1,2019/1/12,废水生物处理,东南大学研究生课程 主讲：李先宁,2019/1/12,2,参考教材： 1、须藤隆一 著, 俞辉群等 编译. 《水环境净化及废水处理微生物学》. 北京：中国建筑出版社, 1988. 2、C.P.Leslie Grady. Jr., Glen T.Daigger, Henry C.Lim 著, 张锡辉, 刘勇弟 译.《废水生物处理》（第二版, 改编与扩充）. 北京：化学工业出版社, 2002. 3、许保玖, 龙腾锐. 《当代给水与废水处理原理》（第二版）. 北京：高等教育出版社, 2000.,《废水生物处理》,东南大学研究生课程,2019/1/12,3,第一章 微生物在环境净化中的作用,§1.1 微生物的特征 1 微生物种类 狭义上：微生物包括细菌、真菌、病毒等； 广义上：还包括原生动物和藻类等 环境微生物学必须把存在于环境中的所有微生物作为研究对象，包括细菌、真菌、病毒、微型藻类和原生动物，还有一部分小于1～2mm的微小后生动物，即袋形动物、环节动物、节肢动物也作为微生物加以探讨2019/1/12,4,2 微生物形态及与污水处理的关系 （1）细菌 1）细菌在污水处理中的作用 与所有生物一样，细菌从氧化反应中移出电子，获得能量和还原势。
废水中本来含有的或是在处理过程中产生的有机物和无机物是最重要的两类电子供体第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,5,以有机物作为电子供体和细胞合成碳源的细菌称为异养菌有机物的去除和稳定化是生物处理中最重要的途径，因此，异养菌在生物处理系统中占主导地位以无机化合物作为电子供体，以CO2作为碳源的细菌称为化学自养细菌，简称自养菌生物处理中最重要的自养细菌利用氨氮和硝酸盐氮的细菌，负责硝化作用，称为硝化细菌第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,6,生物处理中只利用氧作为电子受体的细菌称为专性好养菌，硝化细菌即为最重要的专性好养菌 另一类是专性厌氧菌，只在没有分子氧的情况下才发挥作用，在这两种类之间的细菌是兼性厌氧细菌，简称兼性菌有氧时，它们以氧为电子受体；没有氧时，它们以其它为电子受体往往这类细菌在生物处理中占主要第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,7,有些兼性菌具有发酵特性，即在无氧时利用有机化合物作为替代性最终电子受体，产生还原性的最终有机物其它兼性菌能够进行无氧呼吸，以无机化合物作为电子受体 最重要的兼性菌是能够完成反硝化的细菌，即将NO3 --N还原为N2，此时反硝化菌以硝酸盐作为电子受体。
第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,8,2）污水处理中的常见细菌 组成活性污泥的细菌中，一般通过显微镜可以确认的细菌有形成絮凝体的细菌——生枝动胶菌和形成丝状体的细菌——球衣菌属 动胶菌属是活性污泥絮凝体的重要组成，菌体由明胶状物质加以包覆，经常以指状、树枝状和云状方式增长动胶菌所形成的絮凝体化不仅有利于细菌的淘汰，而且对污泥中的生物相起保护作用 球衣菌属是会形成一种杆菌排列在透明鞘内的丝状体，而这种丝状体往往呈假分枝状第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,9,第一章 微生物在环境净化中的作用,表1-1,气杆菌属具有固氮能力，棒杆菌属没有固氮能力，但却可以在污水处理过程中作为贮存物质而产生大量果聚糖2019/1/12,10,3）细菌的形态：体型小（0.2µm～80µm），缺乏一定的形态特征分为球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌、链球菌、短杆菌、杆菌、梭状杆菌、弧菌、螺旋菌、螺旋体 经过革兰氏染色法处理以后，呈紫色，则判断为革兰氏阳性菌；被染成淡红色则判断为革兰氏阴性菌第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,11,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-1：细菌的形状,2019/1/12,12,细胞在核和细胞质发生分化时，其变化最为明显。
一般认为，核具有与遗传有关的功能，而细胞质则与代谢活动有关在这一点，细菌的细胞与高等植物的细胞没有多大差别不过在细菌的细胞中不存在被膜包围着的核和线粒体等 细菌细胞是由含有细胞内颗粒物和细胞内含物的细胞质以及核组成有些种类的细菌可产生孢子或具有鞭毛第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,13,,第一章 微生物在环境净化中的作用,（2）真菌 1）真菌在污水处理的关系 在正常的活性污泥中，真菌类不占优势但是在细菌繁殖受到抑制的环境，真菌代替细菌而繁殖因而，工业废水或者大量接受工业废水的城市生活污水的活性污泥中产生真菌类的情况还是比较多的 如果丝状菌显著增长，则活性污泥的沉降性能恶化，微生物不会凝聚成絮体，出水不能达到清澈排放的程度，出水水质2019/1/12,14,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-3：丝状菌大量繁殖的形态,2019/1/12,15,2）真菌形态及分类 真菌是属于低等植物的一个门，即菌藻植物门包括霉菌、蘑菇和所有的酵母菌，主要以伸长菌丝的方式摄取营养 通常可分为藻菌纲（phycomycetes）、子囊菌纲（ascomycetes）和半知菌纲（deuteromycetes）。
第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-2：真菌的形态 左：毛霉属（Mucor），右：白地霉属（Geotricham）,2019/1/12,16,2 微生物形态及与污水处理的关系 （3）病毒：一般认为是生物与非生物的中间体，普通光学显微镜下无法观察到的最小微生物只含有DNA和RNA两者中的一种以及保护这种核酸的蛋白质因此，病毒几乎不具有独立代谢功能，只能寄生在一般动植物或微生物的细胞内生长繁殖 寄生在微生物体内并能产生溶菌现象的病毒称为噬菌体（phage），而寄生在蓝藻类的病毒叫做蓝藻噬菌体（cyanophage）第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,17,第一章 微生物在环境净化中的作用,2 微生物形态及与污水处理的关系 （4）藻类：属于一种水生生物，也可生长在潮湿的土壤、石块、木头等表面上，有时也可以与菌类或动物共生 藻类具有叶绿素a，因而能够利用光和作用产生氧气，是所有水生动物食物链的基础，也是最重要的生产者水中有机物生产的绝大多数是依靠微小藻类，即浮游植物（phytoplankton） 藻类细胞大小一般在5～50µm，根据细胞结构和色素体不同而分为①蓝藻门（cyanophyta）、②绿藻门（chlorophyta）、③硅藻门（bacillariophyta）、④金藻门（chrysophyta）和⑤甲藻门（dinophyta）等，有时也将后两个门划为原生动物门鞭毛虫纲。
2019/1/12,18,第一章 微生物在环境净化中的作用,2 微生物形态及与污水处理的关系 （4）藻类 ①蓝藻类：往往形成由单细胞或很多细胞集合而成的丝状体，或者在琼脂膜内形成群体蓝藻类除了叶绿素a和b以及藻蓝素外，有时还含有藻红素正是这些色素使蓝藻呈蓝绿色或蓝紫色实际上，湖泊中形成的水华的藻类多属于蓝藻 ②甲藻类：甲藻类在膜一侧具有长短不一的两根鞭毛，而且多数甲藻类具有坚硬的纤维素壳在赤潮中经常出现的藻类中以这类藻居多2019/1/12,19,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-4：藻类的形态 1：铜锈微囊藻（Microcystis aeraginosa）；2：美丽颤藻（Oscillatoria formosa）； 3：螺旋鱼腥藻（Anabaena spiroides）；4：梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）； 5：被针曲壳藻（Achnathes lanceolata）；6：小毛枝藻（Stigeoclonium lenue）； 7：项圈新月藻（Closterium moniliforme）；8：黄群藻（Synura uvella）,2019/1/12,20,2 微生物形态及与污水处理的关系 （5）原生动物 1）原生动物在污水处理中的作用 原生动物在提高水质方面的作用 a、促进细菌的絮凝作用，提高细菌的沉淀效率； b、特别是固着性原生动物迅速沉降，而且在沉降过程中会把细菌裹起来或黏附在其分泌物上，从而提高了细菌的去除效率； c、原生动物捕食细菌，所以游离细菌几乎被去除；,第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,21,d、由于原生动物的捕食，细菌密度大为下降，因而不仅提高了细菌的活动能力，而且还提高对可溶有机物的摄取能力； e、原生动物的分泌物使细菌活化； f、原生动物本身也摄取可溶性有机物； g、原生动物和一般细菌一起，共同摄取病原微生物。
第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,22,原生动物在降低剩余污泥方面的作用 从细菌到原生动物的转换率约为0.5，所以，只要原生动物捕食细菌便会使生物量减少，减少的部分就等于被氧化 在活性污泥中看不到由于原生动物捕食细菌而引起的有害影响实际活性污泥处理设备中也不会发生因原生动物过分增长而使细菌灭绝的现象换言之，一旦细菌变成絮凝状态后，原生动物就难以加以捕食所以，一般认为，原生动物和细菌的各自浓度在某一范围内处于平衡状态第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,23,2）污水处理中常见的原生动物 原生动物不仅是和细菌一起在污水净化中起主要作用的生物，而且是表示处理过程是否良好的一种重要的指示性生物活性污泥中会出现各种各样的原生动物，但无论在质和量上经常出现的是纤毛虫类1mL正常活性污泥中的混合液中，一般存活着5000～20000个原生动物，70% ～90%为纤毛虫类 表1-2列出了须藤所做实验中最常见的几种原生动物第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,24,第一章 微生物在环境净化中的作用,表1-2 活性污泥中常见原生动物,表1-2可以看出，活性污泥中最重要的原生动物是小口钟虫、沟钟虫和有肋楯纤冲等三种。
2019/1/12,25,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-6：钟虫的形状,2019/1/12,26,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-7：小口钟虫（Vorticella microstoma）的形态,2019/1/12,27,图1-8：沟钟虫（Vorlicella convallarin）的形态,第一章 微生物在环境净化中的作用,返回,2019/1/12,28,图1-9：有肋楯纤虫（Aspidisca costata）的形态 A：腹面，B：横断面 a：正常个体，b：食物多时的个体，c、食物缺少时的个体,第一章 微生物在环境净化中的作用,2019/1/12,29,第一章 微生物在环境净化中的作用,3）原生动物的分类及形态 亦称原虫，与多细胞的后生动物不同，是一种单细胞动物最小5µm左右，最大甚至可达3mm，一般50µm～100µm者居多 可分为： a、依靠一至几根鞭毛运动的鞭毛虫纲； b、依靠伪足运动的肉足虫纲； c、没有运动能力但能形成孢子而寄生的孢子虫纲； d、借助于纤毛运动并具有大核和小核的纤毛虫纲 孢子虫纲因为是寄生性的，所以与环境没有直接的关系2019/1/12,30,第一章 微生物在环境净化中的作用,图1-5：原生动物的构造（左：尾草履虫（Paramecium caudatum）， 右：沟钟虫（Vorticella convallaria）） 1：纤毛；2：胞口；3：胞咽；4：食胞；5：收缩胞 6：大核；7：小核；8：毛胞；9：柄；10：肌丝,,2019/1/12,31,第一章 微生物在环境净化中的作用,2 微生物形态及与污水处理的关系 （6）微型后生动物 微型后生动物中很多种类是属于袋形动物、环节动物、节肢动物的。
袋形动物中有轮虫纲、腹毛虫纲、线形虫纲其中轮虫纲广泛分布在水和潮湿土壤中，咀嚼器的这种构造是轮虫纲分类的重要依据 环节动物中属于寡毛纲原始寡毛目者（如水蚯蚓等）多。