环境工程微生物学知识要点

1、目录1. 微生物与生物的关系有哪些方面？12. 活性污泥中微生物的种类和活性污泥的功能是什么？23. 比较好氧活性污泥法和生物膜法中微生物结构的异同。48、简述活性污泥中菌胶团的作用？54、论述活性污泥膨胀的原因及其防治措施。55. 生物膜中微生物的种类组成是怎样的？66、结合下图，论述水体自净过程中水体中各种生物、污染物和监测指标之间的变化关系。87. 微生物在氮素循环中的作用是什么？98. 微生物脱氮的机制是什么？109. 影响微生物脱氮的因素有哪几方面？1010. 生物脱氮的工艺有哪些？1111. 微生物除磷的机理是什么？1312. 影响微生物除磷的因素有哪几方面？1313. 分析湖泊富

2、营养化机理和控制技术。1414. 微生物修复污染环境的过程是什么？1515. 影响微生物修复的因素有哪些？1516. 地下水有机污染的微生物修复方法有哪些？1817. 厌氧处理微生物过程。1918. 卫生填埋的微生物学过程如何进行的？2019. 堆肥的微生物学过程？201. 微生物与生物的关系有哪些方面？微生物与生物环境之间关系可归纳为共生、互生、寄生、拮抗和捕食五类。（1）共生是两种生物之间一种最紧密的关系，这两种生物专一性地生活在一起，生理上有一定的分工，相互依存，彼此得益，甚至不能分开而独立生活，形态上常常形成特殊的共生体。（2）互生是指两种可单独生活的微生物，在共同生活时，一方为另一方

3、或相互为对方提供有利条件，如好氧菌与厌氧菌的互生。（3）寄生不同于共生和互生，是一方得益而另一方受害。得益者为寄生物，受害者是寄主(或称宿主)。（4）拮抗也称抗生，是指一种微生物产生某种代谢产物或由于它们的生命活动而改变了环境条件（pH、渗透压等），造成不适合另一种微生物的生长，从而抑制、甚至杀死另一种微生物。（5）捕食一种生物杀死并吞食另一种生物称为捕食。2. 活性污泥中微生物的种类和活性污泥的功能是什么？活性污泥法是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附废水中污染物，并在氧的作用下，将这些物质同化为菌体本身的组分，或将这些物质氧化为二氧化碳、水等物质，从而达到

4、降低水体中有机污染物浓度的目的。这种具有活性的微生物菌胶团或絮状的微生物群体称为活性污泥。利用这种活性污泥处理废水的方法称为活性污泥法。 (1) 活性污泥的生物组成活性污泥中生物群落的组成丰富多样，主要有病毒、细菌、真菌和原生动物，也有少量的藻类和后生动物。菌胶团中的微生物之间相互作用、相互影响，组成了一个复杂的微生态系。病毒活性污泥中含有大量的病毒，包括人类病毒和噬菌体等，人类病毒可能对人类健康构成潜在的危害。很多噬菌体能在各种细菌中寄生，对控制细菌的数量发挥比较重要的作用。大肠杆菌噬菌体可作为指示生物来反映其他肠道病毒是否存在和它们在活性污泥处理系统中的归宿。细菌活性污泥中含有大量的细菌，

5、它们在去除水体中有机物的过程中发挥至关重要的作用。活性污泥中细菌的种类很多，各种微生物所占的比例也各不相同。细菌的种类和数量的变化不仅跟所处理的废水水质有关，而且跟处理系统的工艺参数和环境条件有关。因此，不同时候、不同地点和不同研究者研究的活性污泥处理系统中细菌组成都各不相同。按生理类群细菌可分为化能异养细菌、化能自养细菌和丝状细菌三大类。原生动物原生动物在活性污泥中的数量也是很多的，它们以悬浮的有机颗粒包括细菌为食，原生动物的研究比较彻底，大部分的种类已经被确定，它们包括纤毛类、鞭毛类、根足类和吸管虫类，如钟虫(Vorticella)、聚缩虫(Zoothamnium)，盖纤虫(Opercul

6、aria)等。纤毛类原生动物种类在不同的活性污泥处理系统中变化很大，主要受到环境因素的影响。原生动物的作用是通过摄食降低游离细菌的数量，提高出水的澄清度。同时，原生动物可以作为指示生物来反映出水水质的优劣。固着型的纤毛类原生动物占优势，说明出水水质好，如果游泳型的纤毛类原生动物数量占优势，说明出水水质比较差。真菌活性污泥中有真菌，但是，在一般情况下由于真菌生长的速度比细菌慢，真菌不是微生态群落中重要的组成部分。在酸性条件下，真菌会大量繁殖，很有可能出现污泥膨胀。在活性污泥中出现的真菌有地霉属(Geotrichum)、青霉属(Penicillium)和头孢霉属(Cephalosporium)等。

7、藻类在水气的交界处，有藻类生长，但是在活性污泥中其数量很少，一般不加考虑。后生动物在活性污泥中还含有各种后生动物，如线虫、轮虫、寡毛类环节动物和熊虫(Tardigrade)等。它们在摄食细菌细胞方面可能起到一定的作用。轮虫在活性污泥中最常见，它一方面摄食悬浮的细菌，另一方面产生的黏液能促进菌胶团的形成。轮虫的摄食强度大于原生动物，因此，轮虫的数量跟出水的澄清程度有着直接的关系，轮虫的数量多，出水澄清，如果轮虫消失，则出水很可能呈混浊状态。(2) 活性污泥的功能活性污泥主要起催化剂的作用，催化各种生物化学反应，使空气中的氧和水中的有机物反应，生成二氧化碳和水等物质，或生成大分子的生物物质，达到去

8、除水体中有机污染物的目的。活性污泥法去除水体中有机污染物的过程一般分三个阶段，即吸附、降解和分离。吸附废水与活性污泥在曝气池中充分接触，形成悬浊混合液，废水中的污染物被比表面积巨大且表面上含有糖被的菌胶团吸附和黏附。活性污泥对废水中有机物的吸附时间比较短，一般在30min 内就能完成。在利用活性污泥法处理城市生活污水时，吸附作用能使废水中BOD5去除率在短时间内达到85左右。微生物的代谢呈胶态的大分子有机物被吸附后，首先在微生物分泌的胞外酶作用下，分解成为小分子的溶解有机物，然后这些小分子有机物与废水中溶解性有机物一起在各种物质运输机制下进入到微生物的细胞内。吸收进入细胞体内的污染物通过各种代

9、谢反应而被降解，一部分最终氧化成为CO2和H2O等，另一部分则转化为细胞的组成部分。不同的微生物对不同的有机物降解途径各不相同，对同一种有机物也可能有几条降解途径。但是，由于废水中的有机污染物的种类常常很复杂，需要多种微生物对不同的污染物发生作用。多数人工合成的有机物也可以被经过自然或人工驯化的微生物所分解，有的一种污染物需要多种微生物的共代谢作用才能被降解。因此，活性污泥法是一个多底物多菌种的混合培养系统，存在错综复杂的代谢方式和途径，它们相互联系，相互影响，最终使废水中的有机污染物得到比较彻底的降解，达到废水处理的目的。凝聚与沉淀活性污泥的另一个特点是具有絮凝性，在沉淀池中，活性污泥能形成

10、大的絮凝体，使之从混合液中沉淀下来，达到泥水分离的目的。絮凝的原因主要是菌胶团外部黏性的荚膜能相互凝聚，结成大的菌胶团，同时与微生物所处的生长阶段有关。如果废水中有机物含量相对较低，微生物总体处于衰亡期的开始阶段，微生物的代谢不活跃，能量相对较低，表面电荷下降，就容易形成大的絮凝体。如果营养物充足(废水与活性污泥混合初期，F/M较大)时，微生物代谢活跃，内部能量大，表面电荷多，小的絮凝体就不容易相互絮凝形成大的菌胶团，在沉淀池中出水就比较混浊，废水处理的效果不佳。3.比较好氧活性污泥法和生物膜法中微生物结构的异同。相同之处：都有病毒、细菌、真菌和原生动物，也有少量的藻类和后生动物等组成。不同之

11、处：（1）好氧活性污泥法以菌胶团形式存在；生物膜法以生物膜形式存在。（2）单位体积中生物膜法中生物量比好氧活性污泥法高。（3）同活性污泥相比，生物膜中微生物的种类和数量更丰富，微生物的生态位更明显，分好氧外表层、微好氧中间层和兼性厌氧或厌氧的内层，不同的层面生长着不同类型的微生物，并表现出跟活性污泥不同的特点。外表层的微生物一般为好氧菌，内层厌氧菌大量繁殖。（4）生物膜中有大量的丝状细菌生长，如球衣菌属，但不会出现好氧活性污泥法中污泥膨胀现象。8、简述活性污泥中菌胶团的作用？有机废水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种絮凝体，这种絮凝体就是活性污泥。它是有好氧微生物经过大量繁殖后的群体，以及一

12、些无机物、未被分解的有机物和微生物自身代谢的残留物组成的。活性污泥对有机物有着强烈的吸附和氧化分解能力，而其易于沉淀分离。所谓菌胶团就是由各种细菌及细菌所分泌的黏液物质（多糖、多肽类物质）组成的絮凝体状团粒。只有在菌胶团发育良好的条件下，活性污泥的絮凝、吸附、沉降等性能才能得到正常的发挥。菌胶团的作用是吸附污水呈悬浮态、胶体态和溶解态的有机物，将其转化分解为简单有机物或无机盐类，同时利用分解后的部分产物作为碳源和氮源，合成新生细胞物质。4、论述活性污泥膨胀的原因及其防治措施。所谓活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻，体积膨大，沉降性能恶化，在二沉池内不能正常沉池下来，污泥指数异常增高达400以上。

13、活性污泥膨胀，根据诱因可分为：因丝状菌异常增殖所导致的丝状菌性膨胀和因粘性物质大量产生积累的非丝状菌膨胀。前者为易发与多发性膨胀，导致产生丝状菌性污泥膨胀的细菌主要有：球衣菌属，假单胞菌属，黄杆菌属，酶菌属。污泥膨胀的对策，当在活性污泥系统产生污泥膨胀现象时，可按下图所列程序对污泥膨胀的类型，诱因与性质进行调查，并采取相应的措施加以消除。具体措施说明如下：措施A，投药处理，能够杀灭丝状菌的药剂有氯，臭氧，过氧化氢等，有效氯为1020mg/l时，就能够有效杀灭球衣菌，贝代硫菌：高于20mg/l时，可能对絮凝体形成菌产生危害，因此，在使用氯时一定要按投加量的允许范围合理投加。而臭氧，过氧化氢等氧化

14、剂只有在较高的计量条件下才对球衣菌有杀灭效果。措施B，改善，提高活性污泥的絮凝性，在曝气池的入口处投加硫酸铝，三氯化铁，高分子混凝剂等絮凝剂。措施C，改善，提高活性污泥的沉降性，密实性。在曝气池的入口处投加粘土，消石灰，生污泥或消化污泥。措施D，加大回流污泥量，通过这一措施，高粘性膨胀的致因物质，即多糖类物降低了，在多数情况下，能够解脱高粘性膨胀。有条件的地方还可在回流污泥前进行内源呼吸期，提高了絮凝体形成细菌群摄取有机物的能力和与丝状菌竞争的能力，丝状菌性膨胀也能够得到抑制。在曝气过程中，可以考虑加入氯，磷等营养物质，这样可以强化污泥活性。措施E，使废水经常处于新鲜状态，防止形成厌氧状态，如

15、有条件采取预曝气措施，使废水经常处于预曝气状态，吹脱硫化氢等有害气体，并避免贝代硫菌加以利用增殖。措施F，加强曝气，提高混和液DO浓度，防止混和液缺氧或厌氧状态，即或是局部的或是一时的呈厌氧状态，也不利于絮体形成菌的生理活动，而有利于丝状菌的增殖。措施G，在有利条件下，可以考虑改变水温，水温在15摄氏度以下易于发生高粘性膨胀，而丝状菌性膨胀则多发生在20摄氏度以上。措施H，降低污泥在二沉池内停留时间，防止形成厌氧状态。措施I，调整污泥负荷，运行经验表明，如果污泥负荷超过0.35kgBOD/kgMLSS.d易于发生丝状菌性污泥膨胀。措施J，调整混合液中的营养物质平衡，即保证BOD：N：P=10：

16、5：1的要求，当混和液失去营养平衡时，往往会发生高粘性污泥膨胀。措施K，控制丝状菌的增殖，对已产生大量球衣菌属的活性污泥，用浓度为50mg/l的硫酸铜，保持5mg/l的残留浓度，能够抑制球衣菌属的增殖。在实际运行中，以上几类方法是相辐相称的，污泥膨胀发生以后，首先应通过观察现象，借助理化分析手段，判明膨胀的种类及发生原因，对症下药，采取有效的控制措施。5. 生物膜中微生物的种类组成是怎样的？在生物膜法废水处理设施中，成熟的生物膜一般分为三层，从水体到载体表面依次分为外表层、中间层和内层。由于溶解氧的扩散阻力和微生物对溶解氧的利用，外表层一般为好氧层，中间层为微好氧层，而内层为兼性厌氧或厌氧层，

17、由于自然选择的结果，不同的层面生长着不同类型的微生物，并表现出跟活性污泥不同的特点。外表层的微生物一般为好氧菌，因而称为好氧层。内层因厌氧菌大量繁殖而称为厌氧层。生物膜中微生物群落包括病毒、细菌、真菌、藻类、原生动物以及蚊蝇的幼虫等后生生物，同活性污泥相比，生物膜中微生物的种类和数量更丰富，微生物的生态位更明显。 (1) 细菌生物膜中细菌以化能异养型为主，不仅包括好氧菌，而且包括兼性厌氧菌和厌氧菌，这与活性污泥有显著差别，因此生物膜中不仅进行好氧呼吸，也进行无氧发酵，微生物代谢类型更加多样化。生物膜可能出现的细菌包括动胶杆菌(Zoogloea)、假单胞菌(Pseudomonas)、黄杆菌属(F

18、1avbacterium)、无色杆菌属(Achromobacter)和产碱杆菌属(Alcaligens)等。生物膜中有大量的丝状细菌生长，如球衣菌属(Sphaerotilus)，但不会出现污泥膨胀现象。生物膜中还有化能自养型的细菌，如硝化细菌。在有光照的地方，生物膜中还生长有光能自养型的细菌，如蓝细菌。在生物膜的内层含有反硝化细菌、硫酸盐还原细菌，甚至有产甲烷细菌。 (2) 真菌生物膜中有真菌生长，在废水净化过程中发挥一定的作用，但是没有污泥膨胀现象，这是生物膜法比活性污泥法优越的地方。如果废水的pH低，出现的真菌数量多，主要包括镰刀霉属(Fusarium)、青霉属(Penicillium)、

19、曲霉属(Aspergillus)、毛霉属(Mucor) 、地霉属(Geotrichum)和酵母。 (3) 藻类在有散射光和直射光照射的地方，生物滤池的生物膜中还会生长大量的藻类，藻类的生长能增加生物膜中溶解氧浓度。出现的种类有丝藻(Ulothrix)、裸藻(Euglena)和绿藻(Chlorella)等。(4) 原生动物和后生动物在生物膜的表面常常有大量的原生动物，能有效摄食细菌和有机颗粒，提高废水处理效果。原生动物有鞭毛类、纤毛类和根足类，如滴虫(Monas)、钟虫属(Vorticella)和变形虫(Amoeba)等。后生动物有轮虫、寡毛类和昆虫类动物，它们以生物膜为食，可以降低生物膜的生物

20、量，同时，它们的运动导致衰老生物膜的脱落。6、结合下图，论述水体自净过程中水体中各种生物、污染物和监测指标之间的变化关系。答：废水或污染物一旦进入水体后，就开始了自净过程。该过程由弱到强，直到趋于恒定，使水质逐渐恢复到正常水平。全过程的特征是： 1）进入水体中的污染物，在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降。 2）大多数有毒污染物经各种物理、化学和生物作用，转变为低毒或无毒化合物。 3）重金属一类污染物，从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀后进入底泥。 4）复杂的有机物，如碳水化合物，脂肪和蛋白质等，不论在溶解氧富裕或缺氧条件下，都能被微生物利用和分解。先降解为较简单的有机物，再进一

21、步分解为二氧化碳和水。 5）不稳定的污染物在自净过程中转变为稳定的化合物。如氨转变为亚硝酸盐，再氧化为硝酸盐。 6）在自净过程的初期，水中溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓慢上升，逐渐恢复到正常水平。 7）进入水体的大量污染物，如果是有毒的，则生物不能栖息，如不逃避就要死亡，水中生物种类和个体数量就要随之大量减少。随着自净过程的进行，有毒物质浓度或数量下降，生物种类和个体数量也逐渐随之回升，最终趋于正常的生物分布。进入水体的大量污染物中，如果含有机物过高，那么微生物就可以利用丰富的有机物为食料而迅速的繁殖，溶解氧随之减少。随着自净过程的进行，使纤毛虫之类的原生动物有条件取食于细菌，则细菌数量

22、又随之减少；而纤毛虫又被轮虫、甲壳类吞食，使后者成为优势种群。有机物分解所生成的大量无机营养成分，如氮、磷等，使藻类生长旺盛，藻类旺盛又使鱼、贝类动物随之繁殖起来。7. 微生物在氮素循环中的作用是什么？(1)固氮作用 将分子态的氮转变为结合态氮的作用称为固氮作用，地球上80%90%的结合态氮来自微生物还原分子态氮，因此，生物固氮是自然界中一个最重要的固氮方式。生物固氮除了需要固氮酶以外，还要有ATP、还原态的铁氧化还原蛋白和其他的细胞色素和辅酶。自然界中微生物的固氮主要分为自生固氮、共生固氮和联合固氮三种。(2) 氨化作用有机氮化物在微生物的分解作用下释放出氨的过程，称为氨化作用。含氮有机物包

23、括蛋白质、核酸、尿素、尿酸和几丁质等，它们都可以被各种细菌、放线菌和真菌所分解，并释放出氨。有很强氨化能力的氨化菌主要包括芽胞杆菌、梭菌、色杆菌、变形杆菌、假单胞菌、放线菌以及曲霉、青霉、根霉、毛霉等。(3) 硝化作用把氨或铵离子氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用分为两个阶段，第一阶段是氨变成亚硝酸，第二阶段是亚硝酸变成硝酸，它们分别由亚硝化细菌和硝化细菌来完成。(4) 反硝化作用在厌氧条件下，微生物还原硝酸盐为HNO2、HNO、NH4、N2等过程称为反硝化作用。反硝化作用包括同化硝酸盐还原作用和异化硝酸盐还原作用。同化硝酸盐还原作用是指NO3用作微生物氮源时，它被还原成NH4，然后合成

24、有机氮。此过程消除了土壤中硝态氮易流失、淋失的途径。(5) 厌氧氨氧化在厌氧条件下，微生物以硝酸盐为电子受体，以氨为电子供体进行氨的氧化称为厌氧氨氧化。8. 微生物脱氮的机制是什么？微生物脱氮主要是通过细菌的硝化作用和反硝化作用来实现的。 (1)硝化作用硝化作用是指NH3氧化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。硝化细菌虽然几乎存在于所有的污水生物处理系统中，但是一般情况下，其含量很少。 (2) 反硝化作用 活性污泥中大多数微生物，只要在一定环境条件下，都进行反硝化作用。9.影响微生物脱氮的因素有哪几方面？由于微生物脱氮系统对氮的去除主要是通过硝化作用和反硝化作用实现的，因而影响这两个过程的

25、一些环境因子都将整个系统的氮去除产生影响，研究表明，影响微生物脱氮的主要因素有以下几个方面：（1） pH pH是影响废水微生物脱氮处理工艺运行的一个重要因子。生物脱氮过程中，通常把硝化段运行的pH值控制在7.28.2之间，反硝化段pH控制在7.59.2之间。（2）温度硝化反应速度受温度影响很大。两类硝化细菌的最宜温度为30左右。（3）溶解氧溶解氧浓度影响硝化反应速度和硝化细菌的生长速度，一般建议应维持在1.0mg/L2.0mg/L，缺氧段溶解氧应控制在0.5mg/L以下。 （4） 碳源碳源物质主要是通过影响反硝化细菌的活性来影响处理系统的脱氮效率。能为反硝化细菌所利用的碳源是多种多样的，但从废

26、水生化处理生物脱氮的角度来看可分成三类：废水中所含的有机碳源、外加碳源和内碳源。（5）有毒物质某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对硝化细菌有毒害作用10. 生物脱氮的工艺有哪些？传统的脱氮工艺采用先硝化、后反硝化的工艺流程。通过实际的运行及技术上不断改进，推出了一系列的新工艺，如A/O工艺、Bardenpho工艺等等。 (1) A/O工艺为Anoxic/Oxic工艺即缺氧/好氧工艺，在这种工艺中，反硝化段是在处理系统最前面，硝化段中的混合液以一定比例回流到反硝化段，反硝化段中的反硝化脱氮菌在无氧或低氧条件下，利用进水中的有机物作为碳源，以回流硝化池内NO3-中的氧作为电子受体，将NO3-还原为

27、N2。这样，反硝化过程中所需的有机碳源可直接来源于污水，不必外加。从而减轻硝化时的有机物负荷，减少停留时间，并节省曝气量和碱的投加量。反硝化过程中产生的碱度可补偿硝化段消耗碱度的一半左右。因此，该微生物脱氮法是运用最广泛的工艺之一。 (2) 氧化沟工艺在环状的氧化沟中某一点或多点设置曝气机，污泥沿氧化沟循环流动。在曝气机的下游区段为好氧段，进行去碳和硝化。远离曝气机的区段直至曝气机上游端为缺氧段，废水在缺氧段起始点进入。反硝化细菌可利用废水中的碳源和好氧段来的硝酸盐进行反硝化脱氮。处理后出水在好氧段末端由导管引入二沉池。曝气机常选用转刷或浸没式U型管曝气机，转速慢、能耗省，可满足充氧并使污泥向

28、前流动。 (3) 桥本工艺 在桥本工艺中反硝化的缺氧池位于好氧池的后面。废水进入前面的好氧池进行去碳和硝化，后面的缺氧池利用旁路流入的一部分废水中的碳源以及来自前面的好氧池的硝酸盐进行反硝化脱氮。它的工艺流程较为简单，缺点是出水中氮的形态为氨态氮，并且旁路流入缺氧池提供反硝化碳源的废水流量很难控制，若流量不足会影响反硝化，流量过大会因碳源过剩而影响出水水质。在缺氧池后设一停留时间为34min45min的后曝气池，可去除残剩的有机物和吹脱污泥上氮气泡。 (4) Bardenpho工艺四段Bardenpho工艺的前面二段类似于A/O工艺。为了进一步提高脱氮效率，可将好氧池1中的硝酸盐导入第二个缺氧

29、池，反硝化细菌可利用细菌衰亡后释放的二次基质作为碳源进行反硝化，以彻底去除系统中的硝酸盐，当然缺氧池2的反硝化速率较低。污泥最后进入好氧池2，以吹脱氮气泡，提高污泥的沉降性能 (5) Dephanox工艺该工艺是满足反硝化除磷细菌所需环境和基质的一种强化生物脱氮工艺，其特点是在厌氧池与缺氧池之间增设一中间沉淀池和固定膜反应池，中间沉淀池的上清液在固定膜反应池进行硝化，固定膜反应池的作用是避免由于氧化作用而造成有机碳源的损失，另一方面，稳定系统的硝酸盐浓度。这样，被沉淀的污泥与固定膜反应池生成的硝酸盐一起进入后续的缺氧反应池，同时进行反硝化和摄磷。 (6) 同步硝化反硝化工艺此工艺类似于氧化沟工

30、艺，具有流程简单，操作运行管理方便的特点。在运行过程中，硝化和反硝化分别在同一个处理构建物的不同区域中进行，这样可省去A/O工艺中硝化段出水混合液的回流，而且废水在处理构建物中循环流动，交替地经历了好氧和缺氧区。同时，在工艺设计上，将进水点设在反硝化区，这样也不必向系统投加外碳源，因而此工艺的运行费用较低，是一种良好的工艺。 (7) SHARON工艺其基本原理为短程硝化反硝化，即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。SHARON工艺具有以下特点: 硝化与反硝化两个阶段在同一反应器中完成，可以简化工艺流程；硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和；可以缩短水力停留时间(HRT)，减小反

31、应器体积和占地面积。如果将硝化过程控制在亚硝化阶段，实现短程硝化反硝化，则该工艺可节省反硝化过程需要的外加碳源(以甲醇为例，NO2-反硝化比NO3-反硝化可节省碳源40%)，还可减少供气量25%左右，节省动力消耗。在SHARON工艺中，温度和pH受到严格控制。 (8) ANAMMOX（Anaerobic ammonium oxidation）工艺和OLAND（Oxygen limited autotrophic nitrification denitrification）工艺这两种工艺的原理都是厌氧氨氧化，即在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4

32、+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。ANAMMOX工艺是1990年由荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发出来的，该工艺主要采用流化床反应器，在厌氧条件下直接利用NH4+作电子供体，以NO3-和NO2-作为电子受体，发生歧化反应生成N2。OLAND工艺是由比利时Gent微生物生态实验室开发，该工艺的关键是控制溶解氧，使硝化过程仅进行到NH4+氧化为NO2-阶段，由于缺乏电子受体，由NH4+氧化产生的NO2-氧化未反应的NH4+形成N2。与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，这两种工艺的优点主要表现在：无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染

33、；氧耗能耗大为降低；生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和剂。这两种目前还处于研究阶段，但具有良好的开发前景。11. 微生物除磷的机理是什么？在厌氧条件下，积磷细菌将体内储藏的聚合磷酸盐分解，产生的正磷酸盐进入液体中（放磷），同时产生的能量可供积磷菌在厌氧压抑条件下生理活动之需，还可用于主动吸收外界环境中的可溶性脂肪酸，在菌体内以聚-羟丁酸(PHB)的形式储存。细胞外的乙酸转移到细菌内生成乙酰CoA的过程需要耗能，这部分能量来自菌体内聚合磷酸盐的分解，聚合磷酸盐分解导致了可溶性磷酸盐从菌体内的释放和金属阳离子转移到细胞外。在好氧条件下，积磷菌体内的PHB分解成乙酰CoA，一部分

34、用于细胞合成，大部分进入三羧酸循环和乙醛酸循环，产生氢离子和电子；从PHB分解过程中也产生氢离子和电子，这两部分氢离子和电子经过电子传递产生能量，同时消耗氧。产生的能量一部分储存到聚合磷酸盐的高能磷酸键中，这就导致菌体从外界吸收可溶性的磷酸盐和金属阳离子进入体内。积磷菌是一类生长较慢的细菌，它之所以能在厌氧和好氧系统中占优势，与其能够进行聚磷和储存与分解PHB有关。在厌氧条件下，积磷菌不能分解外界的有机物来获得能量，可以分解体内的聚磷来获得能量而生长繁殖；在好氧条件下，积磷菌在外界可获得的营养基质很少的情况下，分解体内的PHB获得能量而生长繁殖。而且，积磷菌同不积磷的微生物相比，更能适应厌氧和

35、好氧交替的环境而成为优势菌群。12. 影响微生物除磷的因素有哪几方面？ 在生物除磷系统中，许多因素都对除磷效率有很大影响，在各种工艺的运行过程中，都必须注意对这些因子的控制。 (1) 碳源的浓度和种类 (2) 溶解氧溶解氧是影响微生物除磷的重要因子之一。 (3) 硝酸盐和亚硝酸盐与溶解氧相似，厌氧区中如存在硝酸盐和亚硝酸盐时，反硝化细菌以它们为最终电子受体而氧化有机基质，使厌氧区中厌氧发酵受到抑制而不产生挥发性脂肪酸。(4) 温度温度对微生物除磷影响较小，虽然积磷菌在低温时生长速率会减慢。 (5) pH 生物除磷系统合适的pH范围与常规生物处理相同，为中性和弱碱性，生活污水的pH通常在此范围之

36、内。(6) 泥龄处理系统中泥龄的长短亦对污泥摄磷作用及剩余污泥的排放量有直接的影响，从而对除磷效果产生影响。 (7) 厌氧区停留时间在A/A/O工艺中，厌氧区常停留2.0h4.0h。13. 分析湖泊富营养化机理和控制技术。湖泊富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏。通常磷酸盐和无机氮是地表水中藻类的限制性因子，因为通常藻类不缺乏其他的无机元素。由于蓝细菌有许多可以由空气中获得氮源，所以磷酸盐成为藻类大量繁殖的主要限制因子。富营养性湖泊由于氮磷等营养物质经

37、河流或流域地表径流冲刷搬运，在湖泊水体中累积起来，造成湖泊中水生生物过渡繁殖，透明度下降，溶解氧不足，藻类的大量生长会导致“水华”的发生，尤其在深水层，甚至出现缺氧层，水质严重恶化。湖泊富营养化控制技术包括物理化学控制技术、微生物控制技术、生态工程控制技术等，其中生态控制技术包括大型水生植物的恢复、鱼类的投放和原生动物控藻技术。14. 微生物修复污染环境的过程是什么？进行微生物修复，首先要评价微生物修复的可行性。为了确定微生物修复技术是否适用于某一受污染地区和某一污染物，应按以下步骤进行研究：(1) 数据调查调查包括五个方面的内容：污染物的种类和化学性质; 当地正常情况下和受污染后微生物的种类

38、、数量和活性以及在土壤中的分布; 土壤特征; 受污染现场的地理、水力地质和气象条件以及空间因素; 有关的管理法规，根据相应的法规确立净化的目标。(2) 技术查询在掌握当地的情况后，应向有关信息中心咨询是否在相似的情况下进行过微生物修复处理。(3) 选择技术路线对包括微生物修复在内的各种修复技术以及它们可能的组合进行全面客观的评价，列出可行的方案，并确定最佳技术。必要时进行可处理性试验。(4) 可处理性试验可处理性试验研究主要是提供污染物在微生物修复过程中的行为和归宿的数据，评价表层和深层土壤中微生物修复所能达到的速度和程度，其实验数据和污染物及污染现场的特性需要同时考虑，用以评估微生物修复技术

39、的可行性和局限性，规划保持微生物修复系统中微生物活性最大的策略。(5) 实际工程设计如果小试和中试均表明微生物修复技术在技术和经济上可行，就可以开始生物修复计划的具体设计，包括处理设备、井位和井深、营养物和氧源（或其他电子受体）。15. 影响微生物修复的因素有哪些？微生物修复过程中主要涉及到微生物、有毒有害污染物和被污染环境，因此，影响微生物修复的因素有以下三个方面，即微生物活性、污染物特性和环境状况。(1) 微生物根据用于微生物修复的微生物来源不同，可作为微生物修复菌株分为三大类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌。微生物数量的多少和微生物活性强弱是影响微生物修复的一个重要方面。目前，在大多

40、数微生物修复工程中应用的都是土著微生物，其原因一方面是由于土著微生物降解污染物的潜力巨大，另一方面也是因为接种的微生物在环境中难以保持较高的活性以及工程菌的应用受到较严格的限制。引进外来微生物和工程菌时必须注意这些微生物对该地土著微生物的影响。土著微生物生长速度太慢、代谢活性不高，或者由于污染物的存在而造成土著微生物数量下降，因此需要接种一些降解污染物的高效菌。例如，处理2-氯苯酚污染的土壤时，只添加营养物，7周内2-氯苯酚浓度从245 mg/L降为105 mg/L，而同时添加营养物和接种恶臭假单胞菌(P. putida)纯培养物后，4周内2-氯苯酚的浓度即有明显降低，7周后仅为2 mg/L。

41、基因工程菌的研究引起了人们浓厚的兴趣，采用细胞融合技术等遗传工程手段可以将多种降解基因转入同一微生物中，使之获得广谱的降解能力。例如将甲苯降解基因从恶臭假单胞菌转移给其他微生物，从而使受体菌在0时也能降解甲苯，这比简单地接种特定的微生物可能要有效得多。(2)污染物的物理化学性质影响土壤和地下水微生物修复过程的有毒有害污染物的物理化学性质，主要是指污染物淋失、吸附、挥发、生物降解和化学反应这四个方面的性质，这些性质决定了污染物的生物可利用性。不同的污染物在土壤中吸附和解吸程度不同，在地下水中的溶解度也不同，这样就影响污染物的迁移。污染物被吸附后，降低了水中污染物的浓度，从而使生物降解的速率下降，

42、污染物解吸能力的高低决定了微生物修复的时间的长短，污染物容易解吸则修复所需的时间短。污染物的化学结构决定了微生物的降解能力，只有能被微生物降解的污染物才能在环境中消除。同时，了解污染物对微生物的毒性也很重要，当污染物或代谢产物的浓度高到一定程度后，对生物降解产生抑制作用，从而不利于生物修复的进行。(3) 环境条件和状况微生物营养盐土壤和地下水中，尤其是地下水中，氮、磷是限制微生物活性的重要因素，为了使污染物达到完全的降解，添加适当的营养盐比接种特殊的微生物更为重要。例如添加酵母膏或酵母废液可以明显地促进石油烃类化合物的降解。与其他化合物相比，石油中的烃类是微生物可以利用的大量碳底物，但它只能够

43、提供比较容易得到的有机碳而不能提供氮和其他无机养料。有些研究者对此进行了试验，发现加入氮和磷酸盐能直接而明显地促进受污染土壤中石油的生物降解作用。据报道，调节被石油污染的土壤的C:N:P比，对石油的生物降解很有好处。电子受体微生物的活性除了受到营养盐的限制外，环境中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也极大地影响着污染物生物降解的速度和程度。微生物氧化还原反应的最终电子受体主要分为三类，包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根（如硝酸根和硫酸根）。土壤中溶解氧浓度有明显的层次分布，存在着好氧带、缺氧带和厌氧带。好氧有利于大多数污染物的生物降解，溶解氧是现场处理中的关键因素。缺氧或厌氧时，

44、厌氧微生物就成为土壤中的优势菌。共代谢基质微生物的共代谢对一些顽固污染物的降解起着重要作用，因此，共代谢基质对生物修复有着重要影响。据报道，一株洋葱假单胞菌（P. cepacia G4）以甲苯作为生长基质时可以对三氯乙烯进行共代谢降解。有些研究者发现，某些分解代谢酚或甲苯的细菌也具有共代谢降解三氯乙烯、1, 1-二氯乙烯、顺-1, 2-二氯乙烯的能力。 pH 地下水、土壤的pH对大多数微生物都是适合的，一般不需要进行调节，只有在特定地区才需要对土壤的pH进行调节。温度通常随着温度的下降，微生物的活性也降低，在0时微生物活动基本停止。温度决定微生物修复进程的快慢，在实际处理中是不可控制的因素，在

45、设计处理方案时应充分考虑温度对生物修复过程的影响以及影响土壤温度的因素。地下水的温度变化比较小。土壤表土温度日变化和季节变化都较剧烈。土温日变化强度随土壤深度的增加而减小。含水多的土壤温度变化小，因为水的比热大。另外一些影响土壤温度的因素包括坡向、坡度、土色和表面覆盖等。污染现场特性污染现场特性包括地表水、地下水、海洋和土壤的特性，不同地理位置的污染现场常常具有不同的特性，如温度、各种物质的含量等等。16. 地下水有机污染的微生物修复方法有哪些？(1) 生物充气法使用空压机向地下水中充空气，并用真空泵使抽气井中保持低压，从而促进空气进入地下区域，提高地下水中溶解氧的含量，加速有机污染物的微生物

46、修复。在一般情况下，有机污染物的厌氧降解速度要比好氧降解速度慢得多，因此，在有机污染严重的地下水中，由于微生物的好氧降解使水中的溶解氧下降的很快，但地下水的特点又使其从空气中复氧的能力几乎为零，这时微生物转入厌氧降解，有机污染物的去除速度相对就慢下来。因此，通过人工的方法，增加地下水中溶解氧的浓度就能提高地下水的修复能力。生物充气法有利于提高地下水中的溶解氧，从而加速污染物的降解。 (2) 地下水循环系统利用地下水的循环把微生物生长所需要的氧和营养盐送到地下水中，如果抽出的地下水超过回注的水量，就要对抽出的地下水进行处理(图10.2)。水循环系统修复地下水常常遇到的一个问题是由于微生物生长导致

47、井透水孔的堵塞。从而降低水循环的速率，造成堵塞区域水流的短路。定期加氯、H2O2等消毒剂或调节pH能减轻堵塞的程度。(3) 内在微生物修复法内在微生物修复法就是通过天然存在的微生物在好氧或厌氧的条件下使复杂有机污染物降解为简单无毒化合物。地下水生物修复技术能有效控制污染物降解的速度和程度，避免对人类产生的不利影响。(4) 外加微生物处理法对于刚受到有机污染的地下水而言，由于土著微生物常常没有降解这种有机污染物的酶，如果让天然环境中驯化出降解这种污染物的微生物需要很长的时间，因此，可采用接种一些降解这种污染物的高效微生物，加速污染物的降解。但对于经常受到相同污染物污染的地下水，只添加外来微生物常常作用不