微生物的生长繁殖与生存因子

1、通过形成无性孢子、有性孢子或裂殖使微生通过形成无性孢子、有性孢子或裂殖使微生 物个体数增加叫繁殖。物个体数增加叫繁殖。 指一定生长时间微生物所表现出的生长特指一定生长时间微生物所表现出的生长特 征，而不指细菌年龄。征，而不指细菌年龄。 细菌两次细胞分裂之间的时细菌两次细胞分裂之间的时 间，称为世代时间。间，称为世代时间。 大肠杆菌的世代时间为大肠杆菌的世代时间为 17min左右，专性左右，专性 厌氧菌的世代时间多数比好氧菌的长，如嗜树木甲烷厌氧菌的世代时间多数比好氧菌的长，如嗜树木甲烷 杆菌的世代时间为杆菌的世代时间为67d，CO2还原菌的世代时间为还原菌的世代时间为 2d。 微生物种类不同、

2、环境条件不同，世代时间不同。微生物种类不同、环境条件不同，世代时间不同。 一种微生物在实验室培养条件下与在自然条件中或在一种微生物在实验室培养条件下与在自然条件中或在 污水、有机固体废弃物生物处理构筑物中的世代时间污水、有机固体废弃物生物处理构筑物中的世代时间 不同。不同。 由于微生物个体小，研究它们的生长有困难，所以多由于微生物个体小，研究它们的生长有困难，所以多 数通过培养研究其群体生长。数通过培养研究其群体生长。 培养方法种类：培养方法种类：分批培养和连续培养两种。分批培养和连续培养两种。 将将一定量的微生物一定量的微生物接种在接种在一个封闭一个封闭的、的、 盛有盛有一定量液体培养基一定

3、量液体培养基的容器内，保持一定的温度、的容器内，保持一定的温度、pH pH 和和 溶解氧量，微生物在其中生长繁殖。溶解氧量，微生物在其中生长繁殖。 细菌生长曲线：细菌生长曲线：将少量细菌接种到新鲜的、定量的液将少量细菌接种到新鲜的、定量的液 体培养基中进行分批培养，定时取样体培养基中进行分批培养，定时取样( (例如，每例如，每2h2h取样取样1 1次次) ) 计数。以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标，计数。以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标， 以培养时间为横坐标，连接坐标系上各点成一条曲线，即以培养时间为横坐标，连接坐标系上各点成一条曲线，即 细菌的生长曲线。细菌的生长曲线

4、。 细菌的生长曲线反映微生物的数量细菌的生长曲线反映微生物的数量由少变多由少变多，达到高峰后又由多变少达到高峰后又由多变少，到，到死亡死亡的变的变 化规律。化规律。 细菌的生长曲线图细菌的生长曲线图 图图5-1 5-1 细菌的生长曲线细菌的生长曲线 备注：备注： 停滞期停滞期 加速期加速期 对数期对数期 减速期减速期 静止期静止期 衰亡期衰亡期 细菌纯培养细菌纯培养 l插入页图 停停 滞滞 期期 对对 期期 数数 静止期 静静 止止 期期 衰衰 亡亡 期期 （细菌纯种培养）（细菌纯种培养） （）有的产生适应酶，有的死亡。（）有的产生适应酶，有的死亡。 （）生长繁殖缓慢，分裂迟缓。（）生长繁殖缓

5、慢，分裂迟缓。 （）生长曲线微微增加。（）生长曲线微微增加。 （）菌种、世代时间（）菌种、世代时间 （）接种量（）接种量 （）接种群体菌龄（）接种群体菌龄 （）营养（）营养 停 滞 期 l（）（）代谢活力最强代谢活力最强，合成物质速度最快，细菌生长，合成物质速度最快，细菌生长 旺盛。旺盛。 l（）（）增殖速度最快增殖速度最快，细菌数量以几何级数增加。，细菌数量以几何级数增加。 2 2n n.n.n为细菌分裂的代数。为细菌分裂的代数。 l（）（）营养物质充分营养物质充分，各细胞形态正常，大小一致。，各细胞形态正常，大小一致。 l（）（）有毒代谢产物积累不多有毒代谢产物积累不多，对生长繁殖影响小，

6、对生长繁殖影响小， 细菌很少死亡或不死亡。细菌很少死亡或不死亡。 l如要保持对数生长，需要定时、定量加入营养物、如要保持对数生长，需要定时、定量加入营养物、 排除代谢产物。排除代谢产物。 l教学试验和发酵工业都用对数期的细胞做试验材教学试验和发酵工业都用对数期的细胞做试验材 料。料。 对 期 数 l式中：式中： G细菌代时细菌代时 n繁殖代数繁殖代数 t0 对数期开始时间对数期开始时间 tx对数期后期时间对数期后期时间 N0对数期开始（对数期开始（t0）时细菌数，）时细菌数，CFU/mL Nx对数期后期（对数期后期（tx）时的细菌数，）时的细菌数，CFU/mL G= 0.301(tx t0)

7、lg Nx -lg N0 tx t0 n l假设：假设： t0 时的细菌总数（时的细菌总数（N0）为）为103CFU/mL，培养，培养10h后，细后，细 菌总数（菌总数（Nx）为）为109CFU/mL，计算代时（，计算代时（G）：）： 由计算得知：繁殖一代细菌需要由计算得知：繁殖一代细菌需要30min30min的时间。的时间。 l（）新生的细胞数和死亡的细胞数相当，细菌总（）新生的细胞数和死亡的细胞数相当，细菌总 数达到最大值。数达到最大值。 l（）体内积累物质最多（荚膜菌形成荚膜、芽孢（）体内积累物质最多（荚膜菌形成荚膜、芽孢 杆菌形成芽孢，积累储存物质，如异染粒、聚杆菌形成芽孢，积累储存物

8、质，如异染粒、聚羟基羟基 丁酸、肝糖、脂肪粒、淀粉粒等）。丁酸、肝糖、脂肪粒、淀粉粒等）。 l（）营养物质消耗，有毒物质积累。（）营养物质消耗，有毒物质积累。 l乳酸菌，在发酵中产乳酸，使乳酸菌，在发酵中产乳酸，使 pH 下降，到下降，到 某一程度，对乳酸菌产生抑制危害。某一程度，对乳酸菌产生抑制危害。 l酵母菌在代谢中产热，温度升高，酶受到酵母菌在代谢中产热，温度升高，酶受到 影响，生长不适，死亡增加。影响，生长不适，死亡增加。 静 止 期 l （1）营养物被耗尽）营养物被耗尽有毒代谢产物大量积累。有毒代谢产物大量积累。 l（2）死亡率大于繁殖率）死亡率大于繁殖率活细菌数减少。活细菌数减少。

9、 l（3）菌体多形态）菌体多形态畸形、衰退形，有的产生芽孢。畸形、衰退形，有的产生芽孢。 l （4）进行内源呼吸）进行内源呼吸因外界营养缺乏，只能消耗自因外界营养缺乏，只能消耗自 身储藏物质进行内源呼吸，消耗完后死亡。身储藏物质进行内源呼吸，消耗完后死亡。 l（5）出现自溶现象）出现自溶现象有的微生物体内产生溶解酶，有的微生物体内产生溶解酶， 使细胞溶解。使细胞溶解。 衰 亡 期 活性污泥中微生物的生长规律和纯菌种的一致，它们的生活性污泥中微生物的生长规律和纯菌种的一致，它们的生 长曲线相似。一般将它划分为三个阶段：长曲线相似。一般将它划分为三个阶段： * * 生长上升阶段（包括加速期、对数期

10、生长上升阶段（包括加速期、对数期 ） * * 生长下降阶段（包括减速期、静止期）生长下降阶段（包括减速期、静止期） * *内源呼吸阶段（即衰亡期）内源呼吸阶段（即衰亡期） 活性污泥法中的序批式间歇曝气器活性污泥法中的序批式间歇曝气器(SBR)(SBR)是将分批培养的是将分批培养的 原理应用于污水生物处理。原理应用于污水生物处理。SBRSBR中活性污泥的生长规律与纯菌种中活性污泥的生长规律与纯菌种 的类似。的类似。 l连续培养连续培养和和两种。两种。 是一种使培养液中细菌的浓度恒定，是一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控以浊度为控 制指标的培养方式。按试验目的，首先确定培养液的制指标的培养方

11、式。按试验目的，首先确定培养液的 浊度保持在某一恒定值上。通过调节进水（含一定浓浊度保持在某一恒定值上。通过调节进水（含一定浓 度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的 浊度计测定）。以加大或降低进水流速保持培养液中浊度计测定）。以加大或降低进水流速保持培养液中 细菌恒定浊度。主要用于发酵工业，以获得大量的菌细菌恒定浊度。主要用于发酵工业，以获得大量的菌 体和有经济价值的代谢产物。体和有经济价值的代谢产物。 是维持进水中的营养成分恒定，是维持进水中的营养成分恒定，以恒定以恒定 流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌流速进水，以相同流速流出代

12、谢产物，使细菌 处于最高生长速率状态的培养方式。处于最高生长速率状态的培养方式。 适用于：适用于：恒化连续培养法尤其适用于污恒化连续培养法尤其适用于污 （废）水生物处理。除了（废）水生物处理。除了 SBR 法外，其余的法外，其余的 污水生物处理均采用恒化连续培养。污水生物处理均采用恒化连续培养。 图图 5-2 5-2 单级连续流曝气池单级连续流曝气池 F F：物料，：物料，S Si i：入流基质，：入流基质，S Se e：出流基质，：出流基质， N Nm m ：生物物质（细菌数）； ：生物物质（细菌数）；V V：曝气池容积：曝气池容积 在废水生物处理的连续运行过程中，在废水生物处理的连续运行过

13、程中， 活性污泥中的微生物生长规律与分批培活性污泥中的微生物生长规律与分批培 养时的规律不同。养时的规律不同。它只能是分批培养生它只能是分批培养生 长曲线的某一生长阶段。长曲线的某一生长阶段。或对数期、静或对数期、静 止期、衰亡期。止期、衰亡期。 l由多种多样的好氧微生物和由多种多样的好氧微生物和 兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与 污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在 一起，形成的黄褐色絮状体或绒粒，菌胶团为一起，形成的黄褐色絮状体或绒粒，菌胶团为 其结构和功能中心。其结构和功能中心。 利用人工培养的呈

14、黄褐色絮利用人工培养的呈黄褐色絮 凝状的微生物群体（活性污泥），将污水中呈凝状的微生物群体（活性污泥），将污水中呈 溶解状溶解状和和胶体状胶体状的有机物分解转化为稳定的无的有机物分解转化为稳定的无 机物的污水生物处理方法。机物的污水生物处理方法。 l污水污水 处理水处理水 曝气池曝气池 二次沉二次沉 淀池淀池 污泥回流 剩余污泥 项目生长上升阶段 （对数期） 生长下降阶段 （静止期） 内源呼吸阶段 （衰亡期） 营养物（ F ）F/M 2.2 F 充足,过量 F/M0.12.2 F 不足 F/M0.1 F 少,污泥量少 细菌量（ M ） 几何级数增加呈下降趋势、增长慢零或负增长 制约关系l与 F

15、 无关， 0 级反应 l与 M 有关， 1 级反应 F 制约 M,1 级反应F 严重制约 M 污泥沉降性能活性污泥能量高，不易获得 良好絮凝体，沉降性不好。 较好，范德化引力占优势； 形成荚膜、菌胶团；易形成 絮凝体，吸附、凝聚力强。 好 出水水质不好，细菌多、有机物多。较好， SS 低。好， SS 低。 应用 （）高负荷活性污泥法 （2）AB法的A段 （）常规活性污泥法 （）生物吸附法 （）高负荷活性污泥法 （）延时曝气法 （）氧化沟法 图图5-4 5-4 微生物代谢速率与微生物代谢速率与F F/ /M M的关系的关系 微生物代谢速率与微生物代谢速率与F F/ /M M的关系的关系 l插入页

16、图 1.5-5 图图5-5 5-5 活性污泥的生长曲线及其应用活性污泥的生长曲线及其应用 活性污泥生长曲线四个时期；活性污泥生长曲线四个时期； 常规活性污泥法；常规活性污泥法； 生物吸附法；生物吸附法； 高负荷活性污泥法；分散曝气；高负荷活性污泥法；分散曝气； 延时曝气延时曝气 常规活性污泥法利用静止期的理由：常规活性污泥法利用静止期的理由： 为什么常规活性污泥法不利用对数期的微生物而利用静止为什么常规活性污泥法不利用对数期的微生物而利用静止 期？期？ 对数期：对数期： 要求有机物浓度高要求有机物浓度高因对数期的微生物生长因对数期的微生物生长 繁殖快，代谢活力强，大量吸收废水中有机物。相应要求

17、进水繁殖快，代谢活力强，大量吸收废水中有机物。相应要求进水 有机物浓度高，导致出水的绝对值相应提高，不易达到排放标有机物浓度高，导致出水的绝对值相应提高，不易达到排放标 准；准；凝聚沉淀性能差凝聚沉淀性能差又因对数期的微生物生长繁殖旺盛，又因对数期的微生物生长繁殖旺盛， 细菌的黏液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成细菌的黏液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成 菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差。菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差。 静止期：静止期： 仍有较高活力降解有机物仍有较高活力降解有机物虽然静止期的微虽然静止期的微 生物代谢活力比对数期的差，但仍有相当的代谢活力，去除

18、有生物代谢活力比对数期的差，但仍有相当的代谢活力，去除有 机物的效果仍较好；机物的效果仍较好； 絮凝沉淀效果好絮凝沉淀效果好最大特点是微生物最大特点是微生物 积累大量贮存物，如：异染粒、聚积累大量贮存物，如：异染粒、聚羟基丁酸、黏液层和荚羟基丁酸、黏液层和荚 膜等。强化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力膜等。强化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力 强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。 延时曝气法利用衰亡期延时曝气法利用衰亡期 在污（废）水在污（废）水BODBOD5 5/ /CODCODCr Cr 0.30.3时，不用静止期的微

19、生物，而利用衰时，不用静止期的微生物，而利用衰 亡期微生物，用延时曝气法处理低浓度有机污（废）水，其原因是：低亡期微生物，用延时曝气法处理低浓度有机污（废）水，其原因是：低 浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理污（废）水的效果浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理污（废）水的效果 不会好。若采用延时曝气法，延长曝气时间在不会好。若采用延时曝气法，延长曝气时间在8h8h以上以上，甚至，甚至24h24h，延长水，延长水 力停留时间，适当增大进水量，提高有机负荷，才能满足微生物的营养力停留时间，适当增大进水量，提高有机负荷，才能满足微生物的营养 要求。从而取得较好的处理效果要求。从

20、而取得较好的处理效果 。 （）计数器直接计数（）计数器直接计数 （2）电子计数器计数）电子计数器计数 （3）涂片染色法）涂片染色法 （）比浊法（）比浊法 方法：方法： 利用特定的细利用特定的细 菌计数板或血球计菌计数板或血球计 数板，在显微镜下数板，在显微镜下 计算一定容积里样计算一定容积里样 品中微生物的数量。品中微生物的数量。 缺点：缺点： 只能计数细菌数，只能计数细菌数， 不能区分死活菌。不能区分死活菌。 适于：适于：细菌、酵母菌、细菌、酵母菌、 藻类和原生动物藻类和原生动物 计数室：计数室：面积面积1mm2、高度、高度0.1mm；有；有400个计数小格；个计数小格； 计数格：计数格：

21、1mm2又分成又分成25(或或16格格)中格，中格， 每中格又分每中格又分16小格小格(或或25格格)。 计数方法：计数方法： 数个数数个数：将稀释的样品滴在计数板上，盖上盖玻片，在显 将稀释的样品滴在计数板上，盖上盖玻片，在显 微镜下计算微镜下计算45个中格的细菌数，求出每个小格个中格的细菌数，求出每个小格 的细菌数。的细菌数。 计算每计算每ml样品的细菌数：样品的细菌数： 细菌数细菌数(样品样品/ml) =每小格细菌平均数每小格细菌平均数400 1000稀释倍数稀释倍数 （2）电子计数器计数电子计数器计数 适于：适于：较大的微生物如原生动物、藻类和非丝状的酵母菌较大的微生物如原生动物、藻类

22、和非丝状的酵母菌 原理：原理：在一个小孔的两侧各放置一个电极，通电后，若有物体通过，在一个小孔的两侧各放置一个电极，通电后，若有物体通过， 电阻会发生变化。当细胞悬液通过小孔时，每通过一个细胞，电阻电阻会发生变化。当细胞悬液通过小孔时，每通过一个细胞，电阻 就会增加（或电导率下降）并产生一个信号，计数器就对该细胞自就会增加（或电导率下降）并产生一个信号，计数器就对该细胞自 动计数一次。动计数一次。 优点优点：精确：精确 缺点缺点：受微小颗粒和丝状物干扰：受微小颗粒和丝状物干扰 （3）涂片染色法）涂片染色法 方法：方法：用用0.01ml吸管吸取定量稀释的细菌吸管吸取定量稀释的细菌 悬液均匀涂布于

23、刻有悬液均匀涂布于刻有1cm2面积的计数板面积的计数板 上，经固定染色后，在显微镜下观察几个上，经固定染色后，在显微镜下观察几个 视野并计数，取平均值，再按下式计算每视野并计数，取平均值，再按下式计算每 毫升原液的细菌数：毫升原液的细菌数： 每每ml原菌液的细菌数视野中的平均菌数原菌液的细菌数视野中的平均菌数1cm2/视野面积视野面积100稀释倍数稀释倍数 （）比浊法测定细菌悬液细菌数（）比浊法测定细菌悬液细菌数 原理：原理：单细胞微生物的悬液浓度与浊度成正比，与单细胞微生物的悬液浓度与浊度成正比，与 光密度（光密度（OD）成反比。细胞数越多，透光度越小。）成反比。细胞数越多，透光度越小。 方

24、法：方法： 用分光光度计测定菌悬液的光密度或透光度；用分光光度计测定菌悬液的光密度或透光度； 用浊度计测菌悬液的浊度。用浊度计测菌悬液的浊度。 计算：计算：将未知细胞数的菌悬液和已知细胞数的菌悬液相比，将未知细胞数的菌悬液和已知细胞数的菌悬液相比， 可求出未知菌悬液所含的细胞数。可求出未知菌悬液所含的细胞数。 4.2 测定活细菌数测定活细菌数 （1）液体稀释培养计数液体稀释培养计数 （2）过滤计数过滤计数 （3）菌落计数菌落计数 （1）液体稀释培养计数）液体稀释培养计数 适于：适于：生长较慢的细菌，如硝化细菌、铁细菌和硫酸生长较慢的细菌，如硝化细菌、铁细菌和硫酸 盐还原菌等。盐还原菌等。 方法

25、：方法：以以MPN法法(最大可能数法最大可能数法)直接用液体培养基稀释样品，直接用液体培养基稀释样品， 每个稀释度每个稀释度35管，置于培养箱内培养管，置于培养箱内培养12周，取出观察周，取出观察 和计数。以它的阳性管（培养基浑浊）数对照检索表查得和计数。以它的阳性管（培养基浑浊）数对照检索表查得 细菌数。细菌数。 （2）过滤计数）过滤计数 适于适于：含菌量少的水样，如饮用水中的大肠菌群数的测：含菌量少的水样，如饮用水中的大肠菌群数的测 定。定。 方法：方法：用用0.45m的滤膜过滤，将膜置于已倒好的平板上培养得到的滤膜过滤，将膜置于已倒好的平板上培养得到 生长的菌落，计数。生长的菌落，计数。

26、 (3)菌落计数菌落计数 平板菌落计数（平板菌落计数（CFU）：）：单位容量中的细菌均匀分单位容量中的细菌均匀分 布在营养琼脂平板上面生长的菌落形成单位数。布在营养琼脂平板上面生长的菌落形成单位数。 平板菌落计数平板菌落计数 计算：计算：每每ml原菌液活菌数同一稀释度三皿平均菌落数原菌液活菌数同一稀释度三皿平均菌落数稀释倍数稀释倍数5 0.2ml l（）测细胞干重法（）测细胞干重法 在环境工程中用得较多，如测曝气池的混合液悬在环境工程中用得较多，如测曝气池的混合液悬 浮固体（浮固体（MLSSMLSS）或混合液挥发性悬浮固体（）或混合液挥发性悬浮固体（MLVSSMLVSS）。）。 l（）测（）测

27、 N 法法 l（）测（）测 DNA 法法 l（）生理指标法（）生理指标法 一、温度一、温度 温度是微生物的重要生存因子，在适宜的温度范围内，温度是微生物的重要生存因子，在适宜的温度范围内， 温度每提高温度每提高1010，酶促反应速率将提高，酶促反应速率将提高 l l2 2倍，微生物的代倍，微生物的代 谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养温度使微生物以谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养温度使微生物以 最快的生长速率生长。过低或过高的温度均会降低代谢速率及最快的生长速率生长。过低或过高的温度均会降低代谢速率及 生长速率。生长速率。 在适宜的温度范围内微生物能大量生长繁殖。根据一般微生物在

28、适宜的温度范围内微生物能大量生长繁殖。根据一般微生物 对温度对温度( (t t) )的最适生长需求，划分为的最适生长需求，划分为四类微生物：四类微生物： * * 嗜冷菌嗜冷菌 * * 嗜中温菌嗜中温菌 * * 嗜热菌嗜热菌 * * 嗜超热菌嗜超热菌 （1）影响微生物的生长速率）影响微生物的生长速率 微生物最低最适 最高 嗜冷细菌50 510 2030 嗜中温细菌 510 2540 4550 嗜热细菌 30 5060 7080 嗜超热细菌 55 以上 70105 110113 原生动物 1625 3743（少数可在60 中生存） 藻类 2830 污水处理中微生物 30 左右 高温对微生物有致死作

29、用，使酶失高温对微生物有致死作用，使酶失 活、蛋白质凝固变性，可利用高温杀菌。活、蛋白质凝固变性，可利用高温杀菌。 利用高温、物理因素、化学利用高温、物理因素、化学 因素杀死微生物所有细胞、孢子。因素杀死微生物所有细胞、孢子。 杀死微生物营养细胞和部分杀死微生物营养细胞和部分 饱子，是杀死或消除所有病源菌的措施。饱子，是杀死或消除所有病源菌的措施。 注意灭菌和消毒的区别注意灭菌和消毒的区别 在干燥箱中，利用热空气在干燥箱中，利用热空气 灭菌，通常在灭菌，通常在 160 温度下处温度下处 理理 2h可达灭菌目的。可达灭菌目的。 流通蒸汽，常压，流通蒸汽，常压， 100 ， 1530min ，杀死

30、营养细胞，冷，杀死营养细胞，冷 却却,2837 过夜，芽饱萌发，再反过夜，芽饱萌发，再反 复两次，杀死所有芽饱和营养细胞。复两次，杀死所有芽饱和营养细胞。 蒸汽压力蒸汽压力 0.1mpa（ 1.05kg/cm2），）， 温度温度 121.6 ,1520min，杀死所有芽饱，杀死所有芽饱 和营养细胞。和营养细胞。 干热灭菌干热灭菌 灼烧灼烧 干热烘烤干热烘烤 湿热灭菌湿热灭菌 高温间歇灭菌高温间歇灭菌 高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌 用于接种工具、实验动物用于接种工具、实验动物 尸体处理等。尸体处理等。 6366 ， 30min或或 71 ,15min，迅速冷却。，迅速冷却。 杀死其中可能存在的病源菌

31、如结核杆菌、伤杀死其中可能存在的病源菌如结核杆菌、伤 寒杆菌。寒杆菌。 ：处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养与风味处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养与风味。 物品在水中煮沸物品在水中煮沸 15 min以上，可杀灭细菌的以上，可杀灭细菌的 所有营养细胞和一部分芽孢。所有营养细胞和一部分芽孢。 杀死病源微生物。杀死病源微生物。 注射器、解剖用具等的消毒。注射器、解剖用具等的消毒。 低温对嗜中温和高温的微生物生长不低温对嗜中温和高温的微生物生长不 利，使微生物代谢活性下降，抑制微生物生长，一般不利，使微生物代谢活性下降，抑制微生物生长，一般不 致死。如冰箱保鲜。致死。如冰箱保鲜。 当温度过低，水在细胞内

32、结冰膨胀，破坏细胞当温度过低，水在细胞内结冰膨胀，破坏细胞 结构，使细胞死亡。结构，使细胞死亡。 a. 具备更有效地催化反应的酶具备更有效地催化反应的酶 b. 主动运输的功能良好，能有效地集中必须的营养主动运输的功能良好，能有效地集中必须的营养 物。物。 . 细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能 保持半流动性。保持半流动性。 l不同的微生物要求不同的不同的微生物要求不同的 pH l微生物种类微生物种类 最适最适pHpH l细菌细菌6.56.57.5 7.5 （菌胶团生长良好）（菌胶团生长良好） l放线菌放线菌7.07.08.08.0 l酵母菌、霉

33、菌酵母菌、霉菌 3 36 6 （适于处理（适于处理pHpH值较低的工业废水）值较低的工业废水） l藻类、原生动物藻类、原生动物 6.56.57.57.5 l曝气池中维持曝气池中维持 6.56.58.58.5 l有机固体废弃物有机固体废弃物 5 58 8 几种微生物的生长最适几种微生物的生长最适pHpH和和pHpH范围范围 表表5-7 5-7 几种微生物的生长最适几种微生物的生长最适pHpH和和pHpH范围范围 微微 生生 物物 种种 类类 pHpH 最低最低最适最适最高最高 褐球固氮菌（褐球固氮菌（Azotobacter chroococcumAzotobacter chroococcum）

34、大肠埃希氏菌（大肠埃希氏菌（Escherichia coliEscherichia coli） 放线菌（放线菌（Actinomyces Actinomyces sp.sp.） 霉菌（霉菌（mold fungusmold fungus） 酵母菌（酵母菌（yeastyeast） 小眼虫小眼虫（Euglena gracilisEuglena gracilis） 草履虫（草履虫（Paramaccum Paramaccum sp.sp.） 4.54.5 4.54.5 5.05.0 2.52.5 1.51.5 3.03.0 5.35.3 7.47.47.67.6 7.27.2 7.07.08.08.0 3

35、.83.86.06.0 3.03.06.06.0 6.66.66.76.7 6.76.76.86.8 9.09.0 9.09.0 10.010.0 8.08.0 10.010.0 9.99.9 8.08.0 嗜酸微生物嗜酸微生物最低最低pHpH最适最适pHpH最高最高pHpH 细菌细菌 （BacteriaBacteria） 氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 （Thiobacillus prosperusThiobacillus prosperus） （Thiobacillus thiooxidaThiobacillus thiooxida） 艾氏硫杆菌艾氏硫杆菌 （Thiobacillus alber

36、tisThiobacillus albertis) ) 铁氧化钩端螺旋菌铁氧化钩端螺旋菌 （Leptospirillum ferrooxidansLeptospirillum ferrooxidans） 热氧化硫化杆菌热氧化硫化杆菌 ( (SulfobacillusthermosulfidooxidansSulfobacillusthermosulfidooxidans） 嗜酸硫杆菌嗜酸硫杆菌 （Thiobacillus acidophilusThiobacillus acidophilus） （Thiobacillus cuprinusThiobacillus cuprinus） 古菌古菌

37、（ArchaeaArchaea） 嗜酸热原嗜酸热原体体 （Thermoplasma acidophilumThermoplasma acidophilum） 下层酸双面菌下层酸双面菌 （Acidianus infernus Acidianus infernus ） 勤奋生金球菌勤奋生金球菌 （Metallosphaera sedulaMetallosphaera sedula） 嗜酸热硫化叶菌嗜酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldariusSulfolobus acidocaldarius） 依赖热丝菌依赖热丝菌 （Thermofilum pendensThermofilu

38、m pendens） 顽固热变形菌顽固热变形菌 （Thermoproteus tenaxThermoproteus tenax） 隐蔽热网菌隐蔽热网菌 （Pyrodictium occultumPyrodictium occultum） （Thermodiscus maritimusThermodiscus maritimus） 1.0 1.0 1 1 2 2 1.51.5 1.11.1 2 2 3 3 0.50.5 1 1 1.01.0 1 1 4.04.0 2.52.5 5 5 5 5 3.03.0 2.52.53.03.0 2 2 4 4 6 6 5 56.56.5 5.55.5 5.5

39、5.5 4 4 4 4 4.04.0 5.05.0 4 4 4 4 4 4 6 6 4.54.5 6 6 6.76.7 6 6 7 7 7 7 表表5-8 5-8 几种嗜酸微生物几种嗜酸微生物 l R lNH2 C COO- + Na+ + H2O l H l 营养 l 微生物 l R lNH3+ C COOH+ Cl- l H l + l l 营养 l 微生物 由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，会改变培由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，会改变培 养基养基 pH 值，如用（值，如用（ NH )SO作 作N源，当源，当NH + 被细菌 被细菌 吸收合成氨基酸和蛋白质后，剩下吸收合成氨基酸和蛋

40、白质后，剩下 SO42-使使 pH 下降。下降。 为了维持培养基为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种值的相对恒定，通常采用下列两种 方式：方式： 内源调节：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂（如在培养基里加一些缓冲剂（如K2HPO4和和 KH2PO4）或不溶性的碳酸盐（如）或不溶性的碳酸盐（如 CaCO3 ）；调节培养基）；调节培养基 的酸碱度。的酸碱度。 外源调节：外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。 pH值的调节值的调节 O l细胞 CH3COH l在酸性中未离子化在酸性中未离子化 l l O l CH3 C O- 在中性或碱性中离子

41、化在中性或碱性中离子化 为什么污为什么污( (废废) )水生物处理的水生物处理的pHpH宜维持在宜维持在pH6.5pH6.5以上？以上？ 污污( (废废) )水生物处理的水生物处理的pHpH宜维持在宜维持在pH6.5pH6.5以上至以上至8.58.5左右的环境，是因左右的环境，是因 为在为在pH6.5pH6.5以下以下的酸性环境的酸性环境不利于不利于细菌和原生动物生长，对菌胶团细菌细菌和原生动物生长，对菌胶团细菌不不 利利。有利于霉菌和酵母菌繁殖，然而霉菌不像细菌那样分泌黏性物质于。有利于霉菌和酵母菌繁殖，然而霉菌不像细菌那样分泌黏性物质于 细胞外，其吸附能力和絮凝性能不如菌胶团，如果霉菌的数

42、量在活性污细胞外，其吸附能力和絮凝性能不如菌胶团，如果霉菌的数量在活性污 泥中占优势，会造成活性污泥的结构松散，不易沉降，甚至导致活性污泥中占优势，会造成活性污泥的结构松散，不易沉降，甚至导致活性污 泥丝状膨胀，就会降低活性污泥整体处理效果，出水水质下降。泥丝状膨胀，就会降低活性污泥整体处理效果，出水水质下降。 （）影响酶的活性以及对高温的抵抗力（）影响酶的活性以及对高温的抵抗力 培养微生物过程中培养微生物过程中pHpH变化变化 在培养微生物时，由于微生物的生长繁殖和代谢活动使培养基的在培养微生物时，由于微生物的生长繁殖和代谢活动使培养基的pHpH 由碱性变酸性，或由酸性变碱性，由碱性变酸性，

43、或由酸性变碱性， 原因多方面：原因多方面： * * 分解葡萄糖、乳糖产生有机酸，导致培养基的分解葡萄糖、乳糖产生有机酸，导致培养基的pHpH下降，变酸性。如，下降，变酸性。如， 大肠杆菌在大肠杆菌在pH7.2pH7.27.67.6的培养基中生长。的培养基中生长。 * * 含蛋白质、蛋白胨及氨基酸的培养基经微生物分解，脱氨基作用，含蛋白质、蛋白胨及氨基酸的培养基经微生物分解，脱氨基作用， 产生产生NHNH3 3和胺类碱性物质，培养基和胺类碱性物质，培养基 pHpH上升。上升。 * * 由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，也会改变培养基的由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，也会改变培养基的 pHp

44、H。如，。如， 用用(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4作氮源，当作氮源，当NHNH4 4 被菌体吸收用于合成氨基酸和蛋白质后，剩 被菌体吸收用于合成氨基酸和蛋白质后，剩 下下SOSO4 42 2 会使 会使pHpH下降；尿素经细菌分解产生下降；尿素经细菌分解产生NHNH3 3，会使培养基的，会使培养基的pHpH上升；用上升；用 NaN0NaN03 3作氮源时，作氮源时，NONO3 3 被吸收后，培养基的 被吸收后，培养基的 pHpH上升。上升。 在配培养基时，要加入在配培养基时，要加入NaHCNaHCO O3 3、KHKH2 2POPO4 4或或K K2 2HPHP4 4等缓冲性物质

45、。等缓冲性物质。 污水处理中污水处理中pHpH的调节的调节 城市生活污水、污泥中含蛋白质，在生物处理时可不加缓冲性物质。城市生活污水、污泥中含蛋白质，在生物处理时可不加缓冲性物质。 其他废水如果不含蛋白质、氨等物质时，处理之前就要投加缓冲物质。其他废水如果不含蛋白质、氨等物质时，处理之前就要投加缓冲物质。 若是连续运行，不但在运行之前，而且在运行期间也要注意投加缓冲物若是连续运行，不但在运行之前，而且在运行期间也要注意投加缓冲物 质。所加的缓冲物质有质。所加的缓冲物质有NaHCONaHCO3 3、Na2CONa2CO3 3、NaOHNaOH、NHNH4 4OHOH和和NHNH3 3， ，以 以

46、NaHCONaHCO3 3为佳为佳。 霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。酸性工业废水可用酸性工业废水可用 霉菌和酵母菌处理，不需用碱调节霉菌和酵母菌处理，不需用碱调节 pHpH，节省运行费用，节省运行费用。霉菌和酵母菌。霉菌和酵母菌可可 能引起活性污泥丝状膨胀，可通过改革工艺来解决能引起活性污泥丝状膨胀，可通过改革工艺来解决，例如，可采用生物，例如，可采用生物 膜法（如生物滤池和生物转盘），或接触氧化法，或将二沉池改为气浮膜法（如生物滤池和生物转盘），或接触氧化法，或将二沉池改为气浮 池等。池等。 氧化环境具有正电位：氧化环境具有正电位： Eh 越

47、高，越高， O2含量越多，含量越多， 自然界上限自然界上限 +820 mV 。 l 还原环境具有负电位：还原环境具有负电位： l 各种微生物要求氧化还原电位不同。各种微生物要求氧化还原电位不同。 l 污水处理中：污水处理中： l 好氧微生物要求好氧微生物要求 Eh 为为 +300+400 mV 。 l 专性厌氧细菌（产甲烷菌）要求专性厌氧细菌（产甲烷菌）要求 Eh 为为-200 -250 mV 。 l 好氧活性污泥系统中好氧活性污泥系统中 Eh 在在 +200 +600 mV 为正常。为正常。 l氧分压越高， Eh 越高。 l氧分压越低， Eh 越低。 lpH Eh ; pH Eh 即溶于水的

48、氧。氧在水中的溶解度与水温、即溶于水的氧。氧在水中的溶解度与水温、 大气压有关。水温低，氧的溶解度大；水温高，氧的溶解大气压有关。水温低，氧的溶解度大；水温高，氧的溶解 度小。夏季水缺氧，丝状细菌繁殖多，造成活性污泥丝状度小。夏季水缺氧，丝状细菌繁殖多，造成活性污泥丝状 膨胀。膨胀。 好氧微生物好氧微生物 厌氧微生物厌氧微生物 兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物 好氧微生物好氧微生物 微量好氧微生物微量好氧微生物 耐氧厌氧微生物耐氧厌氧微生物 专性厌氧微生物专性厌氧微生物 根据微生物与氧的关系分类根据微生物与氧的关系分类 * * 专性好氧微生物专性好氧微生物（SODSOD+ +；H H2 2O O2

49、 2酶酶+ +）在氧分压）在氧分压 0.210.21101kPa101kPa的条件下生长繁殖良好。的条件下生长繁殖良好。 * * 微量好氧微生物微量好氧微生物（SODSOD+ +；H H2 2O O2 2酶酶+/-+/-）在氧分压）在氧分压 （0.0030.0030.20.2）101kPa101kPa的条件下生长繁殖良好。的条件下生长繁殖良好。（如贝日阿托氏菌、（如贝日阿托氏菌、 发硫菌、浮游球衣菌、游泳型纤毛虫、线虫等）发硫菌、浮游球衣菌、游泳型纤毛虫、线虫等） * * 耐氧厌氧菌耐氧厌氧菌（SOD+SOD+；H H2 2O O2 2酶酶- -） * * 专性厌氧微生物专性厌氧微生物（SOD

50、-SOD-；H H2 2O O2 2酶酶- -）只能在无氧条件下生长；）只能在无氧条件下生长； 在氧分压小于在氧分压小于0.0050.005101kPa101kPa的琼脂表面生长。的琼脂表面生长。 * * 兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物 兼性好氧（兼性好氧（SOD+SOD+；H H2 2O O2 2酶酶+ +） 既可在有氧条件既可在有氧条件 下，又可在无氧条件下生长。下，又可在无氧条件下生长。 这五种类型微生物对氧的不同反应，见后图。这五种类型微生物对氧的不同反应，见后图。 （O2） 溶解氧溶解氧 兼性厌氧菌兼性厌氧菌 210 好氧菌好氧菌 等于或等于或 大于大于 20 专性厌氧专性厌氧 不需氧

51、、不需氧、 有氧死亡有氧死亡 耐氧型耐氧型 2以下以下 微好氧微好氧 有氧或有氧或 无氧无氧 氧浓度氧浓度 需求需求 氧含量变化氧含量变化 在有在有O2条件下才能生长，进条件下才能生长，进 行有氧呼吸，以行有氧呼吸，以O2作为最终电子受体。分为作为最终电子受体。分为专专 性好氧微生物性好氧微生物和和微量好氧微生物：微量好氧微生物： 专性好氧微生物专性好氧微生物在氧分压为在氧分压为0.2101kPa 生长良好。生长良好。 微量好氧微生物微量好氧微生物在氧分压为（在氧分压为（0.0030.2） 101kPa生长良好。生长良好。 大多数细菌、大多数放线菌、大多数细菌、大多数放线菌、 霉菌、原生动物、

52、微型后生动物等都属于好氧霉菌、原生动物、微型后生动物等都属于好氧 性微生物。性微生物。 充氧效率与微生物生充氧效率与微生物生 长量呈正相关。大于长量呈正相关。大于0.2101kPa的氧分的氧分 压对微生物有毒。但自然界中不会遇到，压对微生物有毒。但自然界中不会遇到， 在实验室可加压得到。在实验室可加压得到。 l 活性污泥好氧生物处理污水中，曝活性污泥好氧生物处理污水中，曝 气池溶解氧的质量浓度维持在气池溶解氧的质量浓度维持在24mg/L 为宜。为宜。 好氧微生物对溶解氧的需要量：好氧微生物对溶解氧的需要量： 在污（废）水生物处理中需要设置充氧设备充氧，以保证好氧微生在污（废）水生物处理中需要设

53、置充氧设备充氧，以保证好氧微生 物需要供给充足的溶解氧。物需要供给充足的溶解氧。 表面叶轮机械搅拌表面叶轮机械搅拌 鼓风曝气鼓风曝气 压缩空气曝气压缩空气曝气 溶气释放器曝气溶气释放器曝气 射流曝气器射流曝气器 振荡器振荡器( (摇床摇床) )（实验室科学研究用）（实验室科学研究用） 充氧量与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。在污充氧量与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。在污 （废）水生物处理过程中，溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、（废）水生物处理过程中，溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、 生理特性、基质性质及浓度等综合考虑。如：污水好氧生物处理的进水生理特性、基

54、质性质及浓度等综合考虑。如：污水好氧生物处理的进水 BODBOD5 5为为200200300mg300mgL L，曝气池混合液悬浮固体，曝气池混合液悬浮固体(MLSS)(MLSS)为为2 23g3gL L时时，溶溶 解氧解氧的质量浓度要维持的质量浓度要维持在在2mg2mgL L以上以上。 充充 氧氧 方方 式式 溶解氧供应要适宜：溶解氧供应要适宜： n 伍赫尔曼伍赫尔曼(Wuhrman)(Wuhrman)的研究：的研究： 曝气池中曝气池中溶解氧的质量浓度在溶解氧的质量浓度在2mg2mgL L时时，直径为，直径为500m500m的絮凝体中的絮凝体中 心点处的溶解氧质量浓度只有心点处的溶解氧质量浓

55、度只有0.1mg0.1mgL L，仅有絮凝体表面的微生物得到仅有絮凝体表面的微生物得到 较多的溶解氧较多的溶解氧，絮凝体内的微生物处于缺氧状态。故，絮凝体内的微生物处于缺氧状态。故溶解氧的质量浓度溶解氧的质量浓度 维持在维持在3 34mg4mgL L为宜为宜。若供氧不足，活性污泥性能差，导致污（废）水。若供氧不足，活性污泥性能差，导致污（废）水 处理效果下降。处理效果下降。 n 溶解氧供应不足引发活性污泥丝状膨胀：溶解氧供应不足引发活性污泥丝状膨胀： 微量好氧微生物如贝日阿托氏菌、发硫菌、浮游球衣菌、游动性纤微量好氧微生物如贝日阿托氏菌、发硫菌、浮游球衣菌、游动性纤 毛虫（如扭头虫、棘尾虫、草

56、履虫）及某些微型后生动物（如线虫）等毛虫（如扭头虫、棘尾虫、草履虫）及某些微型后生动物（如线虫）等 在溶解氧质量浓度为在溶解氧质量浓度为0.5mg0.5mgL L左右时生长最好。冬季水温低，污左右时生长最好。冬季水温低，污( (废废) )水水 好氧生物处理中溶解氧量能得到正常供应。夏季水温高，氧不易溶于水，好氧生物处理中溶解氧量能得到正常供应。夏季水温高，氧不易溶于水， 常造成供氧不足，容易引发活性污泥丝状膨胀。常造成供氧不足，容易引发活性污泥丝状膨胀。 既有脱氢酶也有氧化酶，既能在无氧既有脱氢酶也有氧化酶，既能在无氧 条件下进行无氧呼吸，也能在有氧条件下进行有氧呼吸，均条件下进行无氧呼吸，也

57、能在有氧条件下进行有氧呼吸，均 可生存。但微生物在两种不同条件下所表现出的生理状态是可生存。但微生物在两种不同条件下所表现出的生理状态是 很不同的。很不同的。 l在好氧条件下，在好氧条件下，氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体 系的其他组分正常存在。系的其他组分正常存在。 l在无氧条件下，在无氧条件下，细胞色素和电子传递体系的其他组分减细胞色素和电子传递体系的其他组分减 少或全部丧失，氧化酶无活性；一旦通入氧气，这些组分的少或全部丧失，氧化酶无活性；一旦通入氧气，这些组分的 合成很快恢复。合成很快恢复。 酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原

58、菌（反硝化细菌）、人和动物的致病菌、某些原生动物、微菌（反硝化细菌）、人和动物的致病菌、某些原生动物、微 型后生动物及个别真菌等。型后生动物及个别真菌等。 在污（废）水生物处理中，在正常供在污（废）水生物处理中，在正常供 氧条件下，好氧微生物和兼性厌氧微生物两者共同起积极氧条件下，好氧微生物和兼性厌氧微生物两者共同起积极 作用；在供氧不足时，好氧微生物不起作用，而兼性厌氧作用；在供氧不足时，好氧微生物不起作用，而兼性厌氧 微生物仍起积极作用，只是分解有机物不如在有氧条件下微生物仍起积极作用，只是分解有机物不如在有氧条件下 彻底。彻底。 l 兼性厌氧微生物在污水、污泥厌氧消兼性厌氧微生物在污水、

59、污泥厌氧消 化中也起积极作用，它们多数是起水解、发酵作用的细菌，化中也起积极作用，它们多数是起水解、发酵作用的细菌， 能将大分子的蛋白质、脂肪、碳水化合物等水解为小分子能将大分子的蛋白质、脂肪、碳水化合物等水解为小分子 的有机酸和醇等。的有机酸和醇等。 l蛋白质氨基酸 NH3 NO3- NO2- N2 反硝化作用 兼性厌氧微生物在污水处理中的积极作用：兼性厌氧微生物在污水处理中的积极作用： 农业方面农业方面 反硝化细菌，如某些假单胞菌、伊氏螺菌、脱氮小球菌及脱氮硫杆反硝化细菌，如某些假单胞菌、伊氏螺菌、脱氮小球菌及脱氮硫杆 菌等，在通气的土壤和有溶解氧的水中进行好氧呼吸，在缺氧环境中又菌等，在

60、通气的土壤和有溶解氧的水中进行好氧呼吸，在缺氧环境中又 有有 NONO3 3- -存在时，利用存在时，利用 NONO3 3- -作最终电子受体进行反硝化作用，使作最终电子受体进行反硝化作用，使NONO3 3- -还原还原 为为NONO2 2- -，进而产生，进而产生 N N2 2，使土壤中氮素损失，反硝化作用降低土壤肥力，使土壤中氮素损失，反硝化作用降低土壤肥力， 对农业不利。对农业不利。 环境保护方面环境保护方面 在污在污( (废废) )水生物处理过程中产生硝酸盐（水生物处理过程中产生硝酸盐（NONO3 3- -）和亚硝酸（）和亚硝酸（NONO2 2- -）。）。 这种出水排放到缺氧的水体，