水处理工程生物基础10

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1、1、研究生和本科生的区别 2、如何顺利完成研究生论文 3、课程学习与研究生论文的关系 4、怎么才算一名合格的硕士 5、研究生就业问题王永强，工科楼A430， 86984668，,第十章 废水生化处理理论基础一、,第一节 废水处理生物基础一、概述废水的生物处理方法(也叫生化法) 是利用微生物的新陈代谢作用，使废水中呈溶解状态、胶体状态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质，转化为稳定、无害的物质，从而达到净化的目的。 微生物：单细胞及多细胞生物。 狭义指 菌类生物(细菌、放线菌、真菌及病毒等）广义指除菌类生物及病毒外，藻类、原生动物和一些后生动物。,非细胞结构生物 病毒界 真细菌亚纲原核细胞生物

2、原核生物界 真细菌纲原生动物 放线菌纲真核原生 细菌门 粘细菌纲生物界 真核藻类 立克氏体纲酵母菌 螺旋体纲真菌界 支原体纲真核细胞 霉菌生物 微型后生动物动物界高低等动物低等植物植物界高等植物,具细胞结构生物,生物,蓝藻门（蓝绿细菌）,微生物,微生物一般指体形在0.1毫米以下的小生物，个体微小的特性使微生物获得了高等生物无法具备的特征.微生物的特点：个体极小繁殖快、代谢速率快数量多易变异种类多、分布广、代谢类型多样,微生物(microorganisms)是一群个体微小、结构简单，人的肉眼看不见的，必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能看到的微小生物。,(一)个体极小,微生物的个体极小，由几纳米

3、到几微米,人类肉眼的分辨率为0.1mm，几十甚至上百个细菌排在一起才能看见；光学显微镜的分辨率为0.2um，可以看见大部分微生物的轮廓，而病毒小于02um，在光学显微镜可视范围外，需通过电子显微镜才可看见，电子显微镜的分辨率为0.20.4nm,利用电子显微镜可以清晰地看见各种微生物的结构。,艾滋病毒攻击人体淋巴细胞 电子显微镜放大十万倍 4mm:40nm,微生物的特征,体积小，面积大,杆菌的宽度是0.5微米，因此80个杆菌“肩并肩”地排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。杆菌的长度约2微米，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长。 人的体表面积和相同大小体积的细菌的体表面积相比，人只有细菌的

4、30万分之一。,(二)繁殖快、代谢速率快,生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。例如，大肠杆菌和梭状芽孢杆菌在最合适的条件下，20分钟可繁殖一代。如果它始终处在最适宜的条件下，则一昼夜可由一个细菌产生4.71021个后代，经48h后可产生2.21043个后代。假如一个细菌重量为1012g，那么，这里的总重量将达到2.21025吨。这个重量相当于4000个地球之重。当然，由于种种限制，这种几何级数增殖速度最多也只能维持几个小时。由于这一特点，废水处理中，提供合适的条件， 微生物很快就会达到相当的数量，从而废物处理效率很高。,（三）数量多,由于微生物的生

5、长繁殖速度快，代谢强度大，因此，凡有微生物生存的地方，它们通常都拥有巨大的数量。以下一些数字可说明环境中微生物数量之多：(1)土壤是微生物的“大本营”，其中细菌数量达数亿个g，放线菌孢子达数千万个g，霉菌孢子达数百万个g，酵母菌达数十万个g;(2)全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨(3)人体肠道内菌体总数达100万亿个左右。,(4)新鲜叶子表面微生物数量达100多万个g (5)人们使用的钞票，平均每张纸币上的细菌数多达900万个，大肠杆菌检出率达879。 (6)人的一个喷嚏约含菌4，500150，000个，感冒患者的一个喷嚏含细菌多达8，500万个。一系列的调查数据表明，我们是生活在一个被

6、大量微生物包围着的环境中，只是因为肉眼不可见而常常“身在菌中不知菌”。,(四)易变异,多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异，即使变异频率十分低（如10-510-10），由于数量庞大，也可以在短时间内出现大量变异后代，当环境变化时，微生物会大量死亡，活下来的微生物往往会发生结构和生理特性的变异以适应变化了的环境。,近五十年来，由于工业化的发展出现来大量人工合成的有机化合物，如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂、塑料等。这些化合物对地球来讲是新参加进来的成员。开始，微生物很难降解他们，但由于微生物有很强的变异性特点陆续出现了能分解他

7、们的微生物种类。 微生物易变异的特点对于人类不利处在于在微生物研究中会引起菌种退化，同时在医疗中致病菌对抗生素产生抗药性；但我们也可以利用微生物易变异的特点在废水处理中进行活性污泥的驯化，及选育特定的微生物以分解难降解的有机物等工作。,(五) 种类多、分布广、代谢类型多样,目前已确定的微生物种数还只有10万种左右，其中细菌、放线菌约1500种。苏联微生物学家伊姆舍涅茨基曾估计，“目前我们所了解的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总数的10”。如果这一估计不错的话，将来的某一天，微生物的总数可能会超过目前动、植物的种数之和。 在地球上，微生物的分布可说是无微不至，无孔不入，无远不达。

8、微生物只怕“火”，地球上除了火山的中心区域外，从生物圈、土壤、水圈直至大气圈、岩石圈，到处都有微生物的足迹。,微生物的代谢类型极其多样，其“食谱”之广是任何生物都不能相比的。凡自然界存在的有机物，都能被微生物利用、分解。 例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解90种以上的有机物，可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。 有些微生物还可利用有毒物质如酚、氰(脂)化物等作为营养。再如，汞是一种人所共知的环境毒物，有一类微生物能使汞甲基化，进一步加大汞的毒性和危害；又有另一类抗汞微生物，可使甲基汞变为元素汞，从而可利用于回收汞，去除汞害。在废物处理中，我们能很容易找到用于处理各种污染物质的微

9、生物菌种。,二、废水处理过程中的微生物给水和废水处理涉及的微生物的种类很多，主要三类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和非细胞结构的病毒(噬菌体)。 （一）原核细胞微生物原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞器等。包括：细菌、放线菌、蓝细菌等，其结构如图所示。,细菌(真细菌)细菌是废水和给水处理中最重要的一类微生物。它是一种单细胞的类似植物的生物。细菌的大小一般为0.51.0微米。细菌具球形、杆状及螺旋等形状分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。细菌以单个或群体，通常以二分裂法繁殖。,细菌细胞的最外层为细胞壁(cellwall)，厚约20 nm，是具有较强的坚韧性的一层薄膜，起

10、固定细菌形态和保护细胞的作用。细胞壁由脂类、蛋白质和多糖的聚合物组成，其功能主要有：固定细胞外形；保护细胞免受外力的损伤；阻拦大分子物质进人细胞；协助鞭毛运动；使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性。,细胞壁在细菌分类鉴别中有着十分重要的地位。在细菌染色中有一种常用的染色方法称为革兰氏染色，所有的细菌通过革兰氏染色被区分为两类革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,细胞膜是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜，厚约l0nm，其化学组成主要是脂类和蛋白质。这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上具有与物质渗透有关的酶类，在吸收营养物质和排除废物方面起着至要作用。由于它含有核糖核酸的成分，是嗜碱性的，与碱性染料结合能

11、力较强。,胞膜里面的细胞质是一种无色透明而粘稠的胶体。其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。细胞质内具有各种酶系统能不断 地进行新陈代谢活动。年幼细菌的细胞质非常稠密、均匀、很容易染色。成熟细胞的细胞质内含有颗粒状态的贮藏物质，又由于细菌的生命活动产生了许多空泡，染色能力较差，导致着色不均匀。,细菌的新陈代谢活动是在细胞质内进行的，核物质在细菌细胞质内，由于没有核膜，因而是分散不定型的，它具有双螺旋的环形DNA（脱氧核糖核酸）结构，是细菌遗传变异的物质基础，具有真核细胞细胞核的功能。质粒是细菌的另外一种遗传物质，为小环状DNA分子，它可以独立地复制，稳定地遗传。在处理含毒物质废水及复杂的人工合

12、成有机废水时，常借助降解性质粒和抗性质粒等的去除作用。,细胞质的中间体是由于细胞膜陷于细胞质内而形成的，所以是与外界相通的一种结构，其功能是进行呼吸作用和供给细胞能量。细胞质内的载色体膜结构，也是由细胞膜内陷形成的，是进行光合作用的场所。,不同细菌形成不同形状的菌胶团，有分枝状的、垂丝状的、球形的、椭圆形的、蘑菇形的、片状的以及各种不规则形状 的。菌胶团细菌藏在胶体物质内，一方面对动物的吞噬起保护作用，同时也增强了它对不良环境的抵抗能力。菌胶团是活性污泥和生物膜的重要组成部分，有较强的吸附和氧化有机物的能力，在废水生物处理中具有重要作用。活性污泥性能的好坏，主要可根据所含菌胶团多少、大小及结构

13、的紧密程度来确定。新生胶闭 (即新形成的菌胶团)颜色较浅，甚至无色透明，但有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强。老化了的菌胶团，由于吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，而像一团烂泥似的，生命力较差。一定菌种的细菌 在适宜环境条件下形成一定形态结构的菌胶团，而当遇到不适宜的环境时，茵胶团就发生松散，甚至呈现单个细菌，影响处理效果。因此，为了使 废水处理达到较好的效果，要求菌胶团结构紧密，吸附、沉降性能良好。这就必须满足菌胶团细菌对营养及环境的要求。,某些杆菌和极少数球菌能在菌体内形成圆形或椭圆形的内生孢子，称为芽孢。芽孢是这些细菌在生长发育过程中特殊的休眠细胞形态，是在一定环境条件下细胞

14、质和核质浓缩凝集所形成的。水分少，一般在 40左右且不易透水，代谢活力也较弱，所以能够抵抗极不适宜的环境。一般说，普通细菌在7080时煮10min就死亡，而芽孢在120140 时还能生存几小时，又如在5石炭酸(苯酚)溶液中普通细菌很快死亡，而芽能忍耐15d之久。另外，芽孢对干燥和辐射的抵抗力也很强。在废水生物处理过程中，特别是处理有毒废水时，都有芽孢细菌的生长。还有些细菌可以形成一种由菌体内向菌体外伸出的细而长的鞭毛。鞭毛由特殊的鞭毛蛋白组成，呈空心柱状结构，它是细菌的运动器官。,有鞭毛的细菌很容易失去鞭毛而停止游动。无鞭毛的细菌在液体中只能呈分子运动。有些细菌的表面长有许多细而短和直的纤毛(

15、或菌毛)，其组成与鞭毛相同，但与运动无关，能帮助细菌呼吸，并在固着物表面以及菌体之间粘成菌醭。水处理所涉及的细菌种类很多，主要的菌种有下列十一类。对给水 处理而言，由于细菌在常规过程中不参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质。对废水的生物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机污染物，是生物絮体和生物膜的基本成分。(1)假单胞菌属(2)动胶菌属,（3）产碱干菌属 （4）黄杆菌属 （5）芽孢杆菌属 （6）埃希氏菌属 （7）微球菌属 （8）葡萄糖菌属 （9）甲烷杆菌属 （10）甲烷八叠球菌属 （11）甲烷球菌属,(1)假单胞菌属(Pseudomomas) 细菌中较大的菌属，有200多种细菌，在环境和水体中极常见。菌体呈直杆状或微弯曲的杆状，菌体的大小0.50.8微米，长1.53.0微米。革兰氏染色阴性，不产生芽孢，具有端生一根或丛生鞭毛，为化能异养型。能利用多种有机物，包括一些较复杂不易为其它微生物利用的化合物，在自然界物质转化中起着广泛而重要的作用。属需氧性细菌。有的能使硝酸盐还原，具有接触酶，多数菌种能产生水溶性萤光色素。少数菌种为病原菌；,