环境工程微生物学

1、环境工程微生物学第一章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。 病毒的特点：没有细胞结构，专性寄生，超微小，在宿主细胞外则是不具生命特征的大分子物质，但仍有感染宿主的能力 病毒的化学组成：蛋白质，核酸，类脂质和多糖。病毒的结构：蛋白质衣壳，核酸内芯，被膜（囊膜）。病毒的繁殖过程：吸附、侵入、复制与聚集、释放。第二章细菌的细胞结构所有的细菌均有如下结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、拟核；部分细菌有特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层、衣鞘及光合作用层片等。细胞质内含物：核糖体、内含颗粒、拟核。革兰氏染色法的步骤：涂布、初染、媒染、脱色、复染。第三章原生动物：动物中最原

2、始、最低等、结构最简单的单细胞动物。原生动物的四个纲：鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲、孢子纲。其中鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲三纲存在于水体和污（废）水生物处理构筑物中，并发挥重要作用。在自然水体中，鞭毛虫喜在多污带和-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鞭毛虫大量出现，可作污水处理效果差时的指示生物。变形虫喜在-中污带或-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。纤毛纲中的游泳型纤毛虫多数是在-中污带和-中污带，少数在寡污带中生活。在污水生物中，在活性污泥培养中期或处理效果差时出现。固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜在寡污带中生活，钟虫类在-中污带

3、中也能生活。它们是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物。吸管虫多数在-中污带，有的种也能耐-中污带和多污带。在污水生物处理效果一般时出现。霉菌的菌落特征：1.菌落呈圆形、绒毛状、絮状或蜘蛛网状 2.比其他微生物的菌落都大，可蔓延至整个平板 3.霉菌菌落疏松，与培养基结合不紧第四章微生物要求的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子等。根据微生物对各种碳素营养物的同化能力不同，可把微生物分为无机营养和有机营养两种；又由于能源的形式不同，可分为光能营养型和化能营养型。混合营养微生物是既可以无机碳为碳素营养，又可以有机化合物为碳素营养的一类微生物，即兼性营养微生物。微生物的培养

4、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。根据培养基对微生物的功能和用途不同，可以分为选择培养基、鉴别培养基、加富（富集）培养基、基础培养基或普通培养基。营养物进入微生物细胞的方式：单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转位。ATP是能量转移的“中心站”。ATP的生成方式：基质（底物）水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化。根据最终电子受体（或最终受氢体）的不同，可将微生物的生物氧化分为3类：发酵、好氧呼吸（外源性呼吸、内源性呼吸）和无氧呼吸。外源性呼吸：在正常情况下，微生物利用外界供给的能源进行呼吸。内源性呼吸：如果外界

5、没有供给能源，而是利用自身内部贮存的能源物质进行呼吸。第五章细菌的生长繁殖期可分为四个时期：停滞期、对数期、静止期及衰亡期。停滞期的细菌特征：处于停滞期初期，一部分细菌适应环境，而另一部分死亡，细菌总数下降。到停滞期的末期，存活细菌的细胞物质增加，故菌体体积增大，其菌体长轴的增长速率特别快。对数期的细菌特征：1.细胞代谢活力最强，合成新细胞物质的速率最快，细菌生长旺盛 2.细菌总数的增加率和活菌数的增加一致，细菌对不良环境因素的抵抗力强 3.群体中的细胞化学组分及形态、生理特性都比较一致。静止期细菌的特点：1.静止期新生的细菌数和死亡的细菌数相当，细菌总数达到最大值 2.处于静止期的细菌开始积

6、累贮存物质，芽孢杆菌形成芽孢。衰亡期细菌的特点：死亡率增加，活菌数减少，甚至死菌数大于新生菌数。常规活性污泥法利用生长速率下降阶段的微生物，包括静止期的微生物；生物吸附法利用生长速率下降阶段（静止期）的微生物；高负荷活性污泥法利用生长速率上升阶段（对数期）和生长速率下降阶段（减速期）的微生物；而有机物含量低，可生化性差的污（废）水，则用延时曝气法处理，即利用内源呼吸阶段（衰亡期）的微生物处理。为什么常规活性污泥法不利用对数生长期的微生物而利用静止期的？因为对数生长期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除污（废）水中的有机物。尽管微生物对有机物的去除能力很高，则出水的绝对值也相应提高，不易达

7、到排放标准。又因为对数期的微生物生长繁殖旺盛，细胞表面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。而处于静止期的微生物代谢活力虽比对数生长期的差，但仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍较好，最大的特点是微生物积累大量贮存物。这些贮存物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。用延时曝气法处理低浓度有机污（废）水时，不用静止期的微生物，而利用衰亡期微生物的原因是：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，通常延长曝气时间在8h以上，甚至24h，延长水力停留时间，适当

8、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。灭菌：通过超高温或其他的物理、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的过程。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。抗生素依其抑菌功能可分为：细胞壁合成抑制剂、细胞膜功能抑制剂、蛋白质合成抑制剂和核酸合成抑制剂4大类。竞争关系：是指不同的微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质互相竞争，互相受到不利影响。原始合作关系：是指两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益。当

9、两者分开时各自可单独生存。共生关系：是指两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利而所组成的共生体，这两者之间的关系就叫共生关系。偏害关系:共存于同一环境的两种方微生物，甲方对乙方有害，乙方对甲方无任何影响。可分为非特异性偏害、特异性偏害捕食关系：有的微生物不是通过代谢产物对抗对方，而是吞食对方，这种关系称为捕食关系。寄生关系：一种生物需要在另一种生物体内生活，从中摄取营养才能得以生长繁殖，这种关系称为寄生关系。菌种保藏的原理：根据微生物的生理、生化特性，创造人工条件，如低温、干燥、缺氧、贫乏培养基和添加保护剂等，使微生物的代谢处于极微弱、极缓慢、生

10、长繁殖受抑制的休眠状态。第六章定向培育：人为用某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。在废水生物处理过程中，微生物的变异现象很多：有营养要求的变异、对温度、pH要求的变异，对毒物的耐毒能力的变异，个体形态和菌落形态的变异及代谢途径的变异等。质粒：在原核微生物中除有染色体外，还含有另一种较小的、携带少量遗传基因的环状DNA分子。主要有两类：抗性质粒和降解质粒。PCR技术的操作步骤：加热变性、退火、延伸、将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳观察。第七章土壤自净：土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力，

11、通过各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程。土壤生物修复：利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的天然功能。土壤生物修复技术的关键：微生物种、微生物营养、溶解氧、微生物的环境因子。水体自净：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物（微生物、动物和植物）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。自净容量：指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数值。根据指示生物的种群、数量及水质划分污化带：多污带、-中污带、-中污带和寡污带。第八章硝化作用：氨

12、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。硫化作用：在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为单质硫酸。参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。硫磺细菌包括丝状硫细菌和光能自养硫细菌。反硫化作用：土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次硫酸盐在微生物的还原作用下形成硫化氢，这种作用就叫反硫化作用。第九章好氧活性污泥：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）与污（废）水中有机物和无机固体物质混凝交织在一起，形成得絮状体或称绒粒。广义的菌胶团：在水处理工程

13、领域内，则将所有具有荚膜或黏液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的细菌团块。菌胶团的作用表现原生动物及微型后生动物的作用：指示作用、净化作用、促进絮凝作用和沉淀作用。好氧活性污泥的培养方式：间歇式曝气培养和连续曝气培养。好氧生物膜：有多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物黏附在生物滤池滤料上或黏附在生物转盘盘片上的一层黏性、薄膜状的微生物混合群体。好氧生物膜的微生物群落有：生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。 第十章脱氮原理：脱氮是利用好氧段经硝化作用，由亚硝化细菌和硝化细菌的协同作用，将NH3转化为NO2-N和NO3-N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO2-N（经反亚硝化）和NO3-N（经反

14、硝化）还原为氮气（N2），溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。聚磷菌：是指能吸收磷酸盐，并将磷酸盐聚集成多聚磷酸盐贮存在细胞内的一群微生物的统称。除磷的生物化学机制 厌氧释放磷的过程：产酸菌在厌氧或缺氧条件下将蛋白质、脂肪、糖类等大分子有机物，分解为3类可快速降解的基质：甲酸、乙酸、丙酸等低级脂肪酸；葡萄酸、甲醇、乙醇等；丁酸、乳酸、琥珀酸等。聚磷菌则在厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的3类基质进入细胞内合成PHB。与此同时释放出PO43-于环境中。 好氧吸磷过程：聚磷菌在好氧条件下，分解机体内的PHB和外源基质，产生质子驱动力将体外的PO

15、43-输送到体内合成ATP和核酸，将过剩的PO43-聚合成细胞贮存物：多聚磷酸盐（异染颗粒）。微污染水源水：是受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低程度污染的水源水。国内的处理对象：有机物和氨氮。国外的处理对象：有机物。第十一章当前各国城市的固体废物采用的处置和处理方法主要有：焚烧法、填埋法和堆肥法。堆肥化：是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物，有控制地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。好氧堆肥发酵微生物：中温好氧的细菌和真菌，好热性的细菌、放线菌和真菌，嗜热高温细菌和放线菌。社区小型化微生物菌种：降解菌和除臭细菌。第十二章固定化酶：从筛选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法（或交联法、载体结合法、逆胶束酶反应系统）等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶。固定化酶和固定化微生物的固定方法：载体结合法、交联法、包埋法、和逆胶束酶反应系统。微生物的胞外多聚物：是微生物在一定的环境条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细胞壁外的多聚化合物，包括荚膜、粘液层及其他表面物质。主要用作表面活性剂、絮凝剂或助凝剂和沉淀剂。絮凝剂有3类：第一类为有机高分子絮凝剂或是助凝剂，第二类为无机絮凝剂，第三类为微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是从微生物体内提取的细胞分泌物，它是具有良好的絮凝作用和沉淀效果的水处理絮凝剂。它的成分是多糖、纤维素