环境微生物课件

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1、第-章 环境中的微生物 大气中的微生物 水体中的微生物 土壤中的微生物 极端环境中的微生物,第一节空气中的微生物 (in air) 干燥、紫外线 1. 微生物的暂时存在场所 2. 人类活动对空气质量的影响 3. 微生物在空气中的传播 3. 空气传播的疾病 结核、流感、“非典” 4. 空气质量与人类健康,5. 空气中微生物的检测 琼脂平板暴露空气5 min，37C48hr 洁净空气：30个以下 普通空气：30-150 污染空气：300以上 6. 空气消毒方法 紫外线、福尔马林等药物熏蒸或喷雾,第二节水体中的微生物（in water）,一 淡水中的微生物 1. 来源: 土壤、雨水 2. 数量和种类

2、： 贫营养细菌（oligotrophic bacteria） 兼性贫营养细菌 富营养细菌 硫细菌、铁细菌、色杆菌属 微球菌属,3. 饮用水的卫生标准 大肠菌群：3个/L 细菌总数：100个/ml 4. 水体中微生物的影响因素 营养、温度、溶解氧 5. 人类活动对水体的影响 6. 保护水资源,二海水中的微生物 1. 特点 嗜冷、嗜盐或耐盐、耐压 2. 海洋微生物的重要性 光合作用 海洋微生物与自然界物质循环 海洋微生物资源,第三节土壤中的微生物（in soil） 一.土壤是微生物的突然培养基 1. 营养丰富 2. 水分满足 3. 酸碱度, 渗透压 4. 氧气 5. 温度,(二) 土壤中微生物的分

3、布 1. 种类分布 异养种类较多 细菌90-230kg/亩 细菌 放线菌 真菌 藻类 原生动物 2. 垂直分布 5-22cm 数量最多 逐渐减少, 2m深处几个/克 3. 数量和种类随季节而变化 4. 微生物对土壤的作用,第四节. 极端环境微生物（extremophiles） 1. 嗜热菌（Thermophiles） 2. 嗜冷菌（Psychrophiles） 3. 嗜酸菌（Acidophiles） 4. 嗜碱菌（Basophlies, alkalophiles） 5. 嗜盐菌（Halophiles ） 6. 嗜压菌（ Barophiles ） 7. 抗辐射的微生物,隐蔽热网菌 （Pyrodi

4、ctium occultum）,嗜酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）,水生嗜热杆菌 (Thermus aquaticus),第-章 微生物与自然界物质循环 微生物与环境之间的相互关系 生态系统：生产者：植物 微生物 消费者：动物 植物 微生物 分解者：微生物 促进自然界物质循环,1. 微生物与碳素循环,微生物对纤维素的分解,分解纤维素的微生物 好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。 放 线 菌链霉菌属。 真 菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。,微生物对半纤维素的分解,分解菌：分解纤维素的微生物大

5、多数能分解半纤维素。许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉,微生物对果胶(pectin)类物质的分解,降解果胶类物质的微生物中，好氧细菌有芽孢杆菌、软腐欧氏菌等，厌氧细菌费氏浸麻菌等、真菌有青酶、曲霉、毛酶、根酶等,微生物对淀粉(starch)的分解,淀粉分解菌：分解淀粉的微生物有细菌、放线菌、真菌。其中以细菌和真菌的分解能力较强,微生物对石油的降解,1石油成分的生物降解性 A链长度 链中等长度（C10-C24）链很长的（C24以上）短链 B链结构 直链 支链 不饱和 饱和 烷烃 芳烃 C.链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环

6、芳烃极难降解,2降解石油的微生物 降解石油的微生物很多，据报道有200多种 细 菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属 放线菌 诺卡氏菌 酵母菌 假丝酵母 霉 菌 青霉属、曲霉属 藻 类 蓝藻和绿藻,石油的降解机理 A链烷烃的降解 B无支链环烷烃的降解 C芳香烃：芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。,第二节 微生物与氮素循环,1）固氮作用：固氮微生物 2）氨化作用：异养菌分解作用 3）硝化作用：化能自养菌 4）同化作用：异养菌吸收 5）反硝化作用：化能异养菌无氧呼吸,3. 微生物与硫素循环,微生物与磷素循环,磷酸盐的转化 微生物产酸 同化作用合成自身

7、土壤中的难溶磷酸盐可溶性磷酸盐卵磷脂、核酸、ATP 洗涤剂中的可溶性磷酸盐 卵磷脂、核酸、ATP 厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原为PH3,第-章 农业环境污染的微生物修复,环境污染物：排入大气、水域和土壤，引起环境污染、对人和环境有不利影响的物质 无毒有机物：纤维素、淀粉、蛋白质、脂类 有毒有机物：苯酚、多环芳烃、多氯联苯、 有机农药等 无毒无机物：酸、碱、无机盐、氮、磷等 有毒无机物：各类重金属、氰化物、氟化物,第一节 微生物对有机污染物的降解,一.微生物对污染物降解的一般途径： 1.矿化作用：如氧化、还原、水解、脱水、脱氨基、脱羧、脱卤和裂解等作用 2.共代谢作用

8、二.影响微生物对有机污染物的降解的因素 1.污染物质的化学结构 2.共代谢作用 3.物理化学因素 4.降解或转化的中间或终产物毒性,多氯联苯(polychlorinated biphenyl)类,降解菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体 通过共代谢完成氯苯的完全降解。,多氯联苯类降解,多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons),多环芳烃是指具有三个或三个以上的苯环结构的芳香化学物质。多环芳烃的衍生物多具有强烈的致癌性。 A.多环芳烃的降解菌：气单胞菌属、芽孢杆菌束、黄杆菌属、假单胞菌属等,多环芳烃降解,洗涤剂,可分为阴离子型、阳离子型

9、、非离子型、两性电解质四类。 降解洗涤剂的微生物 细 菌：假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 放线菌：诺卡氏菌,洗涤剂降解,塑料,危害：白色污染 (1) 土地板结 (2) 被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，引起死亡。 (3 )影响景观 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些成员。,塑料降解,农药,杀虫剂、除草剂等 化学成分：有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）,3）降解质粒 抗药性质粒、降解性质粒、载体质粒 70年代以来，发现了许多具有特

10、殊降解 能力的细菌，其降解酶是由质粒编码的 许多生物降解酶系均是由质粒编码,氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合,第三节 微生物对重金属的转化,微生物对重金属的氧化还原作用,微生物对重金属的甲基化作用,汞的甲基化是由微生物依靠甲基化辅酶形成的。 汞甲基化微生物： 细菌甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌 真菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。,Hg2+ Hg+ -CH3 Hg(CH3) 2,甲基化辅酶,甲基化辅酶,其它重金属的转化 其它重金属的转化与汞的情况十分相似，重金属普遍可以被微生物甲基化，而且甲基化的重金属普遍毒性大为提高，这些金属包括砷、硒、铅

11、、锡、镉、锑等,第-章 微生物对三废的处理,第一节微生物对废水的处理,好氧生物处理,好氧活性污泥中的微生物群落,菌胶团的作用,菌胶团：起絮凝作用的细菌形成的细菌团块。 强生物吸附能力和氧化分解有机物的能力； 为原生动物提供良好的生存环境和附着场所； 指示作用，颜色、透明度、数量、颗粒大小即结构松散程度,活性污泥絮状体的作用,有机物的吸附或黏附及其分解； 属离子的吸附； 防止原生生物对细菌的吞食； 加强污泥的沉降性，有利于泥水分离,工艺流程,生物膜法,好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等,好氧生物膜中的微生物群落,生物滤池（塔）中

12、的分层特征表（纵向）,同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比,同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理 优缺点对比,厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法,厌氧法的优点,1产生的沼气可用于发电或作为能源 2对营养物的需求量少 好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。 3产生的污泥量少，运行费用低 繁殖慢；不需要曝气,厌氧法的缺点,1出水的有机物浓度高于好氧处理； 2对温度变化较为敏感； 3厌氧微生物对有毒物质较为敏感； 4. 初次启动过程缓慢,处理时间长 5处理过程中产生臭气和有色

13、物质,厌氧活性污泥净化废水的作用机理,（1）水解阶段 （2）发酵阶段 （3）产乙酸阶段 （4）产甲烷阶段,稳定塘生物处理,稳定塘是一种大面积，敞开式的污水处理系统：废水在稳定塘中停留一段时间，由藻类的光合作用产生氧，以及从空气溶解的氧来调节氧的状态，以微生物为主的生物对废水中的有机物进行生物降解。 稳定塘是利用细菌与藻类的互生关系，来分解有机污染物的废水处理系统；细菌主要利用藻类产生的氧，分解稳定塘内的有机物，分解产物中的二氧化碳、氮、磷等无机物，以及一部分低分子有机物又成为藻类的营养源：增殖的菌体与藻类又可以被微型动物所捕食。,生物脱氮和生物除磷,污、废水脱氮、除磷的具体指标 一级标准 废水

14、磷含量在05mg/L 氨氮 15mgL,脱氮原理,a.缺氧反硝化 细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌） 反应：NO3-N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气 碳源：原水中BOD 硝酸盐来源：回流出水中的硝化产物 b.好氧脱碳硝化 脱碳氧化去除COD 脱碳菌好氧有机物呼吸的细菌，以有机物为碳源 硝化菌好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源 （NH4+NO2-NO3-）,微生物脱氮工艺,微生物除磷原理,依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）聚磷，再从水中除去这些细菌,微生物除磷工艺,第二节 废渣的生物处理,1. 高温堆肥 2. 卫生填埋 3.焚烧处理 4.综合处理,高温堆肥,(1)发热阶段 (2)高温阶段 (3)降温腐熟保温阶段,卫生填埋,（1）好氧分解阶段 （2）厌氧分解不产甲烷阶段 （3）厌氧分解产甲烷阶段 （4）产甲烷阶段,典型工艺流程,添埋工艺新进展,（1）生物反应器式填埋技术 （2）供氧的填埋技术,第三节 废气的生物处理,废气生物处理原理,生物净化废气的实质是利用微生物的代谢将废气分解为简单的无机物。由于这一过程在气相中很难进行，所以废气必须先经历由气相转移到液相或固相表面的液膜中的传质过程，才能被微生物吸附降解,废气生物处理反应器中的微生物相,当处理挥发性有机污染物时，反应器中的微生物以异养微生物为主 当处理挥发性只含无机污染物时，反应器中的微生物以自养微生物为主,工艺类型,