氧化塘中的微生物讨论

1、水处理微生物学小班讨论（三）水处理微生物学小班讨论（三）组长 黄海 组员 孙佳琪 彭菲 周志宇 吴子豪 黄塘甥 王忠玉 姜顺彬讨论选题 选择 1）污水处理厂的活性污泥 2）某氧化塘污泥层 3）家庭鱼缸水体的主要微生物 中一例，分析其夏、冬两季中主要微生物的营养， 代谢，生长繁殖以及菌群变化状况以及这些变化对于水处理工艺和方式的意义。讨论的目的 深入了解微生物在生命过程中的营养，代谢，生长繁殖以及生态之间的相互作用和联系。氧化塘 氧化塘的结构及净化机制 氧化塘系统的类型 氧化塘的主要特点 氧化塘的效益 氧化塘发展趋势 氧化塘污泥层中的主要微生物氧化塘的结构及净化机制 氧化塘是一种天然的或经过一定

2、人工修整的有机废水处理池塘，又称稳定塘或生物塘。 目前国内外普遍采用厌氧、兼性和好氧串联氧化塘。每塘又由于水深浅不区分为好氧区、兼性区和厌氧区。 氧化塘的净化作用主要是通过氧化、还原和合成过程去除污水中的污染物（生物可降解的物质）。生物不能降解的物质，则由污水中物理化学性质的变化而发生氧化、还原、凝聚及沉降作用而沉淀除去。（一）厌氧塘 厌氧塘的水深一般在25m以上，最深可达45m。当塘中耗氧超过藻类和大气复氧时，就使全塘处于厌氧分解状态。因而，厌氧塘是一类高有机负荷的以厌氧分解为主的生物塘。其表面积较小而深度较大，水在塘中停留2050d。 它能以高有机负荷处理高浓度废水，污泥量少，但净化速率慢

3、、停留时间长，并产生臭气，出水不能达到排放要求，因而多作为好氧塘的预处理塘使用。厌氧塘前应设置格栅、普通沉砂池，有时也设置初次沉淀池，其设计方法与传统二级处理方法相同。厌氧塘的主要问题是产生臭气，目前是利用厌氧塘表面的浮渣层或采取人工覆盖措施(如聚苯乙烯泡沫塑料板)防止臭气逸出。也有用回流好氧塘出水使其布满厌氧塘表层来减少臭气逸出。（二）兼性塘厌气细菌好气细菌藻类CO2O2CH4沉淀物溶解物阳光生物氧化光合作用沉淀沉淀降解物水面它不仅可去除一般的有机污染物，还可有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物，如木质素、有机氯农药、合成洗涤剂、硝基芳烃等；因此，它不仅用于处理城市污水，还被用

4、于处理石油化工、有机化工、印染、造纸等工业废水。（二）兼性塘兼性塘的有效水深一般为1.02.0m，通常由三层组成，上层好氧区、中层兼性区和底部厌氧区。 好氧区兼性区厌氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘基本相同。塘水溶解氧较低，且时有时无。这里的微生物是异养型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧的条件下，以硝酸根和碳酸根作为电子受体进行无氧代谢。无溶解氧，可沉物质和死亡的藻类、菌类在此形成污泥层，污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解。与一般的厌氧发酵反应相同，其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程。发酵过程中未被甲烷化的中间产物 (如脂肪酸、醛、醇等)进入

5、塘的上、中层，由好氧菌和兼性菌继续进行降解。而 CO2、NH3等代谢产物进入好氧层，部分逸出水面，部分参与藻类的光合作用。 （三）好氧塘 好氧塘净化有机污染物的基本工作原理如图所示。 藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH值呈昼夜变化。白昼，藻类光合作用释放的氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时塘水的溶解氧浓度很高，可达到饱和状态。夜间，藻类停止光合作用，且由于生物的呼吸消耗氧，水中的溶解氧浓度下降，凌晨时达到最低。阳光再照射后，溶解氧再逐渐上升。好氧塘的pH值与水中CO2浓度有关，受塘水中碳酸盐系统的CO2平衡关系影响。（三）好氧塘塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。有阳光照射时，塘内的藻类进行

6、光合作用，释放出氧，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，二者使塘水呈好氧状态。塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质(细胞增殖)，其代谢产物则是藻类光合作用的碳源。白天，藻类光合作用使CO2降低，pH值上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有中止，CO2累积，pH值下降。我国氧化塘的主要特点充分利用地形，工程简易超大型氧化塘工程净化和利用相结合广谱、高效和稳定的净化能力人工强化系统塘研究和应用氧化塘接纳的污水中不仅含有以BOD、COD为代表的有机物，还有微量酚、氰、镉、铬、砷、铜、锌以及有机氯、有机磷农药和难分解的多环芳族化合物

7、。上述污水进塘以后，经长时间停留，可达二级污水处理水平。氧化塘的效益净化效率经济效益氮、磷的去除有明显的季节性，且与生态系统的类型及生物量成正相关。在510月分别为69.7%和72.3%，114月分别为51.9%和41.7%。不同种类高等水生植物的净化功能是不同的。在自然条件下用七种植物净化污水（COD700mg/L、BOD5460mg/L）10天后紫背萍大部分死亡，其他6种对COD的净化效率为：凤眼莲95.1%，香蒲92.7%，水花生和水浮莲各94.5%，芦苇92.7%，菱白88.8%。氧化塘具有较好的经济效益，其基建投资，运转费用与耗电量均比二级污水处理厂低。氧化塘系统的类型在缺水的北纬4

8、0 以南至长江以北地区，可采用如下过程：一级处理兼性塘好氧塘污水灌溉污泥干化场渗滤水补充地下水污泥消化塘一级处理深兼性塘贮存塘农田灌溉排出污泥消化塘或沼气池晒泥场沼气贮存罐原生污水（一）处理贮存塘系统氧化塘系统的类型（二）多级生态处理与利用系统城市污水一级处理浮水生物兼性塘鱼塘鸭鹅塘排出芦苇塘沼气池污泥沼气肥料稻田养鱼排出氧化塘系统的类型（三）高浓度有机废水的多级氧化塘处理系统高浓度有机废水沉淀池厌氧塘兼性塘好氧塘出水（四）病原微生物污水氧化塘处理系统医院污水石灰化学沉淀兼性塘好氧塘出水污泥消化氧化塘发展趋势（一）厌氧、兼性、好氧、曝气和水葫芦塘的技术日趋成熟，将得到广泛应用。（二）研究、开发

9、和利用一些新型氧化塘（如水解池稳定塘）和水生植物塘（如芦苇、水葱、蒲草塘等）。可多级串联，进行二级或三级处理，也可作为最后净化塘，主要去除SS。（三）自然净化和人工强化措施相结合，提高净化效率。 例如，在串联塘中增加曝气氧化塘、除藻精制塘和好氧塘等。在氧化塘中可设置网式或挂帘式纤维填料，增加微生物数量，提高净化效率。（四）提高氧化塘的生态、经济和社会效益。（五）氧化塘将由主要处理生活污水发展为处理各种废水。 例如，食品加工、造纸、纺织及印染废水等。我国在化肥、石油化工、屠宰、印染、食品加工及化纤等工业废水处理方面，已开始应用氧化塘技术。氧化塘污泥层中的主要微生物丝状细菌原生动物真菌菌胶团细菌以

10、好氧微生物为主，菌胶团细菌（动胶杆菌属，假单胞菌属，产碱杆菌属，黄杆菌属，大肠埃希杆菌属）丝状细菌（球衣菌属，贝硫细菌，发硫细菌，透明颤菌属，亮发菌属，线丝菌属）真菌（毛酶属，根酶属，去没属）原生动物（变形虫,纤毛虫，肾形虫，草履虫）微型后生生物（轮虫，线虫）氧化塘污泥层中的主要微生物夏天冬天后生动物在氧化塘污泥层中是不经常出现的，只有在出水水质较好或较稳定时出现，多在8，9月份出现，这时水温较高，一般为22左右。常见的有轮虫、红斑票贝体虫等，红斑票贝体虫平时几乎不见。冬天水温降低，水中溶解氧减少，但是丝状菌具有较长菌丝，比表面积大的丝状菌更易夺得溶解氧进行生长繁殖，丝状菌可在微量氧环境中竞争

11、生长，因此在冬天丝状菌占优势夏天轮虫代谢菌群变化状况生长繁殖营养对水处理工艺的意义夏天轮虫夏天轮虫 化学组成轮虫是高蛋白质的浮游动物,体内蛋白质含量约占其干重的28%63%,脂类占9%28%。天然条件下培养的轮虫主要以海产小球藻、盐藻和扁藻等微藻为食,故体内含有较多的n-3系列高度不饱和脂肪酸,营养较为全面,鱼虾类苗种培育过程中使用轮虫不易现营养缺乏症。 生活特性运动：多数轮虫主要借头冠纤毛的转动作旋转或螺旋式运动，另一些有附肢的种类如三肢轮虫、多肢轮虫、巨腕轮虫等则借此作跳跃式运动。食性：多数轮虫靠轮盘纤毛环向同一方向的转动使水形成旋涡。其中适口的细菌、单胞藻和腐屑等便被沉入口中，过大的物体

12、被口围纤毛拒之于外。取食：轮虫的取食方式不同，食物的类别各式各样。它们的取食器官虽能排除一些异物。但也仅局限于颗粒大小而对食物的质量难有选择性。现已查明，某些单胞藻如小球藻Chlorella、扁藻Platymonas等饲喂轮虫的效果较裸藻属Euglena、裸甲藻Gymnodinium为好。这里除细胞大小、运动速度外可能还有营养成分和毒性问题。生活方式：轮虫的基本生活方式有两类。一类营浮游或兼性浮游生活；另一类营底栖、附着或固着生活。夏天轮虫形态特征 1. 1.外部构造外部构造头头：头冠（轮盘头冠（轮盘）纤毛环、纤毛带、纤毛环、纤毛带、纤毛沟、前棘刺纤毛沟、前棘刺躯干部躯干部：角质膜，：角质膜，

13、平滑或具有颗粒，平滑或具有颗粒，兜甲，常有附属肢、兜甲，常有附属肢、棘刺等结构棘刺等结构足足：帮助游泳和：帮助游泳和爬行，能自由伸缩。爬行，能自由伸缩。足腺，趾足腺，趾夏天轮虫形态特征轮盘又称头冠，基本形态为漏斗状，口位于漏斗的底部，其边缘生有两圈纤毛，里面的一圈粗壮称纤毛环，外面的一圈较细弱，称纤毛带，在两圈之间有一沟中纤毛沟，口就位于偏于腹侧的纤毛沟中。由围区（里圈短纤毛），围顶区（外圈带状纤毛区）和盘顶区（无纤毛区）组成。头冠头冠夏天轮虫内部构造p 呼吸系统：呼吸系统：无专门呼吸器官，体壁p 消化系统：消化系统：口、咽、咀嚼囊、食道、胃、肠、泄殖腔p 排泄系统：排泄系统：具有纵长焰茎球原

14、肾管、膀胱p 神经与感官神经与感官：具脑、触手和眼生殖系统生殖系统：卵巢卵黄腺生殖囊输卵管泄殖腔：精巢输精管交配器夏天轮虫内部构造夏天轮虫主要特征1. 头部具轮盘2. 咽不具咀嚼囊（器）3排泄器官为具焰茎球的原肾管夏天轮虫生活史雄体：个体小，只有雌体的1/8-1/3，体内的消化、排泄等器官均退化甚至消失，不具有口和肛门。不摄食，活动迅速，存活2-3天。雌体：存活10天左右。孤雌(单性)生殖：非混交雌体，非需精卵(夏卵)有(两)性生殖：混交雌体，需精卵，休眠卵(冬卵)夏天轮虫水处理方面的意义u通过某些原生动物的分泌物，在沉降过程中促进游离细菌的絮凝作用，提高细菌的沉降效率和去除率。u原生动物捕食

15、细菌，提高细菌活动能力，提高对可溶性有机物的摄取能力。u原生动物和细菌一起，共同摄食病原微生物。夏天-纤毛虫-营养纤毛虫具纤毛的单细胞生物，纤毛为用以行动和摄取食物的短小毛发状小器官。通常指纤毛亚门的原生动物，约有8000个现存种，纤毛通常呈行列状，可汇合成波动膜、小膜或棘毛。绝大多数纤毛虫具有一层柔软的表膜和近体表的伸缩泡。有些有丝泡、毒囊或菌囊等小器官，其功能尚不甚了解。虽然大部分纤毛虫营自由生活和水生生活，但有些种类如致痢疾的肠袋虫属则是寄生的。还有许多种类是在无脊椎动物的鳃或外皮上营外共栖生活。有性现象包括接合(个体之间核的交换)和自体受精(在一个体内核的重建)，无性生殖通常是出芽或横

16、向的二分裂。纤毛虫滋养体为圆形或椭圆形，大小为 (50200)µm(2080)µm，无色透明或呈淡绿灰色，外被表膜覆盖斜纵行的纤毛，包绕整个虫体。滋养体借助纤毛的行规则的摆动或旋转运动，易变形。在滋养体前端有一凹陷的胞口，下接胞咽，借助胞口纤毛的摆动，将颗粒状食物如淀粉粒、细胞、细菌、油滴状物等送入胞咽。进入胞内颗粒形成食物泡，消化后残留物经胞肛排出胞外。夏天-纤毛虫代谢 结肠小袋纤毛虫生活史中有滋养体和包囊两个时期。滋养体呈椭圆形，无色透明或淡灰略带绿色，大小为3020025120m。全身披有纤毛，活的滋养体可借纤毛的摆动呈迅速旋转式运动。虫体极易变形，前端有一凹陷的

17、胞口，下接漏斗状胞咽，颗粒食物借胞口纤毛的运动进入虫体，形成食物泡经消化后，残渣经胞肛排出体外。属纤毛虫门、少膜纲、腹口亚纲、盾纤目。虫体略成葵花籽形，长5075m，宽2050m，内质不透明，虫体中、后部各有一伸缩泡具有调节渗透压的功能。苏木素染色后可见一个肾形的大核和一个圆形的小核，后者位于前者的凹陷处。包囊圆形或椭圆形，直径为4060m,淡黄或淡绿色，囊壁厚而透明，染色后可见胞核。包囊污染的食物和饮水经口进入宿主体内，在胃肠道脱囊逸出滋养体。滋养体在结肠内定居，以淀粉颗粒、细菌及肠壁脱落的细胞为食，迅速生长，以横二分裂进行繁殖，在分裂早期虫体变长，中部形成横缢并收缩，后面的个体另长出胞口，

18、小核首先分裂，大核延长并在中部收缩形成两个核，然后从横缢处分开。前面的收缩泡进入前面子体，后端的收缩泡则进入另一子体。刚形成的子体较母体小，通过接合生殖逐渐恢复原来大小。在一定的条件下滋养体还可侵犯肠壁。由于肠内理化环境的变化，部分滋养体变圆，并分泌囊壁成为包囊，包囊随粪便排出体外。包囊在外界无囊内增殖。滋养体若随粪便排出，也有可能在外界成囊，人体内的滋养体较少形成包囊。夏天-纤毛虫生长繁殖毛虫具有大核和小核均一到数个，小核司繁殖，大核司营养。以二分裂法增殖或接合生殖。前者采取无丝分裂，后者为有丝分裂。接合生殖时，遗传特征由小核传递，但也有证据表明大核可能含有决定虫体表型特征的因子。夏天-纤毛

19、虫菌群变化情况1 室内浮游纤毛虫生长率的研究方法室内浮游纤毛虫生长率的研究方法 测定纤毛虫生长率的方法，都是将一定丰度的纤毛虫放入含有饵料(不同种类、种类组合或自然饵料)的培养液中培养一段时间t (d)，估计培养前(C0)和培养后(Ct)培养液中纤毛虫的丰度，假设纤毛虫的生长为指数生长，生长率(，d-1或h-1)按照公式 = ln(Ct/C0)/t计算得出。 上述纤毛虫的生长率是根据纤毛虫丰度变化来计算，这样做的前提是假设所有纤毛虫的体积是一样的。但是纤毛虫的体积在不同的营养状况下会有变动。Montagnes和Lessard5报道Strombidinopsis multitauris在饵料充足

20、时的体积是饥饿时体积的2倍。 而Fenchel和Jonsson6报道Strombidium sulcatum 的体积变化可达8倍。Ohman和Snyder7报道Strombidium sp.在指数生长期的细胞体积小一些，在稳定期细胞体积增大，变化达2倍。兼性自养的种类Laboea strobila和Strombidium conicum在不同的光照下体积变化可达2倍8, 9。温度也可能影响细胞的体积，例如Montagnes和Lessard5报道Strombidinopsis multitauris体积在10 最大，在510 细胞体积随温度升高而变大，在1022 细胞体积随温度升高而变小。因此纤

21、毛虫生长率的这个计算方法也有不足之处。夏天-纤毛虫菌群变化情况2 2 室内浮游纤毛虫生长率研究的结果室内浮游纤毛虫生长率研究的结果2.1 饵料浓度对纤毛虫生长率的影响对于特定的纤毛虫种类，在一定的温度下，其生长率与饵料浓度的关系叫数值反应。Heinbokel2首先研究浮游寡毛类纤毛虫的数值反应，发现纤毛虫的生长率随饵料浓度的变化成双曲线型，在饵料浓度低时不生长，生长率随饵料浓度增加而增大，当饵料浓度达到和超过一定的数值时，随着饵料浓度的增加，生长率稳定在一定的水平或者有所下降，这时的生长率为内禀生长率(max)(图 1)Montagnes11把特定温度下纤毛虫的生长率与饵料浓度的关系表示为:

22、= max (P-x)/k + (P-x) 式中，P是饵料的浓度，x是生长阈值浓度，即生长率为零(不生长)时的饵料浓度，k是常数。当饵料浓度为x+k时，纤毛虫的生长率为max/2。 不同纤毛虫的生长阈值浓度不同，从最低6 g C/L到327 g C/L(表 1)。浮游纤毛虫在饵料浓度低于生长阈值浓度时会死亡，但是死亡的时间各不相同。Fenchel和Jonsson6发现Strombidium sulcatum饥饿3.5 d后有90%的个体死亡，Montagnes11 发现Strobilidium和Strombidium属的种类饥饿12 d内就会死夏天-纤毛虫菌群变化情况室内培养的研究结果表明，浮

23、游纤毛虫的生长率与温度和饵料有关，在特定的温度下，饵料浓度低于生长阈值浓度时，纤毛虫停止生长，随饵料浓度的上升，生长率增加，饵料浓度增加到一定程度，生长率达到内禀生长率，此后，随饵料浓度增加不再增加。目前在实验室内测定了34种纤毛虫的内禀生长率，范围为0.1-3.05 d-1。在特定的饵料种类下，纤毛虫的内禀生长率与温度有关，温度过低停止生长甚至死亡，在此基础上，随温度升高，内禀生长率呈线性增加，温度增加到一定程度，内禀生长率降低。pH值升高对纤毛虫的生长有不利影响。估计自然纤毛虫生长率的方法主要是分粒级培养法，得出的生长率最大为3.3 d-1。自然海区的纤毛虫生长率受温度影响较大，缺氧区纤毛

24、虫生长率的变化因纤毛虫类群而不同，纤毛虫生长是否受饵料影响（上行控制）在不同的区有不同的结果。根据纤毛虫生物量和生长率可以估计纤毛虫生产力，大多数纤毛虫生产力的估计高于桡足类生产力。 夏天-纤毛虫水处理方面的意义在废水生物处理系统中将污染物质降解的主要是细菌。原生动物与细菌的关系主要为：掠食关系，原生动物在食物链中处于捕食细菌的作用。一方面，原生动物通过对细菌的捕食，能促进细菌的生长，使细菌的生长能维持在对数生长期，防止种群的衰老，提高细菌的活力，而且原生动物活动产生溶解性有机物质(DOM)可被细菌再利用，促进了细菌的生长；另一方面，原生动物中存在的某些类型(如纤毛类)具有吞食游离细菌的巨大能

25、力，而游离的细菌个体小、密度小，较难沉淀，易被出水带出而影响水质。有人证明奇观独缩虫在自然水体中 1 h能吃3万个细菌。Curds等人在曝气池中接种纤毛类原生动物，出水大为改善。絮凝作用，细菌生长到一定程度后就凝集成絮状物。这种絮状物为原生动物提供了着生的环境，反过来絮状物上的原生动物能加速絮凝过程。Curds等证明纤毛虫能分泌两种物质，一种称为P物质，是一种多糖类碳水化合物；另一种是属于单糖结构的葡萄糖及阿拉伯糖，表面电荷为负的悬浮颗粒会吸收这种P物质，通过悬浮颗粒表面电荷的改变，就使悬浮颗粒集结起来，形成絮状物。另外，纤毛虫还能分泌一种粘液，能把絮状物再联结起来。原生动物分泌的粘液对悬浮颗

26、粒和细菌均有吸附能力。这就促进了菌胶团的形成和处理能力的提高。冬天丝状菌冬天水温降低，水中溶解氧减少，但是丝状菌具有较长菌丝，比表面积大的丝状菌更易夺得溶解氧进行生长繁殖，丝状菌可在微量氧环境中竞争生长，因此在冬天丝状菌占优势。冬天丝状菌营养生长最适合环境：丝状菌在4.56.5之间能够较好的生长。在偏低温的环境中更好生长。生长所需营养：氮，磷，无机盐，水，蛋白质。丝状菌落：为多细胞真菌的菌落，由许多菌丝体组成。菌丝多数有隔分成多个细胞称有隔菌丝，有的菌丝无隔，称无隔菌丝。部分菌丝伸入培养基中吸收营养和水分，称营养菌丝；另一部分菌丝向空间生长称气中菌丝，能产生孢子的气中菌丝称生殖菌丝。冬天丝状菌代谢铁细菌一般都是自养型丝状细菌，它们一般能生活在含氧少但溶有较多铁质和二氧化碳的水中。它们能将其细胞内所吸收的亚铁氧化为高铁，从而获得能量。为了满足对能量的需要，必须氧化大量的亚铁，使之生成氢氧化铁。这种不溶性的铁化合物排出菌体后就沉淀下来。当水管中有大量的氢氧化