水处置微生物学专家讲座

第九章微生物生态主要内容：水体中微生物分布特征水体自净过程与原理污染水体微生物生态特征水处置微生物学第1页第一节水体中微生物

水中常见微生物种类肉足类鞭毛类纤毛类后生动物非细胞形态微生物——病毒细胞形态微生物原核生物水中微生物真核生物细菌放线菌蓝

藻真菌酵母菌霉菌原生动物藻类（除蓝藻）水处置微生物学第2页种类繁多分布广繁殖快轻易发生变异代谢能力强形体微小数量大

水中微生物特征水处置微生物学第3页1、大气水大气水包含雪和雨；主要由空气中尘埃带来微生物，其中有各种球菌、杆菌、放线菌及霉菌孢子；降水开始时菌数较多，后逐步降低。2、江河水迟缓流动浅水中：丝状藻类、丝状细菌及真菌流动水体中：单细胞藻类与好氧性细菌（上层水）

原生动物（污泥表层）厌氧性细菌（底层污泥）一、淡水中微生物水处置微生物学第4页3、湖泊与池塘水水体相对静止，大部分细菌常随颗粒物质沉入水底，底泥中细菌数较高池塘水：水上层有各种好氧性细菌生长；水体底泥则有各种厌氧或兼性厌氧菌生长；有时可检出各种病原菌湖泊水：上层水体生存着好氧性细菌、真菌及藻类中层水体，生存着光合性紫细菌和绿细菌及其它厌氧性细菌底层水体，生存着厌氧性细菌湖边浅水区内，生存着真菌、原生动物、大量细菌等4、地下水泉水和深井水普通不含细菌及有机质（土壤过滤作用）水处置微生物学第5页海水特点是：含盐高、稳定低、有机质含量少，在海水深处有很高静压力；近海岸边及海底污泥表层菌数较多，但海洋中心部位底泥中菌数低，类似于淡水垂直分布有差异，海水分层主要为革兰氏阴性细菌二、海水中微生物水处置微生物学第6页1、———自然净化物理作用：稀释、沉淀（强）化学作用：日光、氧气等对污染物分解（弱）生物作用：生物降解（食物链）（强）三、水体自净轮虫、浮游甲壳动物天然有机物无机物细菌

藻类原生动物鱼类人废物、排泄物水处置微生物学第7页水体自净：当水体接纳了一定量有机污染物后，在水体物理、化学、生物作用下，将污染物从水中除掉，从而恢复到污染前清洁状态。自净容量:水体自净速度是有限。在正常情况下，水体单位时间内经过正常生物循环中能够去除有机污染物最大数量2、两个概念水处置微生物学第8页3、水体自净详细过程（1）起始段：溶解性有机物被水体稀释，固体物质沉降至河底（2）好氧段：好氧细菌好氧分解有机物为简单无机物和有机物，溶氧降低（藻类放氧和空气氧溶解速率小于耗氧速率）污水水处置微生物学第9页（3）厌氧段：鱼类，原生动物，轮虫，甲壳动物死亡；厌氧菌繁殖，厌氧分解有机物，还原性物质（H2S、NH3增加），溶氧降到最低（藻类放氧和空气氧溶解速率等于耗氧速率）（4）复氧段：有机物完全分解后，耗氧速率降低，藻类大量生长，复氧速率逐步上升，溶氧恢复到原来水平（5）结束段：细菌死亡，藻类降低，鱼虾、原生动物等出现，水质恢复污水水处置微生物学第10页被污染水体都是自净水体！但自净恢复程度不一样，或称污染现实状况不一样。水处置微生物学第11页（1）P/H指数：P代表光能自养型微生物，H代表异氧型微生物。它能够反应水体污染和自净程度。河流自净完成，恢复到原来水平。4、衡量水体自净指标水处置微生物学第12页（2）氧浓度昼夜改变幅度氧浓度高低与细菌含量相关，昼夜变幅与藻类数量相关。水处置微生物学第13页1、水体有机污染指标

BIP指数：无叶绿素微生物占全部微生物（有叶绿素和无叶绿素微生物）百分比。

能够判断水体污染程度四、污染水体微生物生态学特征水处置微生物学第14页2、污化系统当有机污染物质排入河流后，在其下游河段中发生正常自净过程，在自净中形成了一系列连续“带”。因为各种水生生物需要不一样生存条件，对各种有害物质也有不一样耐力。所以，各个带中都可找到一些有代表性动植物。水处置微生物学第15页

污化系统将污染水体划属为不一样污染带类型。分多污带、α中污带、β中污带、寡污带多污带水处置微生物学第16页α中污带水处置微生物学第17页β中污带水处置微生物学第18页寡污带水处置微生物学第19页第十章饮用水生物处理基本原理水处置微生物学第20页一、水中微生物起源接触土壤和尘埃一起由空气中降落随垃圾、人畜粪便及一些工业废弃物进入水体二、水体中病原微生物种类病原细菌寄生虫病毒第一节水卫生细菌学水处置微生物学第21页1、病原细菌病原细菌经水传输疾病主要是肠道传染病。常见肠道传染病菌有：（1）伤寒杆菌革兰氏阴性菌，不生芽孢和荚膜，借鞭毛运动；加热到60℃，30min能够杀死。对5％石炭酸，可抵抗5min。传染路径：水、食物和物品水处置微生物学第22页（2）痢疾杆菌分痢疾杆菌和副痢疾杆菌两种；革兰氏染色阴性菌，无芽孢和荚膜，普通无鞭毛；适宜温度为37℃；耐寒能力强，在阴暗潮湿及冰冻环境下能生存数周；不耐热及干燥，阳光直射即有杀灭作用，加热60℃10分钟即死亡；对1％石炭酸，可抵抗30min。传输方式：取食污染食物和水；蝇类传输水处置微生物学第23页（3）霍乱弧菌革兰氏阴性菌，含有鞭毛，能运动，不生荚膜和芽孢；在60℃下能耐10min，在1％石炭酸中能抵抗5min，能耐受较高碱度；传输路径：水、食物、蝇类水处置微生物学第24页2、寄生虫种类：蛔虫、血吸虫防治：a、使用粪便施肥前，应暴晒或堆肥；b、生活污水浇灌前经沉淀等处理；c、饮用水处理；d、加强水源保护。水处置微生物学第25页3、病毒脊髓灰质炎病毒肝炎病毒其它肠道病毒（埃可病毒和柯萨奇病毒）水处置微生物学第26页1、细菌菌落指数：

1毫升水样在营养琼脂培养基中，于37℃培养24小时后所生长出细菌菌落总数水样接种37℃温度下培养24h数出生长菌落数推算三、大肠菌群和生活饮用水细菌标准水处置微生物学第27页我国《生活饮用水卫生标准》关于生活饮用水细菌标准详细要求以下：细菌总数：小于100(CFU/mL)能够指示水源受有机污染程度，还能够指示该饮用水能否饮用，不过不能说明污染起源和有没有致病菌存在水处置微生物学第28页2、总大肠菌群：又称大肠肝菌群，包含埃希氏菌属，柠檬酸杆菌属，肠杆菌属等十几个肠道杆菌。（1）特点：兼性厌氧，无芽孢，革兰氏阴性杆菌，有些属能够发酵乳糖产酸产气是指示水体被粪便污染一个指标，也是致病菌污染水体间接指标。水处置微生物学第29页（2）大肠杆菌选做致病菌间接指示菌理由：人肠道寄生菌，数量大，对人较安全环境中存活时间与致病菌相同检验技术简便我国《生活饮用水卫生标准》关于生活饮用水细菌标准详细要求以下：总大肠菌群：小于0(CFU/100mL)水处置微生物学第30页第二节饮用水消毒病原微生物去除惯用方法有：一、加氯消毒二、臭氧消毒三、紫外线消毒四、超声波消毒水处置微生物学第31页19世纪40年代世界各国已经普遍采取氯消毒氯衍生物：氯气，次氯酸盐，氯胺化合物有消毒功效次氯酸盐操作安全，成本低，普遍应用一、加氯消毒水处置微生物学第32页（1）不含氨废水：CL2+H2OHOCL+H++CL-HOCLH++OCL-HOCL和OCL-都有氧化能力，含量与pH相关HOCL是中性分子，能够经过胞膜，进入菌体，氧化破坏菌体酶OCL-难于靠近带负电细菌，极难起消毒作用消毒作用与pH相关1、氯消毒机理－以氯气为例水处置微生物学第33页NH3+HOCL

NH2CL+H2ONH3+2HOCL

NHCL2

+2H2ONH3+3HOCL

NCL3

+3H2O产物与HOCL量相关，即与pH相关pH在5～8.5时，NH2CL和NHCL2同时存在NHCL2杀菌力强NCL3在pH为4.4时才产生，普通废水不可能产生氯胺消毒实质还是靠HOCL，作用迟缓，需要水解成HOCL（2）含氨废水：水处置微生物学第34页游离性氯：HOCL和OCL-中所含氯总量化合性氯：氯胺中氯总量各种氯化合物氧化能力用有效氯表示。氯最高化合价态＋7

最低价态－1对于氧化和消毒来说，只有价态高于－1氯才有氧化和消毒能力定量概念是：以CL2作为100％来进行比较，氯化合物所含CL中可起氧化作用百分比。漂白粉为例2、几个概念水处置微生物学第35页漂白粉（CaOCL2）(Ca+2O-2CL+1CL-1),CL+1能够接收2个电子还原为－1价，有氧化能力CL2（CL0CL0）可接收2个电子，变为－1价1molCaOCL2氧化能力相当于1molCL2CaOCL2（分子量为127）有效氯为：2×35.5/127＝56％漂白粉中含CaOCL2最多62.5%左右，所以56％×62.5%＝35％漂白粉所含有效氯为30％左右，最高35％左右？水处置微生物学第36页加氯量分成两部分：需氯量和余氯量需氯量:用于杀死细菌和氧化有机物等所消耗氯量

测定：依据余氯种类和数量氯消毒法：游离性余氯法：水中余氯成份为游离性余氯时化合性余氯法：水中余氯成份为化合性余氯时3、加氯量水处置微生物学第37页4、氯消毒缺点消毒过程中可能与水中腐殖质等物质反应产生致癌，致突变卤代烃（THM）氯还会与酚反应形成有怪味氯酚，余氯为氯胺时排入水中对鱼类有危害，长久使用引发一些微生物抗药性水处置微生物学第38页臭氧1840年被发觉以来就作为氧化剂使用，广泛使用于废水处理中1、消毒机理：分子式O3，氧同素异形体，仅次于氟第二位强氧化剂有很高能量，不稳定，常温常压下结构易变，自行分解为氧（O2）和单个氧原子（O）单个氧原子含有很强活性，对细菌和病毒等有较强氧化能力氧化分解细菌内部葡萄糖氧化酶破坏细菌，病毒细胞器、核酸、蛋白质、脂类等大分子氧化细胞膜上蛋白质和脂多糖，细胞发生通透性畸变，细胞溶解死亡二、臭氧消毒水处置微生物学第39页消毒能力强作用快，杀菌速度比氯快600－3000倍不产生致癌致畸卤代有机物普通是利用空气或氧气和电能制取，不存在原料运输和储存问题2、臭氧消毒特点：水处置微生物学第40页（1）臭氧投加量臭氧浓度越高，杀菌效率越强，但成本过高臭氧少，污水极难到达排放标准（2）污水水质

CODCr和悬浮固体影响较大CODCr消耗臭氧，降低浓度悬浮固体遮护一些细菌，降低直接接触，同时悬浮固体也消耗臭氧亚硝酸盐含量影响也较大3、影响臭氧消毒原因：所以，必须对污水做适当前处理，不然，臭氧消毒是不经济水处置微生物学第41页1910年首次用于饮用水消毒，之后开始普及三、紫外线消毒1、消毒机理－紫外辐射诱变机制DNA碱基吸收光波波长（240－280纳米）与紫外辐射波长（260米）非常靠近，所以碱基对于UV敏感，当有UV辐射时，就会进行吸收，吸收光能会使DNA结构改变。如：胸腺嘧啶聚会形成胸腺嘧啶二聚体。妨碍其复制、转录而封锁蛋白质合成水处置微生物学第42页（1）紫外灯管（辐射波长253.7纳米）伴随使用时间增加，紫外灯辐射强度降低灯管结垢也会影响紫外线穿透力普通国产灯管有效使用时间3000h

国外灯管有效使用时间7500h（2）处理水理化性质悬浮固体可干扰，吸收紫外线，使其射线量降低，同时遮蔽细菌和病毒水层厚影响紫外线穿透率可溶性化学物质如色度，浊度，有机物和铁离子等可吸收紫外线2、影响紫外消毒原因：水处置微生物学第43页（3）微生物类型和数量革兰氏阴性杆菌最敏感，易被杀死，其次是葡萄球菌，链球菌和细菌芽孢，病毒也较敏感，真菌孢子抵抗力最强，一些微生物含有光复活和黑暗修复，降低了消毒效率对人体产生危害链球菌，沙门氏菌和大肠杆菌噬菌体未发觉有此功效（4）外界因子环境温度影响紫外灯辐射强度5－40℃内，温度降低，紫外灯输出功率降低低于5℃，紫外灯管开启困难湿度：过高会恶化电气原件工作条件，空气中小水滴会阻挡紫外线，辐射强度降低。普通湿度宜小于65％，最高小于90％电压：不稳定，影响使用寿命电压低，紫外灯输出功率低，紫外辐射强度降低水处置微生物学第44页（1）按消毒系统设计方式分：明渠型：沟槽中放置由石英管罩住，加以保护紫外灯而使污水从中流过封闭型:将石英管罩住，加以保护紫外灯装入圆筒形密封反应器中，再与污水管连接

明渠型轻易监测和维护，对水流阻力小3、紫外消毒装置水处置微生物学第45页水下照射式：将由石英管罩住，加以保护紫外灯，多层，多段组合，确保紫外线向四面充分辐射

处理水量大，清洗和维修不变水面照射:紫外灯悬挂于水面

便于维修，不过受水层厚度影响大，处理水量小，紫外线利用率低，易对人造成伤害（2）按紫外灯照射方式分：水处置微生物学第46页1、超声波：频率在0Hz以上人耳听不到声波2、特点对于微生物含有破坏能力，超声波频率越高，杀菌效果越好杆菌比球菌易被杀死，大细菌比小细菌易被杀死3、作用机理－空化效应超声波在液体中传输时，形成许多微小气泡（或空穴）在声场作用下空穴被激活，表现为这些气泡振荡、生长、收缩及瓦解等一系列动力学过程。空穴收缩及瓦解瞬间，泡内可展现5000℃以上高温（热效应：超声振动能量被介质吸收，部分转化为热能；介质高频震荡摩擦生热

）和几百到上千个大气压高压，温度改变率高到109K/s，逐步产生自由基、噪声等现象，会产生一系列物理、化学或生物效应。

四、超声波消毒水处置微生物学第47页一、微生物固定化技术概述1、概念固定化技术：采取化学或物理伎俩将游离细胞或酶定位于限定空间区域内，使其保持活性并可重复利用一个技术固定化微生物：将微生物细胞用一定方法进行固定，作为固体催化剂利用第三节微生物固定化技术在饮用水深度处理中应用水处置微生物学第48页（1）大幅度提升微生物浓度（2）酶数量和活性损失较小（省掉提取工艺）（3）固液分离快速（固定化颗粒比重大）（4）耐环境冲击（被高分子材料包埋）（5）对有毒物质承受能力和降解能力增强（6）可依据需要选择有效微生物（7）降低二次污染（8）有利于提升生物反应器内微生物纯度，并保持高效菌种2、微生物固定化技术优点水处置微生物学第49页任何一个限制细胞自由流动技术都可用于制备固定化细胞

（1）吸附法

（2）共价结正当

（3）交联法

（4）包埋法3、固定化细胞制备方式水处置微生物学第50页（1）吸附法物理吸附：使用含有高度吸附能力硅胶，活性炭，多孔玻璃，石英砂等吸附剂吸附细胞到表面使之固定化离子吸附法：细胞在解离状态下可因静电引力（离子键结合）而固着于带有相异电荷离子交换剂上，如DEAE－纤维素，CM－纤维素等

特点：操作简单，反应条件温和，能够重复利用，但结合不牢靠，细胞易脱落水处置微生物学第51页（2）共价结正当细胞表面上功效基团（如α－氨基，α－羧基，羟基等）和固相支持物表面反应基团之间形成化学共价键连接，从而成为固定化细胞。特点：结合牢靠，使用过程中不会发生脱落，稳定性好，但反应条件激烈，操作复杂，控制条件苛刻（3）交联法与共价结正当一样，靠化学结合方法式细胞固定，载体是非溶性，如采取戊二醛或双偶联苯胺等带有两个以上多官能团交联剂与细胞进行交联，可形成固定化细胞特点：反应条件激烈，对细胞活性影响较大水处置微生物学第52页（4）包埋法固定化技术最惯用方法按照包埋剂结构：凝胶包埋法和微胶囊法将细胞包埋于凝胶微小格子内或半透膜聚合物超滤膜内。特点：操作简单，对细胞活性影响较小，固定化细胞球强度较高水处置微生物学第53页4、固定化载体（1）选择标准：对细胞无毒性性质稳定不易被微生物分解强度高寿命长价格低廉水处置微生物学第54页（2）惯用载体按所用物质分：无机载体:多孔玻璃，多孔陶瓷等多糖类载体：纤维素，交联葡萄糖，琼脂等蛋白质类载体：胶原－纤维蛋白，角蛋白，明胶等水凝胶载体：聚丙烯酰胺空心纤维载体：聚氯乙烯等包埋法惯用载体：

凝胶包埋法选取聚丙烯酰胺凝胶，琼脂糖凝胶，聚乙烯醇等

微胶囊包埋法选取乙基纤维素和硝酸纤维素等水处置微生物学第55页1、在有机污染物治理中应用（1）农药杀虫剂废水以甲胺磷为例

菌种：假单胞菌B82，高效降解甲胺磷为对人和动物无毒无机磷

固定化：用聚乙烯醇对菌株进行包埋，同时添加少许海藻酸钠和活性炭，到达吸附和包埋双重效果

效率：固定化B82凝胶小球在pH6-11范围内快速降解甲胺磷，去除率可到达95％以上二、微生物固定化技