物象的放大倍数为×＝，如果用放大倍的接目镜则放大倍数为×＝。
接目镜装在镜筒上端，在使用过程中并不经常变动，所以通常所谓的低倍镜、高倍镜或油镜的观察主要是指使用不同的接物镜而言的。
油镜的放大倍数最大(或)。
放大倍数这样大的镜头，焦距就很短，直径就很小，所以自标本玻片透过的光线，因介质密度(从玻片至空气，再进入油镜)不同，有些光线因折射或全反射，就不能进入境头，致使射入的光线较少，物象显现不清。
所以为了不使通过的光线有所损失，须在油镜与玻片中间加入和玻璃折射率（）相仿的镜油(香柏油，)。
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细胞质膜
细胞质膜的蛋白质
具运输作用的整合蛋白（integral protein)或内在蛋白（intrinsic protein）
具酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白（ extrinsic protein）
细胞质膜的磷脂
脂类是磷脂，由 磷酸、甘油、脂 肪酸和含胆碱组 成
不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差 异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可 被用于对细菌进行鉴定。
（2）细胞质及内含物
细胞质（cytoplasm)：除核区外的半透明、胶状、颗 粒状物质总称。含水量80％左右。
内含物（inclusion body）：颗粒状构造，如：贮藏 物、气泡等。
(4) 功能：合成蛋白质。
核糖体结构 模式图
贮藏物（reserve materials） 不同化学成分累积成的不溶沉淀颗粒，贮藏营养物。
贮藏物
糖原：E.Coli、芽孢杆菌、蓝细菌等 碳源及能源 PHB：固氮菌、产碱菌、肠杆菌
硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌 氮源： 蓝细菌的藻青素、藻青蛋白 磷源（异染粒）：聚磷菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌
▪ 较小细菌，1998年芬兰学者E.O.Kajander发现引起 尿结石的纳米细菌（Nanobacteria），直径仅 50nm，为E.Coli的1/10，与病毒大小类似。分裂 缓慢，三天才分裂一次，是目前所知最小的具有 细胞壁的细菌。
细菌大小的测量及表示方法如下图所示
利用显微镜测微尺，显微照相后根据放大倍数进行测算
1. 细胞壁（cell wall）
细胞最外一层坚韧厚实的外被， 主要由肽 聚糖构成。 细胞壁的生理功能： 1）维持外形，提高机械强度 2）为细胞生长、分裂、和鞭毛运动必需 3）阻碍大分子有害物质进入细胞 4）赋予抗原性、对抗生素和噬菌体的敏感性
（1）细胞壁的化பைடு நூலகம்组成和结构
丹麦医生C.Gram（革兰） 于1884年 发明的一种鉴别 不同类型细菌的 染色方法。
第三章 原核微生物
原核生物
▪ 指一类细胞核无核膜包裹，只存在称 作核区的裸露DNA的原始单细胞生物
真细菌、古菌、 粘细菌、放线菌
细菌门
原 核 微
衣原体、支原体、立 克次氏体、螺旋体
生
物 蓝细菌门 蓝细菌
3.1 细菌
细菌（Bacteria）
➢细菌是一类细胞细而短（细胞直径约 0.5μm，长度约0.5～5μm）、结构简单、 细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生 性较强的原核微生物
贮藏物
▪ 聚－ß－羟丁酸（PHB）
类脂性质的碳源贮藏物，不溶于水，溶于有机溶 剂，可用尼罗兰或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳源 和降低细胞内渗透压等作用。
Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌）在合适
葡萄球菌
球菌的形态
电镜下的球菌
葡萄球菌
（2）杆菌
细胞呈杆状或圆 柱形，一般其粗 细（直径）比较 稳定，而长度则 常因培养时间、 培养条件不同而 有较大变化。
双杆菌 链杆菌 球杆菌
杆菌的几种形态
杆菌的形态
电镜下的杆菌
乳酸杆菌
梭状芽孢杆菌
（3）螺旋菌
弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌 螺菌（spirillum)：2～6圈小型、坚硬的螺旋状细菌 螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周，体长柔软
根据此染色法，细菌可 分为革兰氏阳性菌和革 兰氏阴性菌
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较
特征 强度 厚度 肽聚糖层数 肽聚糖含量 磷壁酸 脂多糖 脂肪 蛋白质
G– 疏松 薄，5～10nm 少，1～3层 少（10～20％） － ＋ 含量较高 含量较高
G+ 坚韧 厚，20～80nm 多，多达50层 高（50～90％） ＋ － 一般无 无
是给水与废水处理中最重要的一类微生物！
3.1.1 细菌的个体形态和大小
▪ 1.细菌的形态
（1）球状 （2）杆状 （3）螺旋状 （4）丝状（仅有少数）
（1）球菌
根据分裂方向及相互间连 接方式又分为单球菌、双 球菌、链球菌、四联球菌、 八叠球菌、葡萄球菌等。 是分类的一个依据。
右图自上而下： 双球菌、链球菌、四 联球菌、八叠球菌、 葡萄球菌
细胞质主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中
间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等。
核糖体
(1) 化学组成：由核糖核酸（RNA）和蛋白质两种化 学成分组成。
(2) 染色特性：核糖体易被碱性染料染色，在光镜下 细胞质中核糖体丰富的部位嗜碱性较强。
(3) 电镜结构：是近似球形的致密颗粒，直径为 20nm。
霍乱弧菌
螺旋菌
（4）丝状菌
分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。丝 状体是丝状菌分类的特征。
水处理中的丝状菌
2 .细菌的大小
▪ 细菌的大小以µm计， ▪ 如：E.Coli长2 µm，宽0.5 µm ，1500个
相当一粒芝麻长
▪ 较大细菌，1997年在纳米比亚海岸沉积物中发现 的硫细菌（Thiomargarita namibiensis）0.1～ 0.3mm，肉眼可见。
肽聚糖
磷壁酸
磷壁酸
多糖 外膜
肽聚糖
孔
脂质 蛋白质
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较
2. 原生质体
（1）细胞质膜（protoplasmic membrane）
细胞质膜及化学组成：
紧贴在细胞壁内侧，包围细胞质的一层薄膜，柔 软而富有弹性，半渗透膜。
含60％～70％的蛋白质，含30％～40％的脂类， 约2％的多糖。
3.1.2 细菌的细胞结构
▪ 细菌是单细胞微生物。 ▪ 所有细菌的结构：细胞壁，原生质体。
▪ 原生质体包括：细胞质膜，细胞质及其内含物，拟 核
▪ 部分细菌的特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、 菌胶团、衣鞘及光合作用片层
细菌细胞构造模式图
在细菌细胞
内，虽然没有细 胞核，仍然有核 物质，核物质 DNA 盘绕成一团， 用染色方法可以 看到，称拟核。
细胞膜的结构：液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
1）膜主体脂双分 子层 ，亲水基团在 表面，疏水基团在 内部 2）双分子层有流 动性 3）蛋白镶嵌或贯 穿或浮在表面 4）不对称性
1972年，辛格和尼科尔森提出该模型
细胞质膜的生理功能
1）选择运输 2）维持渗透压 3）合成细胞壁和糖被重要基地 4）细胞产能场所 5）鞭毛基体着生点和旋转供能