水处理微生物学

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1、水 处 理 微 生 物 学 （Water disposition microbiology),课程简介,水处理微生物学是一门理论性和实践性较强的学科，它属于应用微生物学范畴。随着现代生物科学的迅速发展，微生物学已渗入到各有关的学科领域。水处理微生物学就是应用现代微生物学、遗传学、生物化学、水生生物学、环境生态学等有关的知识来研究水的卫生、废水处理等与环境保护和人民生活有关的问题。 本课程的任务是使学生掌握微生物生命活动基本规律及相关研究方法。初步学会应用微生物学基本理论和基本技能，分析解决水的卫生、废水生物处理方面的生产实际问题，同时结合本课程的特点，培养学生的辨证唯物主义的世界观，培养学生独

2、立思考的能力和动手操能力。 主要目的 1 掌握微生物的形态、结构、生理特性及生长、遗传的规律等。2 了解水中的细菌分布，掌握水中的常见病原细菌的形态特征3 学习水中微生物的基本检测和控制方法。 4 学习并掌握微生物对无机物、有机物的转化途径、方法。5 掌握废水生物处理的几种方法：生物塘法、活性污泥法、 滤池法、污泥消化、好 氧、厌氧生物处理废水的基本程序机理.6 掌握微生物的基本研究方法和实验技能，培养良好的实验动手力，能够基本独立成综合性的实验。 7 能够辨认水中常见的微生物类群，辨认各类微生物菌落。,理论课内容：,绪论 第一章 细菌的形态和结构 第二章 其它微生物的形态和结构 第三章 细菌

3、的生理特性 第四章 细菌的生长和遗传变异 第五章 水的卫生细菌学 第六章 废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物,实验课内容：,实验一、油镜的使用和细菌形态观察 实验二、细菌的简单染色和革兰氏染色 实验三、细菌特殊形态及放线菌形态观察 实验四、真菌形态及四类微生物菌落特征观察 实验五、微生物大小测定及显微镜下直接计数 实验六、培养基制备与灭菌 实验七、水中微生物的分离计数与接种练习 实验八、水中大肠菌群的检测,绪论,主要内容： 第一节 水处理简介 第二节 微生物与水处理微生物学,第一节 水处理简介,一 天然水资源,海水：97 淡水：2.7%（河、湖、地下水）,地球水的总量 14亿立方公里,

4、少部分生活、生产,2 中国总的水资源现状,2.7万亿立方米。 居世界第六位。世界人均占有量的四分之一。,水资源分布不均衡（西北、华北贫乏） 北京水资源资料： 为全国人均水量的六分之一， 世界人均二十五分之一 在世界120个国家的首都居百位以下。,严重缺水,全国有40个城市严重缺水。 约有4000万人、300多万头牲畜吃水困难。,淡水危机,2 我国废水利用状况,废水300多亿立方米 / 年,80工业废水 85废水未处理就排放,污染严重，可利用率减少。,水污染造成经济损失 300亿元 / 年,二 水污染的来源、途径及危害,1 工业污染源 主要污染地下水和地面水,新鲜水,工厂,废水（中间原料）,冶金

5、电镀业重金属 化工业有毒品、酸碱 食品业有机物 炼油业油类 核工业放射性物质,燃煤,我国排放SO2 1500万吨 / 年。 世界排放最多。 形成硫酸雾、酸雨。,汞污染,形成“水俣病”,镉污染,形成“骨痛病”,水俣病,短期排放，急性中毒,农业减产,粮食减产 一百亿公斤/ 年,2 生活污染源,污染地面水、地下水。,1848年，伦敦，粪便污染水体，霍乱流行，数万人死亡。,1988年，上海，居民吃污染的毛蚶，甲肝流行，患病人达29万/ 两个月。,（1） 流行病爆发,世界卫生组织报告：,全世界80的疾病与水有关。 伤寒、霍乱、胃炎、痢疾、肝炎、沙眼,（2）水体的富营养化,含氮、磷的水排入水体。,海洋赤潮

6、,池塘水华,3 面源污染,农田施化肥、农药流失。,氮流失 污染饮用,亚硝酸盐 仲胺,亚硝酸胺（致癌）,农药：在人体内累积。,三 给水与废水处理,1 水处理的概念的变更,（1）20世纪50年代以前,从天然水源取水，供生活和工业的使用给水处理 对使用过的水进行的处理（排放目的）废水处理,给水与废水处理简称为水处理。,（2）目前的认识,水污染严重 水源渐紧张,废水可以作为水源，水的再生（reuse)或再用（renovation）,注：水源、水处理与用水三者之间应作为一个整体看待。这种对于水的全面观点尤其重要。,2 水处理的目的,（1）去除水中影响水使用的杂质和污泥 ,（2）在水中加入新的成分改变水的

7、化学性质，满足用水要求,如：加氯水防龋齿病 加缓冲剂和缓垢剂控制循环冷却水腐蚀结垢,3 水处理的方法,（1）物理化学法 漩流分离 离心沉淀 磁化处理 反渗透 超滤 化学氧化 活性炭吸附,3 水处理的方法,（2）生物法（又称生物化学法）本课程的最主要内容,通过微生物的生命活动过程，把废水中的有机物转化为新的微生物细胞以及简单形式的无机物。,废水中的有机物,微生物 生命活动,新的微生物细胞 简单形式的无机物,包括：,什么是微生物和水处理微生物学？ 微生物的特性 水处理中的微生物及作用 微生物分类、形态、结构、营养、生长、代谢 各类微生物在水中消长变化规律 水的卫生细菌学研究基本内容 如何利用微生物

8、处理废水,第二节 微生物与水处理微生物学,本节主要内容： 一 微生物学发展简史 二 微生物及其特性 三 水处理微生物学的概念 四 微生物在给水排水工程中的作用,一 微生物学发展简史,微生物的世界：,感性认识阶段（史前期）,细菌冶金,沤粪肥田,提倡轮作,麦曲治泻,防重于治,刮骨疗毒,种痘防花,制曲酿酒,微生物学的发展包括三个阶段： 1 形态学发展阶段 2 生理学发展阶段 3 分子遗传学发展阶段。,1 形态学发展阶段,微生物学的开山鼻祖 列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek，荷兰） 1673年用自己制造的显微镜观察到了被他称为“小动物”的微生物世界。,彻底否定了自然发生说,证实发

9、酵由微生物引起,巴斯德的功绩,免疫学预防接种,发明巴氏消毒法,2 生理学发展阶段,无菌营养液,出现微生物,无菌营养液,无生命出现,加热,无菌营养液,无生命出现,巴 斯 德 的 曲颈瓶实验,J.D.Waston, H.F.C.Crick 发现DNA双螺旋模型,3 分子生物学发展阶段（成熟期）,分子技术在微生物研究中的应用,抗生素科学的出现 青霉素（antibiotic)的发现,DNA双螺旋，DNA重组技术,细菌染色体结构和全基因组测序,二 微生物（Microbe Microorganism),微生物的概念：一群形态、结构 简单的微小生物。 在显微镜下才能 看到。大多为单 细胞。,微生物的共性,1

10、 个体小，形态简 细菌（um)。光学显微镜 病毒（nm)。电子显微镜,SARS,微生物的共性,2 分布广，种类多； 温泉、雪山、 深海、盐碱地、 土壤、空气、水,微生物的共性,3 繁殖快，数量大； 大肠杆菌每1720分钟繁殖一代。裂殖（一分为二）,4 比值大，代谢强； 表面积与体积比值大 乳酸菌发酵比自身重 1000倍的糖/小时。 原因：呼吸速率快。,微生物的共性,5 适应强，易变异。 青霉素生产菌的发 酵水平由每毫升20 单位上升到近10万 单位,微生物的共性,微生物学（Microbiology): 研究微生物及其生命活动规律的科学。,水处理微生物学（Water disposition mi

11、crobiology): 研究与水处理有关的微生物及其微生物在水处理中生命活动规律和作用的科学。,三 水处理中的微生物,水中的微生物,非细胞形态的微生物病毒,细胞形态的微生物,原核生物,真核生物,细菌 放线菌 蓝细菌（蓝藻）,藻类（除蓝藻外） 真菌 原生动物 后生动物,2 原核生物和真核生物的区别,3 分类单位,界、门、纲、目、科、属、种,最基本分类单位：种,四 微生物在给水排水工程中的作用,1 污染水源 了解水中的致病菌，设法去除，防止传染病的蔓延； 使水生色或产生气味。 2 阻塞滤池、管道 影响水厂正常运行。冷却器、凝结器堵塞。 3 影响工业产品的质量 4 利用微生物处理废水 5 利用微生

12、物进行水体的自净。,第一章 原核微生物,第一节 细菌,细菌的特点 1 原核细胞微生物仅有原始的核物质，没有核仁与核膜分化。 2 无细胞器。 3 单细胞，透明或半透明,是给水与废水处理中最重要的一类微生物！,一 细菌的外形和大小,外形 大小,（一） 外形（光学显微镜观察）,分三类,球状菌 杆状菌 螺旋状菌,1 球状菌,(1)单球菌 分裂后的细胞分散而单独存在的球菌. 如尿素微球菌(Micrococcus ureae),1 球状菌,(2)双球菌 分裂后两个球菌成对排列的为双球菌. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),双球菌,1 球状菌,(3)链球菌 分裂是沿一个平面进行

13、，分裂后细胞排列成链状. 如乳链球菌 （Streptococcus lactis）,链球菌,1 球状菌,(4)四联球菌 分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形. 如四联微球菌 （Micrococcus tetragenus）,四联球菌,1 球状菌,(5)八叠球菌 按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形. 如藤黄八叠球菌 （Sarcina ureae),八叠球菌,1 球状菌,(6)葡萄球菌 分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。 如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus),葡萄球菌,2 杆状菌,在细菌中种类最多，形态差别

14、最明显,短杆菌：大肠杆菌 长杆菌：枯草杆菌,多数单个存在， 也有成链状。,平截：炭疽芽孢杆菌稍圆：大肠杆菌 较尖,破伤风杆菌,炭疽芽孢杆菌,大肠杆菌,3 螺旋状菌,螺菌：呈多弯曲 弧菌：呈弓形,总结,细菌有三种基本形状：球状、杆形和螺旋状菌。 一般，幼龄菌和生长条件适宜，菌体形态正常； 老龄菌或在有药物等不适宜条件下，细菌出现畸形。,（二 ）细菌的大小,1 测量工具：测微尺在显微镜下测量,目镜测微尺 镜台测微尺,2 计量单位：微米（um),3 测量方法：,球菌：测直径。例 0.52.0um 杆菌：测宽度与长度。 螺旋菌：测宽度与空间长度。,宽长（um)。例 0.51.02.0(um),有关细菌

15、大小的记载，常是平均值或近似值。,同一种菌，刚分裂产生的子细胞较小， 长大后为原来的一倍； 培养数小时后的幼龄菌比老龄菌大； 经制片染色后的菌体大小比活菌小1/3； 负染色后的菌体比原来的菌体大。,为什么,？,3 细菌的染色,细菌是透明或半透明，染色后宜于观察。 常用的染色法有：,1 简单染色：常用来观察细菌的形态、大小和排列方式。 用一种染液染色菌体。一般菌体被染上染料的颜色。,2 革兰氏染色法（Gram stain)：细菌的鉴别性染色。 是一种经验染色法。是丹麦医生革兰（Hans Christian Gram)于1884年采用。,为什么染色？,1,2,3,4,？,二 细菌的细胞结构（以真细菌为例）,（一 ） 细菌的基本结构 （二）细菌的特殊结构 （三）细菌的繁殖,一 细菌细胞的基本结构 1 细胞壁（与革兰氏染色有关 2 细胞膜 3 原生质 4 核质 5 内含物,细菌的细胞结构,1 细胞壁,（1）位置,位于细菌细胞的最外层,（2）作用,保持细胞的形状，保障在不同渗透压条件下生长； 鞭毛的支点； 分子筛的作用,细菌的细胞结构,肽聚糖层,氨基糖,肽链氨基酸组成四肽链,N乙酰葡萄糖胺（N-acetyglucosamine,NAG),