园林植物安全与检疫：环境微生物对环境的污染与危害

第七章环境微生物对环境的污染与危害一.土壤中微生物（一）土壤是微生物生活的良好环境土壤具有微生物生长繁殖所必须的各种条件。1.营养土壤中有大量动植物残体、植物根系的分泌物、人和动物的排泄物。这些有机物为微生物提供了良好的碳源和氮源，土壤中丰富的矿物质元素可以满足微生物的需要。2.水分和渗透压土壤有一定的蓄水性，为微生物提供水分，土壤的渗透压对微生物是等渗或低渗环境，有利于微生物摄取营养。3.空气土壤团粒结构的空隙中充满空气，其中氧含量占总体积的7-8%（约为大气氧含量的1/3）大大超过了好氧微生物对氧的需求，所以土壤可以满足各种微生物对氧的需要。4.pH值土壤的pH值多接近中性，且缓冲能力强，能适合大多数微生物生长的需要。5.温度土壤具有保温性，与空气相比，其昼夜温差小的多。土壤温度一般为10~25℃，适宜多种微生物生长。在冬季，即使地面冻结，一定深度土壤中仍保持较高的温度。此外，几毫米厚的表层土可以吸收和阻挡太阳光中的紫外辐射，保护了土壤中微生物。综上所述，土壤为微生物生长繁殖提供了良好的条件，被称为“微生物天然培养基”，所以土壤中微生物种类最多，数量最大。（二）土壤微生物的种类、数量土壤中微生物的种类和数量因土壤类型、季节、土层深度而不同，如肥沃土壤，每克土含几亿至几十亿微生物，而贫瘠土壤每克只含几百万至几千万。其中细菌最多，放线菌和真菌次之，藻类和原生动物较少。1.细菌细菌约占土壤微生物总数的70~90%，常见细菌有固氮菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌、硫酸还原菌、纤维素分解菌、钾细菌、铁细菌等，主要是异养型，少数为自养型。异养型参与土壤有机质的分解和腐殖质的合成，自养型主要转化矿物质。2.放线菌约占土壤微生物总数的5~30%，孢子含量达每克土几千万至几亿，常见种类有诺卡氏菌属、链霉菌属等。放线菌都是异养类，较耐干旱，在潮湿土壤中较少。3.真菌含量较多，每克土几千至几十万。常见的霉菌有青霉、曲霉、头孢霉等，均为严格好氧的异养型，丝状体的菌丝交织蔓延在土壤中，起到了改良土壤团粒结构的作用。酵母菌含量较少，一般每克土几个到几千个。4.藻类土壤中藻类的数量不多，不到微生物总数的1%，一般生长在土壤表层，多为单细胞绿藻和硅藻。藻类为光合型微生物，能利用光能把无机物合成有机物，产生氧气，但受阳光和水分影响较大。5.原生动物通常在富含有机质的土壤中存在，主要是纤毛虫、鞭毛虫、肉足虫等，以吞食各种有机物的碎片、藻类、菌类为生，一般每克土含几十个至几十万个。土壤微生物可以转化土壤中各种物质的状态，改变土壤的理化结构，它们是构成土壤肥力的重要因素。由于土壤有团粒结构，又栖息着数量庞大、种类繁多的微生物，使土壤具有很强的吸附、过滤和生物降解能力。★土壤自净土壤对进入其中一定量的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种理化、生物过程自动分解污染物，使土壤恢复到原有水平，称为~。土壤微生物是土壤自净作用的基础，也是土壤生物修复的主力军。二.水体中的微生物水体分为天然水体和人工水体。天然水体指江河、湖泊、海洋；人工水体指水库、运河、城市给排水系统、污水处理系统等。水体中含有微生物所需的各种营养，因而也是微生物的天然生存环境。水中微生物除天然栖息者外，还来自土壤、空气、动植物残体、动物排泄物、工业废水和生活污水。（一）水中微生物的种类1.清水型水生微生物在洁净的水域中，因营养物较少，微生物数量也较少，一般只有几十~几百/ml，并以自养型为主，常见有绿硫细菌、蓝细菌等；此外还有藻类如丝状绿藻、硅藻等、真菌如水霉菌属、原生动物如钟虫、固着型纤毛虫、微后动物如浮游甲壳动物等。2.腐败型水生微生物在受严重污染的水域中，异养微生物占优势，它们分解有机物，对水体起净化作用。其中细菌较多，每毫升中达几千万~几亿，以变形杆菌、产气肠杆菌等革氏阴性无芽孢菌为主，还有芽孢杆菌、大肠杆菌、粪链球菌、弧菌、甚至还有伤寒、痢疾、霍乱等病原菌。此外还有绿藻、裸藻等藻类和草履虫、钟虫等原生动物。（二）水中微生物的分布微生物在水体中的分布规律为：近岸水域中细菌数量较多，离岸越远，微生物越少。微生物在静水中垂直分布规律为：上层水体中氧含量较高，主要有好氧菌（如假单孢菌、球衣细菌等）、真菌和藻类；中层水体主要有光合细菌（如红硫细菌、绿硫细菌）、以及厌氧菌；底层水体中，主要有脱硫弧菌属、甲烷杆菌属、甲烷球菌属等厌氧菌。底泥中的微生物多于水中的微生物。由于经过土壤过滤，地下水有机物缺乏，含菌远少于地面水，在深层地下水中甚至没有细菌（三）水的细菌学检测1.细菌总数测定将水样（或作一定稀释）1ml接种在普通营养琼脂培养基内，37℃培养24h后，计数培养基上的细菌菌落数，然后换算出1ml水样中所含的细菌数。2.水中细菌总数测定的意义：37℃时，在营养琼脂培养基中能生长的细菌，代表在人体温度下能繁殖的异养型细菌。所以在生活饮用水中所测得的细菌总数，能说明水被生活废弃物污染的程度，也指示该水能否饮用。我国生活饮用水标准（GB5749—85）规定，细菌总数不得超过100个/ml。3.大肠菌群的测定大肠菌群指好氧的和厌氧的无芽孢、G－、在37℃培养24~48h后使乳糖发酵、并产酸产气的杆菌，主要包括大肠埃希氏菌（俗称大肠杆菌）、产气杆菌、柠檬酸盐杆菌、副大肠杆菌。在伊红美蓝培养基表面，各种大肠杆菌会形成特殊菌落，可作为鉴别的依据。图110大肠埃希氏菌的菌落呈紫红色带金属光泽大肠埃希氏杆菌的菌落呈紫红色带金属光泽；图111柠檬酸盐杆菌的菌落呈紫红或深红色图112产气杆菌的菌落呈淡红色，中心色深图113产气杆菌的菌落图114副大肠杆菌的菌落无色透明图115副大肠杆菌菌落4.大肠菌群的测定意义：大肠菌群是肠道最普遍存在和数量最多，与多数肠道病原菌存活期相近，并易于培养、观察的一群需氧或兼性厌氧的革氏阴性无芽孢杆菌，故被定为检验肠道致病菌的指示菌，也作为水体受粪便及污染程度的指标。5.大肠菌群的测定方法：一般采用多管发酵法，自来水中大肠菌群的测定过程如下。（1）初发酵实验：无菌操作，2个50ml三倍浓缩乳糖蛋白胨培养基瓶中各加100ml水样，10支5ml三倍浓缩乳糖蛋白胨培养基试管中各加10ml水样，混匀，37℃培养24h。若24h未产酸产气的，继续培养至48h。结果分析：①培养基红色不变，小导管内无气体，即不产酸不产气，为阴性反应，表示大肠菌群≤3。②如培养基红色变黄，小导管内有气体，即产酸又产气，为阳性反应，说明有大肠菌群存在。③如培养基红色变黄，但不产气，仍为阳性反应，说明有大肠菌群存在。结果为阳性者，说明水可能被粪便污染，需进一步检验。④如小导管有气体，但培养基红色不变，也不浑浊，系操作有误，重作检验。图116大肠菌群产酸的鉴别-溴甲酚紫指示剂变化图117大肠菌群产气的变化（2）平板培养将24h后产酸、产气或产酸不产气的发酵管培养液取一环，在伊红美蓝固体培养基上划线接种3个平板，37℃培养24h，观察大肠杆菌的菌落特征。（3）将具有上述特征的菌落涂片、革氏染色、镜检，结果为革氏阴性的无芽孢杆菌，则表明有大肠菌群存在。（4）复发酵试验无菌,取上述1~3个特征菌落接种于10ml单倍乳糖蛋白胨培养基大试管中，37℃培养24h，有产酸产气者，证实有大肠菌群存在。注意：在37℃生长并发酵乳糖、产酸产气的大肠菌群，称为总大肠菌群，其中既有土壤、水体等自然环境中原本存在的大肠菌群，也包括来源于人粪便的大肠菌群。为了区别两者，可提高培养温度至44.5℃

，凡能在44.5℃生长并发酵乳糖，产酸产气的大肠菌群，称为粪大肠菌群。由于总大肠菌群、粪大肠菌群、致病肠道菌群间存在一定相关性，而大肠菌群数量极大，较易分离鉴定，所以实际工作中，通过检查水样中的大肠菌群，判断水体被粪便污染的程度，从而间接推测其它病原菌存在的概率。这样，就不必耗费大量人力、物力，一一检测随粪便而来的，各种含量极少的病原菌。各种用途的水质微生物标准标准名称及标准编号项目标准值.生活饮用水卫生标准

细菌总数(个/ml)≤100..GB5749—85

总大肠菌群(个/L)≤3.生活饮用水源水质总大肠菌群(个/L)1级≤103标准CJ3020—932级≤104地表水环境质量标粪大肠菌群(个/L)Ⅰ≤200Ⅱ≤2·103

准GB/T14848—93Ⅲ≤104Ⅳ≤2·104Ⅴ≤4·104

景观娱乐用水标准总大肠菌群(个/L)A类≤104.GB12941—91

粪大肠菌群(个/L)A类≤2000三.空气中的微生物由于缺乏营养物质，水分不足，温差较大，有强的紫外辐射，因此空气不利于微生物生长繁殖；大多数微生物在短时间内就会死亡。抵抗力较强的微生物可以存活几天、几周甚至数月，但最终要沉降到地表。所以微生物在空气中都是短暂停留。（一）空气中微生物的来源、数量空气微生物的来源很多，一般来自地面。飞扬的尘土将土壤中的微生物带到空气中；飞溅的水滴会将水中的微生物带到空气中；人和动物身上的微生物会飘入空中；口腔和呼吸道内的微生物通过咳嗽、喷嚏进入空气。空气微生物数量与环境状况有关，绿化程度高、垃圾少、降水多、尘埃颗粒少，人口密度低、人员活动少、通风良好，空气微生物也少。一些场所空气微生物数量（个/m3

）见下表：.场所微生物数量场所微生物数量.教室2500办公室1400.集体宿舍20000医院700~1100.市区公园200海洋上空1~2.空气中的微生物没有固定的类群,不同地区空气微生物分布差异很大。微生物在空气中停留的时间和分布的范围，取决于气流的强弱、尘埃颗粒的大小、空气的相对湿度、紫外辐射的强弱以及微生物对恶劣环境的抵抗能力。（二）空气微生物的检验方法和标准检验空气微生物，一般只计在37℃繁殖的细菌总数，而不区分微生物种类。常用检验方法是沉降平板法，即测定一定时间内从空气中降落到单位面积地面上的微生物个数，具体操作方法实验中讲解。目前，我国还没有统一的空气卫生标准，室内一般以500~1000个/m3作为空气污染的指标。四.微生物对环境的污染与危害（一）水体富营养化指大量氮、磷等营养物质进入水体，使藻类及浮游生物大量增殖，水体透明度和溶氧下降，鱼类及好氧生物大量死亡、水质恶化的现象。因浮游生物的大量繁殖，往往使水体呈红色、棕色、兰色、乳白色等。由于海洋富营养化时，水体通常呈红色，所以称为“赤潮”；而江河湖泊中的富营养化被称为“水华”。1.水体富营养化的形成原因

（1）营养来源：碳、氮、磷是藻类生产的主要营养物质。由于碳的供应比较充足，氮、磷成图118海洋赤潮图110海洋赤潮图120形成赤潮的有毒藻类图121淡水蓝藻水华为决定的因素。一般认为含氮量大于0.3mg/L、含磷量大于0.02mg/L，藻类即能旺盛繁殖，形成富营养化。过多的氮磷的来源如下：①从农田流出的含氮磷丰富的水农业使用化学氮肥，但利用率只有30%，大量氮肥流失，成为水体氮污染的主要来源。②未经处理的养殖业废物和未经充分利用的含氮、磷养殖饵料农村畜禽业的集约化程度提高，但畜禽粪便的利用减少，大部分未经处理的畜禽粪便直接排入江河湖海，成为水体富营养化的重要原因之一。③工业废水、未经处理的生活污水，或经处理后仍含大量氮磷的污废水。（2）形成场所富营养化多发生在较浅的、水流缓慢的水体，如较浅的湖泊、河口、港湾、内海等，与上述水体中氮、磷不易稀释有关。（3）季节与气温在夏季无风时，由于热力学的作用，水体可发生分层现象，上层水暖，下层水冷，加上上层水营养较丰富，所以中温性的藻类便在上层旺盛繁殖而发生富营养化。（4）光线藻类是光能自养生物，所以充足的阳光是藻类旺盛繁殖的必要条件。（5）pH值适合藻类生长的pH值范围为7~9。

2.水体富营养化的优势藻种

引起赤潮的藻种主要是甲藻纲的裸甲藻属、多甲藻属等；引起水华的主要是蓝藻中的微囊藻、鱼腥藻等属。3.水体富营养化的危害（1）水质恶化藻类大量繁殖后，水体呈色，变浑浊，透明度降低，甚至有大量藻类团块漂浮在水面，藻类产生有异味的有机物（土腥素、硫醇、吲哚、胺类、酮类），使水体臭味弥漫，pH值上升，深层溶氧量降低。（2）影响水产养殖大量藻类夜间呼吸及死亡藻体分解，要消耗水中大量的溶氧，致使水体缺氧，使鱼、贝类等窒息死亡。有的藻类能产生毒素富集于贝类体内，虽对贝类无致死作用，但会危害其它水生生物和人类健康。（3）影响自来水厂的供水自来水厂的水源如来自藻类大量繁殖的水域，处理难度大，成本高，水中的气味难以除尽，严重影响出水质量。某些藻类代谢产物烃类在加氯消毒后可形成“三致物”三氯甲烷。（4）生态恶化在自然条件下，贫营养湖也会演变为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这也是一个富营养化过程，只是进程极为缓慢。而上述水体富营养化实际是人为的迅速的富营养化过程，除了短期内的水质恶化外，更可加速湖泊向陆地的演变，对人类是一个巨大的威胁。4.水体富营养化的检测国内外尚无统一的标准，目前一般根据以下指标判断：水体含氮量>0.3mg/L；水体含磷量>0.02mg/L；BOD5>10mg/L；淡水中细菌总数>105个/ml；叶绿素α（藻类生长量的标志）>10μg/L。5.水体富营养化的防治（1）外环境控制：①在工业方面对废水进行脱氮、脱磷处理，控制排污总量。②农业方面加大农家肥使用量，减少化肥使用量，建立农村污水处理设施。③生活方面限制含磷洗衣粉的生产使用。④生态建设方面保护水体周围及上游的森林植被，建立水体周围的缓冲林带，减少营养物质的流失。如湖边应有2~5km的湖滨保护带。（2）内环境控制①生物转移，如养殖藻类等水生生物并定期收获，养殖食草性鱼贝类，借以转移水体营养物。②工程转移，如挖掘底泥，将底泥中的磷除去；换水带走水中的营养物；深层排水带走大部分营养盐。③抑制藻类利用营养物通常适用于小范围水体凝集沉淀磷，如加铁盐、铝盐及粘土矿物，结合磷为沉淀物，藻类无法吸收利用。④抑菌杀藻投放0.1~0.5mg/L的CuSO4（杀藻而不能除气味）；0.5~1mg/L的漂白粉（既杀藻又除气味）；明矾，主要除蓝藻。（二）病原微生物能使动植物和其它微生物致病的微生物通称为~，空气、水体、土壤、生物均可作为其驻留的场所与传播媒介。1.空气中的病原微生物指存在于空气或通过空气传播致病的微生物，有绿脓杆菌、结核杆菌、破伤风杆菌、百日咳杆菌、白喉杆菌、肺炎杆菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌、脑膜炎球菌、感冒病毒、流感病毒、麻疹病毒等。空气中病原微生物多以寄生方式生活，不能在空气中繁殖，加上大气稀释、空气流动和日光照射等影响，病原微生物数量较少。它们主要通过3种途径传播疾病。（1）附着于尘埃上较大的尘埃颗粒可迅速落到地面，随清扫和通风而传播；直径10μm以下的较小尘埃可较长时间悬浮于空气中。（2）附着于飞沫小滴上人们咳嗽和打喷嚏时有无数细小飞沫喷出，其中直径小于5μm的占90%以上，可长期漂浮于空气中。（3）附着于飞沫核上较小的飞沫喷出后，水分迅速蒸发而形成飞沫核，飞沫核比飞沫小滴更小，因而所含细菌较少，但扩散距离更远。病原微生物在飞沫核或飞沫小滴内的存活时间及数量，受飞沫中营养物、温度、湿度等的影响，温度高则存活率低，所以经空气飞沫传播的传染病在寒冷季节发病较多。（4）附着于污水喷灌产生的气溶胶上如果污水中存在病原微生物，在喷灌时形成的气溶胶中可以带菌，污染空气，传播疾病。2.空气中病原微生物的防治（1）加强通风换气。（2）空气过滤又称空气洁净技术，通过多级过滤达到除菌目的。用在对空气质量有特殊要求的部门和场所，如制药、食品、生物、电子、医院手术室、无菌实验室等。（3）空气消毒

①物理方法通常用紫外线消毒。直射的日光因含有紫外线也有明显杀菌作用。②化学方法前面已介绍了几种空气消毒药品。常用的有过氧乙酸，对细菌及芽孢、真菌、病毒都有杀灭作用，优点是分解产物乙酸、过氧化氢、水与氧对人体无害；缺点是稀释的过氧乙酸易分解，需现用现配；高浓度的过氧乙酸对金属和织物有一定的腐蚀作用。使用有两种方法，喷雾法：利用过氧乙酸在常温下挥发的特点，用5~10%的浓度、100~200ml/80m3喷雾，喷雾后密闭1h。蒸熏法：按0.75~1g/m3的用量，将过氧乙酸放在耐腐蚀容器中加热，产生过氧乙酸蒸汽，全部蒸发后密闭1h。过氧乙酸及其分解物有刺激性，因此消毒时人不宜留在室内，消毒后须经通风换气，人才能进入。3.水中的病原微生物指存在于水中或通过水的传播引起疾病的病原微生物。（1）水中病原微生物的来源和种类：随垃圾、人畜粪便、某些废弃物进入水中的病原菌，有些因不适应于水环境而死亡，也有一部分可在水中存活较长时间。水中常见的病原微生物有伤寒杆菌、痢疾杆菌、致病性大肠杆菌、鼠疫杆菌霍乱杆菌、脊髓灰质炎病毒、甲性肝炎病毒等。4.水中病原微生物的防治（1）污水的处理污水排放前应加氯或明矾、石灰、铁盐等絮凝剂，再砂滤，以除去大部分病原微生物。（2）水源的卫生防护围绕水源确定防护地带，建立卫生制度，使水源、水处理设施不受污染。（3）生活饮用水的消毒饮用水消毒是防止肠道传染病的最重要环节，消毒方法有煮沸、紫外线照射、加氯、加臭氧等。①加氯消毒的原理常用液氯、漂白粉（主要成分Ca[OCl]2）、二氧化氯等。水中加氯后生成具有氧化能力的次氯酸HOCl，

HOCl是中性分子，易渗入到细菌体内，氧化破坏酶类，使细菌死亡。我国水厂用氯消毒的要求是：氯加入水中接触30~60min后，水中应保持游离余氯0.3~0.5mg/L，自来水管网末梢的游离余氯也不能低于0.05mg/L。☆20世纪70年代发现水中有烷烃、芳香烃等,加氯后会产生CHCl3等“三致物”（致癌、致畸、致突变）欧美国家有用二氧化氯、臭氧消毒；经检验二氧化氯不易产生三致物，但价格贵。②臭氧消毒不会产生致突变物而受欢迎。臭氧为强氧化剂，加入水中后可放出强氧化能力的新生氧，氧化水中有机物并杀死细菌及芽孢，还可除去水中的色、臭味。臭氧用量1~3mg/L，与水接触时间需10~15min。但臭氧无持续杀菌作用，成本较高。③紫外线消毒适用于少量清水，但杀菌效果不强。此外还有过氧化氢消毒、微电解消毒等。5.土壤中的病原微生物指存在于土壤或通过土壤传播引起疾病的微生物，主要有粪链球菌、沙门氏菌、结核杆菌、致病性大肠杆菌、碳疽杆菌、破伤风杆菌、肠道病毒等。除有病原微生物，还有寄生虫卵。（1）土壤中病原微生物的来源：①用未经彻底无害化处理的人畜粪便施肥。②用未经处理的生活污水、医院污水、含病原体的工业污水、污泥灌溉、施肥。③病死动物尸体处理不当。（2）防止土壤中的病原微生物传染的主要措施:人畜粪便、污水污泥无害化处理，再施于土壤.无害化方法有：高温堆肥、化粪池、药物灭卵、厌氧（沼气）发酵等。（三）微生物毒素1.细菌毒素有内毒素和外毒素两种。内毒素是细胞壁的一部分，主要成分是脂多糖，只有当菌体裂解或自溶时才释放出来，绝大多数内毒素在动物循环系统内释放才产生毒效，因此环境中的内毒素一般无危险性。外毒素是微生物生长过程中释放出的毒素，成分为蛋白质，外毒素的毒力强于内毒素，但不耐高温，一般

加热到60℃以上时，其毒性可被破坏，对人有威胁的主要是外毒素，如白喉毒素、破伤风毒素、霍乱肠毒素、肉毒毒素等。2.真菌毒素主要是霉菌产生的毒素，已发现有300多种，其中毒性最强的有黄曲霉毒素、黄绿青霉素。黄曲霉毒素是黄曲霉和寄生曲霉产生的，巨毒，也是致癌物，可诱发肝癌。已确定结构的黄曲霉毒素共有17种，其中黄曲霉毒素B1毒性最大、致癌性最强，能耐高温，加热到200℃也不被破坏；耐紫外线，耐酸，所以稳定性高，容易污染花生、花生油、玉米、大米等食品。但黄曲霉毒素B1在pH值9~10的碱性条件下可迅速分解，也可以被氯气、次氯酸钠、H2O2、SO2等破坏。3.藻类毒素最主要的藻类毒素由海洋中甲藻纲、金藻纲类和淡水中的蓝藻产生，可致鱼类、水禽死亡，其中的甲藻纲类毒素对人也有很大毒性。第八章微生物对化学物质的降解与转化一.

微生物降解与转化化学物质的能力（一）污染物的可生物降解性是指复杂大分子通过微生物的作用降解为小分子物质的可能性。根据生物降解性的大小，将所有的污染物分为3种：1.易生物降解性物质能迅速被微生物降解的物质，如单糖、核糖、淀粉、蛋白质等。2.难生物降解性物质这类物质能被微生物降解，但时间较长，如纤维素、烃类、农药等。3.不可生物降解性物质在很长时间内都不能被降解的某些高分子合成有机物，如塑料、尼龙以上各类物质间没有严格的界限，因为随着科学技术的发展、微生物潜力的挖掘，不可生物降解性物质也可以成为可生物降解性物质。（二）可生物降解性的测定

1.BOD5与CODcr比值法

BOD（生化需氧量）：是在好氧条件下，微生物分解水体中有机物的生物化学过程中所需溶解氧的量。COD（化学需氧量）：在规定条件下，水样中能被氧化的物质氧化所耗用氧化剂的量。CODcr是采用重铬酸钾法测定的结果，可粗略表示水中有机物的含量，根据BOD5/CODcr比值的大小，可推测废水的可生化性，见下表：BOD5/CODcr>0.45<0.35<0.30<0.25废水的可生化性生化性较好可生化较难生化

不宜生化表中的内容主要对低浓度有机废水而言，对高浓度废水，即使该比值小于0.25，BOD的绝对值也较大，意味着有较大量的生物降解量。2.微生物降解实验法指在室内模拟生产、工程，研究可生物降解性的方法。（1）土壤消毒实验：将待测农药等量施入一组经高温或药剂灭菌土壤和一组不灭菌的土壤，将土壤置室温培养，定期测定两组土壤中农药的剩余量，计算其降解速率，判断其可生物降解性。（2）培养法在生物处理的小模型中，接种适量的活性污泥和不同浓度的待测废水，测定进水、出水的CODcr、BOD5、活性污泥的增长状况和生物种类及数量，判断废水的可生化性。二.微生物在自然界物质循环中的作用（一）碳循环含碳物有CO2、碳水化合物(糖类、淀粉、纤维素等）脂肪、蛋白质中也有碳。碳循环以CO2为中心，动植物、微生物呼吸均产生CO2，工业燃烧产生大量CO2。只有植物、藻类、光合菌利用CO2，通过光合作用合成碳水化合物，合成过程是：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2↑。CO2是植物、藻类的唯一碳源。1.淀粉的降解

淀粉淀粉酶葡萄糖丙酮酸

好氧分解三羧循环CO2+H2O厌氧分解乙醇发酵乙醇、CO2

丙酮丁醇发酵丙酮、丁醇、乙酸、CO2、H2

丁酸发酵乙酸、丁酸、CO2、H22.纤维素的降解纤维素是葡萄糖的高分子聚合物。木材、棉花、农作物及以这些为原料的工业废水（棉纺厂的印染废水、造纸废水、人造纤维废水）、城市垃圾等含大量纤维素，纤维素只能在微生物体内各级纤维素分解酶的作用下逐级分解，分解纤维素的微生物有细菌、真菌、放线菌、霉菌、纤毛虫等。纤维素

纤维素酶

纤维二糖葡萄糖

有氧分解三羧循环CO2+H2O+ATP厌氧分解乙醇发酵乙醇、CO2

丙酮丁醇发酵丙酮、丁醇、乙酸、CO2、H2

丁酸发酵乙酸、丁酸、CO2、H23.半纤维素分解半纤维素是与纤维素共存于植物细胞壁中的一类由D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-甘露糖等组成的多缩戊糖、己糖和杂多糖的混合物，分子量比纤维素小，不溶于水，但可溶于稀碱，分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素，分解过程：半纤维素聚糖酶、H2O

单糖+糖醛酸

好氧分解三羧循环CO2+H2O+ATP

厌氧分解各种发酵产物4.果胶质是D-半乳糖醛酸构成的直链高分子化合物，存在于植物细胞壁和细胞间质中，天然果胶质不溶于水。造纸、制麻、废水中有果胶质。微生物对果胶质的分解过程：果胶微生物原果胶酶可溶性果胶+聚戊糖

果胶甲脂酶果胶酸+甲醇

聚半乳糖酶

半乳糖醛酸5.木质素

植物木质化组织的主要成分，复杂的高分子化合物，由多芳香族化合物氧化缩合而成；造纸、人造纤维废水中含大量木质素。分解过程：木质素

菌类菌类，腐殖质的成分H2O6.

脂肪的转化脂肪是甘油和脂肪酸形成的脂，不溶于水，溶于有机溶剂。脂肪酸中含饱和碳链的叫饱和脂肪酸，它和甘油组成的脂肪在常温下呈固态，称为“脂”。脂肪酸中含有不饱和碳链的叫不饱和脂肪酸，它和甘油组成的脂肪在常温下呈液态，称为“油”。脂肪是人和动物的重要能源，也是微生物的能源和碳源。毛纺，油脂，制革厂废水含大量油脂。脂肪的分解过程：脂肪

动物、微生物脂肪酶甘油+高级脂肪酸

（1）甘油的代谢：甘油

甘油激酶

a-磷酸甘油

磷酸甘油脱氢酶

磷酸二羟丙酮

酵解

丙酮酸

氧化脱羧

乙酰辅酶A三羧循环

CO2+H2O

酵解一磷酸葡萄糖葡萄糖+淀粉（2）脂肪酸的氧化：以硬脂酸CH3-(CH2)16-COOH为例CH3-(CH2)16-COOH+ATP+CoA~SH(辅酶A)

脂酰硫激酶、脂酰磷激酶CH3-(CH2)16-CO~SCoA(硬脂酰辅酶A)+AMP+PPi（焦磷酸H4P2O7）CH3-(CH2)16-CO~SCoA+8CoA~SH+8FAD++8NAD++8H2O

加氢、脱水8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoA

三羧循环

CO2+H2O+147ATP

脂肪酸在肝脏分解氧化不全，产生酸类和酮体脂肪酸肝脏乙酰乙酸+β-羟丁酸+丙酮7.烃类：石油的主要成分，目前已发现有假丝酵母等200多种微生物能降解石油。（1）烷烃转化C2nH2n+2+2O2微生物(如青霉菌)CO2+H2O+能量（2）芳香烃苯+2O2分解苯类菌6CO2+3H2O（3）萘萘

微生物邻-羟基苯丙酸+邻苯二酚

CO2+H2O（4）菲、蒽菲蒽微生物邻苯二酚

CO2+H2O（二）氮循环：自然界中，氮以N2、无机氮和有机氮化合物3种形式存在。在动物、植物、微生物作用下，3种形式的氮素不断相互转化。1.氨化作用

微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为~。（1）蛋白质的水解生活污水、屠宰、罐头食品、乳品加工、制革工业等废水中均含蛋白质蛋白质微生物蛋白分解酶肽微生物肽酶氨基酸

（2）氨基酸分解通常氨基酸被微生物吸收后直接作为合成蛋白质（新细胞）的原料，但在厌氧与缺乏碳源的条件下，也能被细菌分解，用做能源与碳源，维持机体的生长。微生物分解氨基酸主要有脱氨基和脱羧基作用。①脱氨基作用有3种方式★氧化脱氨氨基酸在有氧条件下，脱氨基，生成α-酮酸与氨，如：CH3-

CHNH2

-

COOH

丙氨酸+1/2O2脱氨基酶

CH3-CO-COOH丙酮酸+

NH3

三羧循环CO2+H2O+ATP★还原脱氨

氨基酸在专性厌氧菌和兼性厌氧菌、无氧条件下，生成脂肪酸与氨：NH2-CH2-COOH+2H羧状芽孢杆菌

CH3–COOH+NH3

甘氨酸乙酸★水解脱氨氨基酸水解生成羟酸与氨，如：CH3-

CHNH2

-

COOH

丙氨酸+H2OCH3-

CHOH

–

COOH乳酸+NH3

脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸在好氧或厌氧条件下，在不同微生物作用下继续分解。②脱羧作用多数由腐败菌和霉菌引起，微生物的脱羧酶催化氨基酸脱羧，生成胺和CO2。二元胺对人有毒，所以肉类蛋白质腐败后不可食CH3-CHNH2-COOH

CH3-CH2NH2+

CO2

丙氨酸乙胺H2N(CH2)4CHNH2COOHH2N(CH2)4CH2NH2+CO2

赖氨酸尸胺（3）核酸的分解各种生物细胞中均含大量核酸，许多微生物都能分解核酸，降解过程如下核酸核酸酶+H2O

核苷酸核苷酸酶核苷核苷酶

嘌呤或嘧啶脱氨基

NH3

核糖或脱氧核糖（4）尿素分解尿素是人、畜尿中代谢产物，农业中大量使用尿素，所以尿素在环境中大量存在。分解尿素的细菌有尿芽孢八叠球菌等。CO(NH2)2尿素+2H2O微生物尿酶(NH4)2CO3在碱性环境中很不稳定,分解

2NH3+CO2+H2O2.硝化作用

氨在有氧条件下，经亚硝酸菌和硝酸菌作用转化为硝酸，称~。分两步进行：2NH3+3O2亚硝酸菌2HNO2+2H2O+619kJ2HNO2+O2硝酸菌2HNO3+201kJ参与硝化作用的微生物统称为硝化细菌。3.反硝化作用土壤、水体、污水及工业废水中都有硝酸盐。植物、藻类、及其他微生物把硝酸盐还原为N2和N2O的过程称~，又称脱氮作用。它通常有2种结果：（1）硝酸还原为氨：植物、藻类及其它微生物通过硝酸还原酶，将硝酸还原为氨，再进一步合成氨基酸、蛋白质和其它含氮大分子，这种反硝化作用也称为合成性硝酸还原作用。HNO3→HNO2→HNO→NH(OH)2→NH2OH→NH3（2）硝酸还原为氮气：在厌氧条件下，反硝化菌将硝酸还原为氮气，也称为脱氮作用。

N2HNO3HNO2HNON2O4.固氮作用

固氮微生物把大气中分子氮转化为氨的过程称为~，固氮微生物种类很多，包括细菌、放线菌、蓝细菌。细菌有根瘤菌属、固氮菌属等。它们固氮的基本反应相同：酶-N≡N2H+2e－酶-N＝N2H+2e－酶-N-N2e－2H+2NH3+酶（三）硫素循环自然界中硫有三态：元素硫，无机硫化物，有机硫化物。三者在化学和生物学作用下互相转化。1.分解作用

有机硫化物被微生物降解为无机硫的过程称~。在有氧情况下，分解的终产物是硫酸盐，可供植物和微生物利用；在缺氧情况下，特别在蛋白质腐烂分解时，积累H2S和有气味的硫醇等。含硫有机物大都含有氮素，在微生物分解中既产生H2S，也产生NH3，如变形杆菌将半胱氨酸水解为NH3和H2S。半胱氨酸+2H20变形杆菌甲酸+乙酸+NH3+H2S

2.同化作用：微生物利用SO4-2和H2S组成本身细胞物质的过程称~。细菌、真菌和放线菌中有很多能利用硫酸盐的细菌，但仅少数菌能同化H2S。3.硫化作用：H2S、S、Fe2S等在硫细菌的作用下氧化为硫元素，再氧化为硫酸的过程称为~。参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。2H2S+O22H2O+2S+能量2S+3O2+2H2O2H2SO4+能量Na2S2O3+2O2+H2ONa2SO4+H2SO4+能量4FeSO4+O2+2H2SO32Fe2(SO4)3+2H2O4.反硫化作用

硫酸盐在厌氧条件下被微生物还原成H2S的过程叫~，或硫酸盐还原作用。参与此过程的微生物主要是脱硫弧菌属等。在混凝土和铸铁排水管中如果有硫酸盐，会因缺氧而被还原为H2S，H2S上升到污水表层或逸入空气，与氧相遇，在硫化细菌作用下氧化为硫酸，再与管顶部的凝结水结合，使混凝土和铸铁管受到腐蚀。为了减少这种腐蚀，要求管道要有适当的坡度，使污水流动畅通。（五）磷素循环磷在自然界中以含磷有机物、可溶性磷化物、难溶性磷化物三种状态存在。磷的转化主要通过三个途径进行：有机磷分解磷酸或可溶与土壤盐基结合不溶性化合物同化性磷酸盐产酸微生物作用磷酸盐1.含磷有机物的分解含磷有机物有核酸、磷脂、植素等。土壤中的一些微生物分解有机磷化合物，释放出磷酸，再转化为无机磷酸盐，如：核糖核酸核糖核酸酶核糖+磷酸+嘌呤+嘧啶土壤中分解有机磷化物的微生物很多，有细菌、放线菌、真菌等。植素是由植酸（肌醇六磷酸脂）和钙、镁离子结合成的盐类，在土壤中分解很慢。植素微生物植酸酶磷酸+CO22.无机磷化合物的转化在土壤中存在难溶性的磷酸钙，可被酸类物质逐渐溶解，转化成水溶性的磷酸盐。如磷酸三钙在酸性条件下转变为磷酸氢钙和磷酸二氢钙，可溶性增加。而异养微生物代谢产生的各种有机酸有利于难溶的磷酸盐的转化。此外，在有机养料丰富而缺氧的条件下，磷酸盐可被梭状芽孢杆菌等还原成膦H3PO4H3PO3H3PO2PH3三.各类合成化合物的生物降解与转化（一）微生物对农药的生物降解农药包括无机物（硫酸铜、氯化汞等），天然有机物（抗菌素,除虫菊酯）、合成有机物（氯化烃、氨基磷酸酯）。农药进入环境后，主要靠微生物（特别是土壤微生物）的降解，通过分解、氧化、还原、水解、缩合或共轭形成、共代谢、脱卤、脱烃、环裂解，这些反应使农药降解为无毒、改变毒性谱，也可能使农药转变为更毒或致癌物质。共代谢：在某些特殊培养基中或在其它微生物参与的特殊条件下，微生物降解转化原来不能利用的化合物。例如直肠梭菌在有蛋白胨类物质存在时，才能降解丙体六六六；链霉菌需节杆菌的协同作用，才能降解农药二嗪农；铜绿假单胞菌经正庚烷诱导产生羟化酶系后，可以将链烷烃氧化为相应的醇

（二）微生物对塑料的生物降解塑料是聚烯烃和增塑剂的混合物，常用的增塑剂是邻苯二甲酸酯类，能通过食物链发生富集作用，危害人类健康。聚烯烃需要先经光降解成分子量5000以下的粉末，才能被微生物利用。在土壤微生物的作用下，约1年后可矿化。自然状态下，微生物主要作用于增塑剂；塑料虽可被微生物分解，但速度很慢，属于极难生物降解的顽固化合物，而且塑料污染范围广、数量大、回收利用难、无害处理难对生态环境危害极大。目前国内外出现多种生物可降解塑料、微生物发酵法生产的聚羟基烷酸（PHA）是其中一种。（三）多氯联苯的生物降解多氯联苯（PCB）是人工合成的有机氯化合物，耐酸碱、耐热、绝缘性高、化学稳定性高、脂溶性高，常用作电器设备的绝缘油、化学工业的载热体、塑胶产品的软化剂、油漆油墨中的添加剂。PCB有毒，是一种致癌物，在环境中难于分解，能通过食物链富集，对生态系统构成严重威胁。多氯联苯是苯环上的氢原子被氯原子置换后生成的化合物，有210种异构体，结构式如下：

XXXX（X=Cl或H）XXXXXX微生物可通过共代谢方式按以下途径降解PCB：

PCB2,3-二羟基-PCB2-羟基-6-酮六-3,4,5-三氯-2,4-二烯酸多氯苯甲酸多氯儿茶酚环裂解三羧循环(TCA)

苯甲酸环裂解（四）合成洗涤剂的生物降解合成洗涤剂的降解主要是表面活性剂的问题。表面活性剂除用于洗涤剂外，还大量用于纤维、造纸、金属加工、石油、煤炭、医药、农药、化妆品等工业，是一类广泛存在的污染物。现在表面活性剂大多使用直链烷基苯磺酸钠，它在好氧状态下很快被微生物降解，生成5~6碳的直链不发泡物质，条件适宜时，一周内生物降解率可达90%以上，降解LBS的微生物主要有微球菌、假单胞菌等，降解机理是：1.甲基化亲油基末端的甲基氧化为羧基；2.β-氧化羧基被氧化,末端的两个碳断裂、分解3.芳香族化合物的氧化如苯酚、水杨酸等的开环反应，首先生成邻苯二酚，然后在两个羟基中间开环，经过二羧酸，最后被彻底降解。4.脱磺化过程，脱下磺基。但合成洗涤剂中增强洗涤效果的辅助剂，如常用的软水剂聚磷酸盐可在水中蓄积，造成水体磷的富营养化，解决的方法是推广无磷洗衣粉。（五）重金属污染物的转化：一些微生物对有毒金属有抗性，可使重金属及化合物发生转化，从而改变重金属化合物的性质和生物效应；对微生物本身，这是一种解毒过程。微生物对金属及化合物的转化主要是通过氧化还原作用和甲基化作用。1.汞的生物转化环境中汞有Hg2+、Hg+、Hg（汞元素）三种价态，微生物可在三种价态之间起转化作用，机理是汞的甲基化和汞的还原作用。（1）汞的甲基化：与甲基钴胺素有关，钴胺素即VB12，它是含钴的一种辅酶，许多微生物如大肠杆菌都能合成B类维生素，包括VB12。甲基钴胺素（表示为R-CH3）是钴胺素的衍生物，甲基是其活性基团，易被亲电子的汞离子夺取而形成甲基汞和二甲基汞：Hg2+

R—CH3

CH3Hg+

R—CH3

(CH3)2Hg↑许多微生物如大肠杆菌、产甲烷菌，都能使汞甲基化，该过程受多种因子影响，主要是pH值，在碱性或中性条件下，Hg2+(CH3)2Hg↑二甲基汞不溶于水，易挥发于大气中，在酸性条件下，(CH3)2HgCH3Hg+，所以酸性水域中，鱼体内一甲基汞含量高。甲基化主要发生在水底污泥表层的厌氧环境中。在富氧条件下，汞甲基化的速度要比厌氧条件高。2.汞的氧化有氧条件下，元素汞可被某些细菌氧化。3.汞的还原作用微生物将无机或有机汞化合物中的2价汞离子还原为元素汞的过程称为~，又称抗汞作用，这是消除汞污染的主要机理。有机汞的还原过程：有机汞微生物水解酶挥发性元素汞+挥发性有机物无机汞的还原：Hg2+微生物汞还原酶Hg0元素汞2.砷的生物转化砷的有机、无机化合物均有毒性，3价砷的毒性比5价砷大，俗称砒霜的是As2O3。微生物在砷的转化中起主要作用。(1)砷的甲基化砷微生物；甲基钴胺素提供甲基甲基砷↑(2)砷的氧化作用：As3+

微生物

As5+(3)砷的还原作用砷酸盐微球菌、海洋细菌亚砷酸盐

第九章微生物在水污染治理中的作用一.

水体自净作用

水体自净

有机污染物进入地面水体后，在物理、化学、生物等综合因素的作用下，可得到净化，水质恢复到污染前的水平，称为~。有机污染物排入水体后，首先被水中的好氧菌氧化分解，如果有机污染物浓度很高，有机物氧化分解和细菌的生长繁殖会迅速耗尽水中的溶解氧，水中缺氧，导致鱼类、好氧原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡。此时，厌氧菌大量繁殖，有机物被厌氧分解。随着有机物不断减少，细菌也逐渐失去营养,数量减少。随后，光能自养型微生物利用水中无机物进行大量繁殖，随着无机营养物的消耗，光合自养微生物也逐渐减少。至此，水中各种物理、化学、生物指标恢复到污染前的水平，自净过程完成。上述自净只有在总排污量小于水体自净容量情况下才能完成，如果总排污量超过水域的自净容量，水域将不能或很难恢复到原来的状态。二.污化系统及指示物正常情况下，污染物排入河流后，从排污口至下游的一段区域内进行自净。由于各种生物需要不同的生存条件，所以在不同位置分布着不同生物，即这些生物对应一定的环境状况，可以称为指示生物。根据水质、指示生物的种群和数量不同，将排污口下游河流分为多污带、α-中污带、β-中污带、寡污带4条带。以上污化系统只反映有机污染程度，不能反映有毒废水的污染。污化系统及指示生物.污化系统多污带α-中污带β-中污带寡污带.水色暗灰色灰色浊度低清澈.BOD(mg/L)＞105~10＜5＜3.H2S气味强烈无无无.细菌(个/ml)＞100万＞10万＜10万＜100.指示生物厌氧菌,细菌,蓝绿硅藻,绿藻金鱼藻,

兼性菌,藻,游泳型固着型纤硅藻,黄变形虫纤毛虫,轮毛虫,水生藻,轮虫虫植物,轮虫浮游甲水蚤壳类,鱼.水生植物三.好氧活性污泥法处理污废水好氧活性污泥：由微生物群落、有机和无机胶体、悬浮物等组成的，肉眼可见的绒絮状小泥粒；颗粒直径0.02~0.2mm，密度1.002-1.006，含水99%左右；静置时能迅速凝聚成较大的绒粒而沉降；污泥外观多呈黄褐色，或呈深灰、灰褐、灰白等色；一般无臭味或略有腥味；弱酸性（pH约6.7），对酸碱有较强的缓冲能力。（一）好氧活性污泥的生物组成好氧活性污泥由细菌、真菌、原生动物、微后动物等多种微生物聚集组成；其结构和功能中心是起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，称菌胶团。图122好氧活性污泥及其沉降性图123正大污水处理厂活性污泥图124正大污水处理厂活性污泥图125蒲城正大厂活性污泥中细菌细菌是活性污泥中的主要生物类群，主要有动胶菌属等；原生动物以纤毛虫为主。活性污泥形成初期，细菌多为游离状态，到活性污泥成熟时，细菌分泌蛋白质和多糖聚合成胶被，把大多数细菌包裹起来，形成菌胶团，进而形成活性污泥絮状体。（二）好氧活性污泥净化污水的机理1.吸附：在有氧条件下，活性污泥吸附废水中的有机物，某些金属离子。2.吸收、氧化、分解：废水中可溶性有机物直接被细菌吸收，大分子有机物被细菌分泌的胞外酶分解为小分子有机物，然后被细菌吸收；吸收进入微生物体内的有机物一部分被氧化分解成CO2、H2O、SO4-2

、NH3、PO4-3等简单无机物，一部分被合成自身细胞，微生物增殖。（三）原生动物在污水净化中有两大作用1.原生动物分泌的粘性物可以促进絮凝，有助于维持活性污泥的正常结构、沉降功能，净化污染物，提高出水的澄清度。2.吞食：大多数原生动物是动物性营养，它们吞食有机颗粒、游离细菌和其它微生物，结果使废水中的含菌量、悬浮物、有机物浓度降低，水质改善。（四）活性污泥中微生物的指示作用1.活性污泥外观的指示作用：絮状体的颜色、数量、颗粒大小及结构松散程度可指示活性污泥的性能。如活性污泥颜色浅、无色透明、结构紧密，说明活性污泥处于新生发展阶段，此时活性污泥的吸附和氧化能力强，沉降性能良好。2.根据生物演替判断活性污泥的成熟程度：在污水处理系统中，特定的食物链如下：细菌→植物性鞭毛虫→肉足虫→动物性鞭毛虫→游泳型纤毛虫、吸管虫→固着型纤毛虫→轮虫。这条链延伸的长度代表着活性污泥的成熟程度，也指示着系统的功能强度。（1）活性污泥处于培养初期：植物性鞭毛虫（有鞭毛藻类，体内有色素体）、变形虫为主。（2）活性污泥处于培养中期：动物性鞭毛虫（无色素体）、游泳性纤毛虫为主。（3）活性污泥培养成熟：固着型纤毛虫（钟虫）、轮虫为主。3.根据生物种类判断活性污泥和处理水质效果:（1）活性污泥状况良好，出水水质较好：大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫）、轮虫。（2）活性污泥结构松散，出水水质较差：变形虫、鞭毛虫（眼虫）、游泳型纤毛虫。（3）系统缺氧：出现线虫（五）活性污泥的驯化及培养1.间歇式暴气培养（1）菌种来源：取自污水处理厂的活性污泥，或本厂集水池或沉淀池的下脚污泥，或污水长期流经的河流淤泥，经扩大培养后备用。（2）驯化:如采用与本厂不同水质废水处理厂的活性污泥作菌种，都要先驯化，才能使用。驯化方法：先进低浓度废水培养，暴气23h，沉淀1h，排出上清液，再进同浓度的新鲜废水，继续暴气培养，每一浓度运行3~7d，通过镜检观察活性污泥生长量增加，可调高一个浓度培养。以后逐级提高废水浓度，一直达到本厂废水浓度。驯化初期，活性污泥结构松散，游离细菌较多，之后出现鞭毛虫和游泳型纤毛虫，此时的活性污泥有一定沉降效果。在驯化过程中可以看到原生动物由低级向高级发展：培养初期培养中期培养成熟期.鞭毛虫，游泳型纤毛钟虫等固着型纤毛变形虫虫，鞭毛虫虫，盾纤虫，轮虫.驯化后期以游泳型纤毛虫为主，出现有一定耐污能力的固着型纤毛虫。活性污泥沉降性能良好，上清液与污泥之间可看出界限，驯化结束。（3）培养：驯化好的活性污泥改用连续暴气法继续培养。通过镜检分析，当菌胶团结构紧密、原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，有轮虫出现，直到活性污泥全面形成大颗粒絮团，结构紧密，沉降性能好，完成培养。四.生物膜法中的微生物及其作用污废水通过滤料或载体时，水中的悬浮物被截留于滤料或载体上，水中的胶体物质被吸附于滤料或载体。在降解转化污染物的同时，很快繁殖增加的微生物附着于滤料或载体表面。这层“微生物+胶体+悬浮物”又产生截留、吸附、固着的作用，最终在污废水流经的滤料或载体表面形成一层粘膜，即生物膜。塔式微生物滤池废水出水

生物膜的结构生物膜废水空气厌好氧氧有机物微微生生O2O2O2物物

CO2CO2CO2

终产物图126生物滤池图127生物滤池图128转盘式生物滤池模型图129转盘式生物滤池生物膜厚2~3mm呈蓬松的絮状结构,微孔多，表面积大，具有很强的吸附和降解有机物的能力。（一）生物膜的微生物组成主要由菌胶团和丝状菌（真菌较多）组成，此外还有原生动物（钟虫、累枝虫等）、藻类（丝藻、毛枝藻等）、微后动物（轮虫、线虫、昆虫幼虫等），还能栖息一些肉眼可见的无脊椎动物。（二）生物膜中微生物的净化作用污水流经生物膜时，水中的大分子有机污染物首先被上层生物膜中的细菌、真菌吸附并分解为小分子有机物，继而被吸收，其一部分合成细胞物质进行繁殖，一部分在好氧层中被分解为CO2、H2O，另一部分在厌氧层中被分解为NH3、H2S,CH4和其它小分子有机物；原生动物又以细菌、真菌为食；表层生物膜的代谢产物及剩余的有机物又被深层生物吸收利用，进一步被氧化为CO2、H2O，剥落的生物膜和游离细菌被原生动物和其它高级动物吞食，废水得到净化。吸附吸收原生动物细菌、真菌微后动物生物膜脱落物剩余污泥有机污染物（三）生物膜中微生物的指示作用：膜内生物多为好氧性的。但随着膜厚度增加，膜内开始缺氧，深层生活着厌氧生物。在进水端，有机物浓度高，微生物多为细菌，也有少数鞭毛虫；中段有机物浓度降低，出现上段微生物的小分子代谢产物，主要有球衣菌、鞭毛虫、变形虫等，并形成菌胶团结构；在出水端，有机物浓度进一步降低，除中段生物外，还有游泳型纤毛虫、匍匐型纤毛虫、固着型纤毛虫、钟虫、轮虫、线虫等。（四）生物膜的培养（挂膜）1.自然挂膜法在生物滤池中注入污废水，用泵推动其低速封闭循环3~7天后，对生物滤池慢速连续进水。如在15~20℃水温下培养，需30~50天，生物膜培养成熟。2.活性污泥挂膜法引进适量的处理生活污水或工业废水的活性污泥注入生物滤池作菌种，与本厂污废水混合，然后按上法程序操作，可以缩短挂膜时间。五.厌氧消化法中的微生物及其作用在厌氧条件下，利用厌氧微生物处理高浓度有机废水，称厌氧生物法，简称厌氧消化。厌氧微生物处理工艺—厌氧接触法工艺进水发酵罐沉淀池出水回流污泥剩余污泥沼气（一）厌氧消化的机理-甲烷发酵三阶段理论1.水解发酵阶段大分子有机物被胞外酶分解为小分子有机物，然后进入细胞内被分解为更简单的物质。如蛋白质被分解为氨基酸，脱氨基后转化为有机酸和氨；淀粉，纤维素被分解为丙酮酸，脂类被分解为低级脂肪酸、乙醇、H2、CO2

等。2.产乙酸阶段上一阶段产物产氢和乙酸菌群乙酸+H23.产甲烷阶段产甲烷的方式有：（1）H2

+

CO2（或CO）产甲烷菌合成CH4（2）甲酸、甲醇、甲基胺产甲烷菌CH4或乙酸产甲烷菌脱羧CH4+

CO2

（二）产甲烷菌产甲烷的机理1.由酸和醇形成甲烷：CH3COOHCH4+CO24CH3OH3CH4+CO2+2H2O2.利用H2使CO2还原形成甲烷：4H2+

CO2

CH4+2H2O3.

H2和H2O存在时甲酸甲烷菌将CO还原成甲烷：3H2+COCH4+H2O；2H2O+4COCH4+3CO2

第1阶段微生物主要是专性厌氧菌和少量兼性厌氧菌；第2、3阶段主要是产乙酸、产氢、产甲烷菌。六.含硫酸盐废水的厌氧微生物处理：低浓度的SO4-2可作为好氧微生物的无机营养物，但浓度高的SO4-2对微生物有毒害作用。高浓度的有机废水进行厌氧消化的目的是产甲烷，但在有SO4-2存在时，硫酸还原菌和产甲烷菌两菌争夺H2，产甲烷菌无法获得H2。所以在进行甲烷发酵之前，要先降低SO4-2，使产甲烷菌能获得H2后，再进行甲烷发酵。可加CaO，Ca(OH)2生成CaSO4沉淀，除去SO4-2

。七.污、废水的微生物深度处理—脱氮、除磷（一）污、废水脱氮、除磷的目的意义：污废水一级处理只是除去废水中的砂砾及大的悬浮固体，去除COD约30%左右。二级生物处理是去除废水中的可溶性有机物。生活污水经好氧生物处理，大部分可溶性含碳有机物被去除，去除COD70～90%，去除BOD590%以上，同时产生NH3-N、NO3-N-、PO4-3

、SO4-2，其中约25%的氮和19%的磷被微生物吸收利用，通过排泥得到去除；但出水中氮和磷仍达不到排放标准。有的工业废水如味精废水和赖氨酸废水含氨氮非常高，味精废水含氨氮达6000mg/L左右，COD更高，达6万～8万mg/L，BOD5约为COD的一半。氮和磷虽是生物的重要营养源，但水中氮、磷过多，危害极大，引起水体富营养化，使水源水质恶化，不但影响人类生活，还严重影响工农业生产，所以脱氮、除磷非常重要。水体中氮、磷主要来自生活污水、农业灌溉、喷洒农药、畜禽粪便、工业化肥、炼油、焦化、制药、印染、晴纶、洗涤剂、食品加工等行业。（二）微生物脱氮1.原理：先利用污水处理设施内好氧段由硝化和亚硝化菌通过硝化作用将