环境微生物学课件

環境微生物學緒論一、環境微生物學概念環境微生物學是由普通微生物學發展起來的環境科學和環境工程的一門學科。它以普通微生物學為基礎，在研究微生物學一般規律的同時，著重微生物和環境之間相互作用的規律、微生物活動對環境和人類產生的有益和有害的影響以及在環境污染控制工程中有關的微生物學原理的研究，是環境科學和環境工程的重要理論基礎。二、環境微生物學的內容和任務微生物在人類生存環境中的活動情況與作用規律；微生物對人類環境產生的有利或有害影響；環境污染防治的微生物學原理、途徑、技術與方法；（一）、研究自然環境中的微生物及其與環境間的相互關係以及對人類環境有益和有害的影響，此即廣義的環境微生物學研究內容。（二）、研究污染環境的微生物行為及微生物對污染物的去除或轉化、微生物活動對環境的影響等，此即污染微生態學研究內容。（三）、在治理污染的人工構築系統中微生物的作用與應用，此即環境工程微生物學的主要內容。（四）、在環境監測中的應用，此即環境微生物監測。三、微生物、環境和人類間的關係微生物環境人類環境富營養化和近海赤潮已經不再是新鮮名詞。我國近海每年都有大面積的赤潮發生。(一)水體污染（赤潮）我國水體富營養化和赤潮發生流域圖中國各海區赤潮發生情況（1952-1998）

資料來自“鄒景忠，赤潮災害，《海洋志》”沿海省（自治區、直轄市）赤潮發現次數(二)水體污染（有毒化學物危害）過去我們常理解為“沙漠不斷擴大，把沙漠裏的沙子擴散到越來越廣的肥沃土地上”，這是不准確的。1992年世界環境與發展大會上通過的定義是“包括氣候和人類活動在內種種因素造成的乾旱、半乾旱和亞濕潤地區的土地退化”。也就是由於大風吹蝕，流水侵蝕，土壤鹽漬化等造成的土壤生產力下降或喪失，都稱為荒漠化。(三)荒漠化四、環境微生物學對環境可持續發展的重要作用微生物在物質迴圈轉化中的作用：維持物質的生物化學迴圈，維持生物無窮無盡的繁演，保持生態平衡和生態環境的可持續。

1.在碳素生物迴圈作用

2.在氮素迴圈中的作用

3.在硫迴圈作用環境淨化和環境工程微生物中的應用在環境微生物監測中的應用

第一章環境監測中的微生物學方法

當環境受到污染後，環境的物理性質化學性質生物學特性如：重金屬離子、NO3-濃度增加；水體污染變質，水生生物種類減少，甚至滅絕；發生變化如何監測？化學方法：快速、定性定量反映污染物濃度，但為暫態值；

生物學方法：利用生物種類、數量的變化，生物學特性的改變來監測污染物對環境的影響。可監測到污染物對環境的綜合影響，但不易精確反映污染物的性質、濃度和數量。一、空氣微生物來源空氣並非微生物的繁殖場所，空氣中缺乏水分和營養，紫外線的照射對微生物也有致死作用。土壤中飛揚起來的灰塵；水面吹起的水霧、人和動物體表乾燥脫落的物質，微生物附著於這些物質的微粒上隨氣流傳播。第一節空氣的衛生學檢驗微生物產生的孢子本身也可以飄浮到空氣中，形成“氣溶膠”，借風力傳播。空氣中的微生物中，真菌的孢子數量最多，細菌較少。而且藻類、酵母菌、病毒都會存在於空氣中。二、空氣微生物的衛生標準目前，還無統一的關於空氣的衛生學指標，一般以室內1m3

空氣中細菌總數為50~1,000個以上作為空氣污染的指標。病原菌在空氣中一般很易死亡，但結核菌、白喉桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、炭疽桿菌、流感病毒和脊髓灰質炎病毒等，也可以在空氣中存活一段時間。塵埃多的地方，如畜舍、公共場所、醫院、城市街道的空氣中，微生物數量較多。高山、海洋、森林、積雪的山脈和高緯度地帶的空氣中，微生物較少。場所畜舍宿舍城市街道市區公園海洋上空北緯80º微生物(1~2)

106

2×104

5×1032001~20表2-1不同場所上空微生物的數量（個/m3

）表2-2以細菌總數評價空氣的衛生標準（個/m3

）清潔程度細菌總數最清潔的空氣（有空調）1~2清潔空氣<30普通空氣31~125臨界環境~150輕度污染<300嚴重污染>301三、空氣的微生物監測通常採用營養瓊脂平板計數法。我國檢測空氣微生物所用的培養皿直徑為d90mm，有用d100mm的。評價空氣的清潔程度，需要測定空氣中的微生物數量和空氣污染微生物。測定的細菌指標有細菌總數和綠色鏈球菌，在必要時則測病原微生物。(一)空氣微生物的測定方法1．固體法固體法有平皿落菌法(沉降—平板法)、撞擊法(有縫隙採樣器、篩板採樣器、針孔採樣器)和過濾法。(1)平皿落菌法：將營養瓊脂培養基融化倒人d90mm無菌平皿中製成平板。將它放在待測點(通常設5個測點)，打開皿蓋暴露於空氣5~10min，以待空氣微生物降落在平板表面上，蓋好皿蓋，置於培養箱中培養48h後取出計菌落數，即為落菌數。可通過前蘇聯奧梅梁斯基公式換算出浮游細菌數。奧氏認為：5min內落在面積100mm2營養瓊脂平板上的細菌數和10L空氣中所含的細菌數相同。奧氏公式：式中：C—空氣細菌數；

A——捕集面積，cm2

；

t——暴露時間，min；

N——菌落數，個。5t100A100010×N××C=簡化後的奧氏公式：經測定發現，用奧式公式計算的浮游細菌數比實測的浮游細菌少。此公式沒有考慮塵埃粒子大小、數量、氣流情況、人員密度和活動情況。C=1000×50NA×t(2)撞擊法：以縫隙採樣器為例，用吸風機或真空泵將含菌空氣以一定流速穿過狹縫(狹縫寬有0.15mm、0.33mm和1mm三種)而被抽吸到營養瓊脂培養基平板上。狹縫長度為平皿的半徑，平板與縫的間隙有2mm，平板以一定的轉速(1r／min、5-60r／min、60r／min)旋轉。通常平板轉動一周，取出置於37℃恒溫箱中培養48h，根據空氣中微生物的密度可調節平板轉動的速度。採集含菌高的空氣樣品時，平板轉動的速度要比含菌量低的空氣樣品的轉速快。根據取樣時間和空氣流量算出單位空氣中的含菌量。採樣器的規格各國不一，可按說明書操作。撞擊法檢測空氣中微生物數量培養前培養後2液體法液體法用於測定空氣中的浮游微生物，主要是浮游細菌。該法將一定體積的含菌空氣通入無菌蒸餾水或無菌液體培養基中，依靠氣流的洗滌和衝擊使微生物均勻分佈在介質中，然後取一定量的菌液塗布於營養瓊脂平板上，或取一定量的菌液於無菌培養皿中，倒入15-18ml融化(45℃)的營養瓊脂培養基，混勻，待冷凝製成平板，置於37℃恒溫箱中培養48h，取出計菌落數。再以菌液體積和通入的空氣量計算出單位體積空氣中的細菌數。例如：將10m3含菌空氣通入100mL的無菌水中，使10m3空氣中的微生物全部截留在100mL水中。然後取0.1mL菌液塗布於平板上，若長出100個菌落，10mL水中共含菌10,000個，則10m3空氣含有10,000個。1m3空氣含有1,000個。(二)空氣微生物的檢測點數空氣微生物的測點數越多越準確，為照顧到工作方便，又相對準確，以20~30個測點數為宜，最少測點數為5~6，見表。

時間

標準

名稱最少測點數建議測點數

點距（m）每點測定次數

1987

JISB9920潔淨室中浮游粒子

測定方法和潔淨室的評價方法

6

20，30原則上<3

空間太大可放寬

≥3

1987

空氣清淨協會標准潔淨室性能評價指南

5

20,30原則上<3

表2.1日本有關標準測點數的規定

摘自許鐘麟．空氣潔淨技術原理．P522．同濟大學出版社，1998

表2.2按美國聯邦標準209E方法計算的必要測點數

潔淨度進風面積(單向流)或室面積(亂流)／m2100級及高於100級

1000級10000級

100000級

<1010204080100200400

2~34816324080160

23613253263126

22248102040

222223613表2.3浮游菌最小採樣量

浮游菌上限濃度／個·m-2·min-1

計算最小採樣量／m3

10510.50.10.05

0.30.6363060表2.4落菌法測細菌所需要的最少培養皿數(沉降0.5h)

含塵濃度最大值

需要d90mm培養皿數

0.353.5353503500~35000

4013421第二節水質的細菌學檢驗一、細菌總數是將定量水樣（原水樣或經一定稀釋後的水樣1mL）接種於牛肉膏蛋白腖瓊脂培養基平板上，於37ºC培養24hr後觀察結果，計算細菌菌落數，最後算出原水樣每毫升的細菌總數。具有相對的衛生學意義，菌數越高，反映出水體受有機物污染或糞便污染越重，病原菌污染的可能性亦大。二、糞便污染指示菌人畜糞便中常常帶有大量的微生物，其中有些屬於正常的、對人體無害的腸道微生物，有些則是病原微生物，進入水體後，可造成水體的污染，從而引發各種腸道疾病。因此，水質的衛生學檢驗，對於保護人群健康，具有重要意義。致病菌數量少，檢測比較複雜，故選用間接指標即糞便污染的指示菌為代表。常用腸道正常細菌在水中的存在及數量情況作為糞便污染的指示。健康成人糞便內的微生物數量微生物名稱每克糞便中平均生長菌落數主要微生物

擬桿菌屬1010乳酸桿菌屬109大腸埃希氏菌屬108糞鏈球菌108次要的微生物

檸檬酸桿菌屬105-106梭菌屬105-106葡萄球菌屬105-106克雷伯氏菌屬104-105腸桿菌屬104-105芽孢桿菌屬酵母屬104-105黴菌104-105較少的微生物

變形菌屬102-103銅綠假單胞菌屬102-103（一）指示菌的理想條件大量存在於人的糞便中，且數量比病原菌多；受糞便污染的水中易檢測出該指示菌，未受污染的水中無此菌；在水體中不會自行繁殖；存活時間略長於致病菌，對消毒劑的抵抗略強於致病菌；檢出及鑒定方法比較簡易迅速；適用於各種水體。（二）適宜的指示菌總大腸菌群，糞大腸菌群、大腸桿菌埃希氏菌（大腸桿菌）、克雷伯氏菌屬。三、大腸桿菌（一）特徵定義：一群需氧或兼性厭氧性的G-無芽孢桿菌，能在37ºC培養24hr使乳糖發酵產酸產氣，包括了糞便內全部兼性需氧性的G-桿菌，以大腸桿菌埃希氏菌屬為主，尚有檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等。成人每日糞便中排出的菌數可達(5~100)×106個。（二）大腸菌群的測定常用多管發酵法與濾膜法：發酵法：又稱多管發酵法或三步發酵法初發酵（推測試驗）：將不同稀釋度的水樣，分別接種於含有乳糖等糖類的培養液中（3倍或1倍乳糖液），經37ºC培養24hr，觀察產酸產氣情況，以初步判斷是否有大腸菌群存在。2）平皿分離（證實試驗）水中除大腸菌群外，尚有其他細菌可能引起糖類發酵，因此需要進一步證實。將初發酵管中已發酵的菌液接種於伊紅美蘭培養基或遠藤氏培養基上，37ºC培養24hr，根據菌落特徵，挑取可能為大腸菌群的菌落製片，經革蘭氏染色，進一步證實是否為大腸菌群。3）復發酵試驗（完成試驗）將上述可能為大腸菌群的菌落再次轉接入1倍乳糖培養液中，經37ºC培養24hr，產酸產氣者即最後確證為存在大腸菌群。產酸、產氣分別記為陽性反應，不產酸、產氣則記為陰性反應；根據陽性管數量，查表求得水體大腸菌群的數量。2濾膜法發酵法全部檢測需要的時間較長，為縮短時間，可以採用濾膜法，其步驟為：1）水樣過濾：選用具有微孔的濾膜，滅菌後通過抽濾一定量的待測水樣，將水中的細菌截留在無菌濾膜上；2）培養：將濾膜有菌面朝上貼於特定的固體培養基平板上（伊紅美蘭培養基或遠藤氏培養基），經37ºC培養16hr~18hr；3）結果觀察：培養16hr~18hr後，挑選深紅色或紫紅色、不帶或帶有金屬光澤的菌落，或者淡紅色、中心色較深的菌落進行革蘭氏染色觀察，確定大腸菌群細菌。

G-

：接入乳糖培養液中，復發酵；

G+：陰性結果。經染色證實為G-無芽孢桿菌者，再接入乳糖蛋白腖半固體培養基中，37ºC培養6~8hr，產氣者判定為大腸菌群陽性。4）結果計算：根據濾膜上證實的大腸菌群數及濾過水量，求出1L水中的大腸菌群數量。計算公式：總大腸菌群數=

濾膜上的菌落數以20~60個/片為適宜。5）評價報告：根據測定的數值寫出檢測水樣的細菌學檢測結果，予以評價。濾膜上生長菌落數×1000過濾水樣量（mL）濾膜法的優點：省時、省料、設備要求低；可以採集較多的檢驗水樣。局限性：易受懸浮物干擾；受其他細菌的干擾；受水樣中毒物的干擾。第二章水體環境與水體富營養化自然界的水，包括淡水和海水，其來源是陸地水和雨雪。陸地水分為地表水和地下水，地表水分為江、河、湖泊的水，地下水是地表以下岩洞孔隙、裂隙或溶洞中的水。除了埋藏較深的地下水外，其他各類自然界的水域中均有微生物存在。第一節水環境和水中的微生物水中微生物種類很多，但不同水域種類和數量上差異很大。自然界的水域中，一般營養物較缺乏，多數微生物常在饑餓的狀態下生活，因此在水中存活的許多微生物可以在稀薄的營養環境下生活。水中異養菌的種類和數量均較多，水中也有自養菌。一、水體中微生物的分佈特點來自溪流的水較為清潔，營養物質缺乏，其中細菌以革蘭氏陰性無芽孢菌為主。含鐵和硫的水中則常見鞘細菌和硫細菌；湖泊、池塘、河流中的微生物大部分來自土壤和生活污水，微生物類群直接反映了陸地情況。水中的真菌以水生藻狀菌為主。湖水中最常見的真菌是水黴菌屬(Soprolegnia)和綿黴菌屬(Achalya)的菌種。海水中微生物的種類和數量也很大，分佈極廣，特別是藻類最多。細菌的種類和土壤及淡水中的差別不大，但有較多的弧菌和革蘭氏陰性桿菌，球菌和放線菌較少。海水細菌中能遊動的和有色素的細菌比例較大。由於海水中營養物質相對不及地面水豐富，加之海水的高鹽分、低溫、高壓的條件，海水中微生物的濃度相對較低，異養菌數目相對較少，兼性好氧菌佔優勢而專性好氧菌很少，它們大多是分解蛋白質能力強，而分解碳水化合物能力弱的菌種。不同水體微生物數量國名河名河水中的細菌數(個/mL)作者德國巴西捷克福達河萊爾涅爾格羅河多瑙河3.52×105~9.8×1062~3×1054.55×105JannaschSchmidtDaubner湖泊類型細菌總數（×103/mL）貧營養湖泊中營養湖泊富營養湖泊富營養水庫50~340450~14002200~123001000~57900光照溫度浮游植物細菌第二節、水體自淨作用一、水體自淨1概念：地面水接受污染物後，水質發生變化，經過一定時間(或流過一定距離)後，受多種因素的影響，被污染的地面水又恢復原有的潔淨狀態，這一過程稱為水體的自淨作用。自淨容量自淨作用有一定的限度，在水體自淨作用限度內能夠容納的污染物的最大數量，稱為該水體的自淨容量。對於某一特定的水域，若污染物的排放總量超過了其自淨容量，則水體不能自行恢復至原有的狀態，其生態平衡將遭到破壞，河水即被污染。我國每年的廢污水排放總量已經達到了620億噸水體自淨作用的強弱和自淨容量的大小受水量、水質及一系列水文條件(如流量、流速、河流彎曲複雜程度等)影響。自淨作用是自然沉降作用、稀釋作用、有機物的生物降解、複氧作用(溶解氧濃度的恢復)、日照等許多作用聯合的結果。通常污染物的排放量在水體的自淨容量允許範圍，好氧菌能持續繁殖，隨有機物降解，溶解氧濃度會下降，水中BOD濃度也同時下降；有機物分解完畢後，化能異養細菌停止生長；光合微生物

(藻類和藍細菌)利用水中溶解的無機物大量繁殖，隨後，無機營養物的減少使光合微生物數量也減少。水體的BOD、溶解氧恢復至原來的水準，河水的自淨作用完成。排放到水域中的各種廢水有時含有各式各樣的病原微生物，這些微生物進入河流等水域，由於環境的變化，在一定時間後通常會死去，病原微生物的死亡是自淨作用的重要內容。二、河流污染和自淨過程有機物排放至河流後，被河水稀釋，其中的懸浮物沉降至河底。河流中的好氧微生物利用有機物加速繁殖，降解有機物，溶解氧降低，甲殼動物、大多原生動物死亡，魚類絕跡，厭氧菌大量繁殖。二、河流污染和自淨過程隨河水流動以及微生物的活動，有機物濃度降低，COD和BOD降低、溶解氧濃度增加，甚至達到飽和，水生生物開始繁殖。有機物被完全降解，細菌數量減少，河水回復到原先的水準，自淨作用完成。有機物質種類及濃度：排入河流的有機物被降解的難易程度、有機污染物的濃度菌直接影響河流的自淨作用。溶解氧：主要來源於藻類、藍細菌的光合作用和空氣中氧的擴散作用。三、影響河流自淨作用的因素溫度：對微生物的生長速率有影響，水溫或氣候會影響水體自淨作用的強弱。其他因素：河流的流量、流速、河道彎曲複雜程度影響到沉降、稀釋作用；空氣中氧向水中擴散速率，影響到水體的自淨作用。三、影響河流自淨作用的因素四、衡量水體自淨的參考指標1、P/H指數P代表水體中光合自養型微生物數量，H代表異養微生物數量，二者之比即為P/H指數，它在一定程度上反映水體污染和自淨的程度。P/H指數低，有機物濃度較高，污染重，自淨速率高，自淨度低；P/H值高，水體逐漸清潔，有機物濃度較低，污染輕，自淨速率較低。河流自淨作用完成後，P/H指數也恢復到原來的水準，自淨度高。河流自淨過程中，好氧菌大量繁殖，使水中溶解氧下降；而藻類和藍細菌的光合作用產生的O2及空氣中向水體擴散的O2使溶解氧濃度逐漸上升(即複氧作用)。這種在耗氧與複氧作用下的水中溶解氧變化曲線稱為氧垂曲線。氧的消耗量能反映微生物自淨作用的強弱，溶解氧的完全恢復說明自淨作用已完成，因此氧垂曲線可反應出水體自淨狀況。2、氧垂曲線和氧濃度的晝夜變化幅度第三節污染水體的微生物生態一、汙化系統及其指示生物汙化系統(也稱有機污染系統)是根據水體有機物污染程度的不同，對水體的一種分類法。當有機污染物排入河流，在其下游河段的自淨過程中，形成一系列汙化帶。因各種水生生物需要不同的生存條件，故在各個帶中可找到不同的代表性指示生物，這些指示生物包括細菌、真菌、藻類、原生動物等微生物，以及輪蟲、浮游甲殼動物、魚類及底棲動物等。根據指示生物的不同，汙化系統中的汙化帶分為多汙帶、

-中汙帶、

-中汙帶和寡汙帶。1.多汙帶（polysaprobiczone）靠近排汙點下游，河水深暗、渾濁，含大量有機物，BOD高，呈缺氧或厭氧狀態，污染嚴重。有機物分解產生H2S、NH3，使河水有異味。水生生物種類極少，以厭氧和兼性厭氧微生物為主，無魚類、顯花植物等。代表性的指示生物是細菌，且種類多、數量大，每ml水中可達幾億個，例如硫酸鹽還原菌與產甲烷菌等，此外還有顫蚯蚓、蚊蠅幼蟲。2.中汙帶(

-mesosaprobiczone)在多汙帶下游，有機物量略減少，BOD下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物種類增加，細菌數減少，但每毫升仍有幾千萬個。代表性的指示生物舉例如下：天藍喇叭蟲、椎尾水輪蟲、櫛蝦、獨縮蟲、顫藻、小球藻等。3.

-中汙帶（

-mesosaprobiczone）光合微生物和綠色浮游生物大量出現，水中溶解氧升高，有機質含量少，BOD很低，懸浮物進一步減少，有機氮已轉變為NH4+、NO2-和NO3-

，CO2與H2S含量減少。細菌數量減少，藻類大量繁殖，輪蟲、甲殼動物和昆蟲增加，生根的植物、魚類出現。代表性生物：藻類的水花束絲藻、變異直鏈矽藻、短棘盤星藻、舟形藻、梭裸藻；原生動物的草履蟲、聚縮蟲；微型後生動物的腔輪蟲、水蚤。4.寡汙帶(oligosaprobiczone)河流自淨作用完成，有機物完全分解為無機物，BOD極低，溶解氧恢復正常，基本不含H2S，CO2含量較低，氮元素全部氧化為NO3-。指示生物：魚腥藍細菌、隔板矽藻、黃群藻、玫瑰旋輪蟲及其它藻類，鐘蟲、旋輪蟲、水生植物與魚類等。以上汙化系統只能反映有機污染的程度，不能反映有毒廢水的污染。二、水體有機污染指標BIP指數(BiologicIndexofWaterPollution)：根據水生生物種類的變化來評價水體污染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的數量求出某種指數來定量表示水體污染程度。污染程度清潔水輕微污染中等污染嚴重污染BIP0~88~2020~6060~100利用BIP判斷水體的有機污染程度BIP=BA+B×100A——

有光合作用微生物的數量B——

非光合作用微生物的數量水污染生物指數的含義為：2、細菌菌落總數（CFU）1mL水樣品在營養瓊脂培養基中，於37ºC培養24hr後所生長出來的細菌菌落總數。用於指示被檢測水源水受有機物污染的程度，為生活飲用水做衛生學評價提供依據。我國規定，1mL生活飲用水中的細菌總數<100個。3、總大腸菌群又稱大腸菌群或大腸桿菌群。它包括埃希氏菌屬(Escherichia),檸檬酸桿菌屬(Citrobacter),腸道菌屬(Enterbacter)和克雷伯氏菌屬(Klebsiella)。兼性厭氧、無芽孢、革蘭氏陰性桿菌；是指示水體被糞便污染的一個指標。我國不同水體中總大腸菌群及糞大腸菌群的標準

樣品總大腸菌群

糞大腸菌群地表水Ⅰ級≤200個/LⅡ級≤2000個/LⅢ級≤10000個/LⅣ級≤20000個/LⅤ級≤40000個/L

游泳池水≤18個/L

飲用水0個/100ml

0個/100ml

醫院排放污水一級≤

500個/L二級≤

1000個/L三級≤

5000個/L第四章水體富營養化（eutrophication)一、水體富營養化（eutrophication)概念水體中N、P等營養元素大量增加，遠遠超過正常的含量，導致原有的生態系統破壞，使藻類和某些細菌的數量激增，其他生物種類減少的現象。二、指標：

N>0.2~0.3mg/L,P>0.01~0.02mg/L，生化需氧量>10mg/L，細菌總數>105

個，葉綠素a>10g/L。不同湖泊類型的主要特徵特徵貧營養湖泊富營養湖泊湖的形態水色透明度溶解氧營養物生物群落深、湖岸陡淡、呈藍色高濃度高N<0.3mg/LP<0.03mg/L種類多，數量少，主要是矽藻，貝殼動物淺、湖岸較平緩濃、呈綠、藍綠和黃色低晝夜相差懸殊N>0.3mg/LP>0.03mg/L種類少，數量多，主要是藍藻，一般缺乏底棲動物。富營養湖泊貧營養湖泊微生物數量品種分布晝夜間的遷移水華現象主要藻類豐富較少主要在水體表面有限經常發生藍藻科魚腥藻屬、囊絲藻屬、微囊藻屬等，片矽藻科直鏈藻屬、脆杆藻屬、冠盤藻屬、星幹藻屬。稀少很多可生長至深層頻繁很少出現綠藻科角星鼓藻屬、片矽藻科平板藻屬，小環藻屬；金藻可錐囊藻屬富營養湖泊與貧營養湖泊比較eutrophicationLargephytoplanktonbloomscancausehugeuglyfoamsonbeaches.Thesebloomsarenottoxicbuttemporarilyruinthebeach,reducingitsrecreationalvalue.AlgaebloominMoundsDamimpoundmentcausedbyeutrophication三、富營養化的危害水體外觀呈色、變濁、影響景觀：內陸湖：水華（水花Waterbloom);海洋：赤潮（紅潮Redtide)水體散發不良氣味：土腥素（geosmin)，硫醇、吲哚、胺類、酮類等；溶解氧下降：分解有機物及藻類殘體造成細菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧氣。水生生物大量死亡。有些產生毒素：甲藻產生石房毒素、進入食物鏈。滇池厚達5cm的微囊藻水華四、優勢藻種海洋中引起赤潮的主要藻種多為甲藻綱，常見的有：甲藻屬、膝蓋藻屬、多甲藻屬；湖泊水華產生以藍細菌為主：微囊藻屬、魚腥藻屬、束絲藻屬、顫藻等屬的一些種，有些能固氮。五、富營養化的檢測與防治監測：N、P元素的含量，水體中N>0.3mg/L、P>0.03mg/L時，藻類生長加快。日本學者提出，按下式計算：耗O2量×無機N(g/L)×無機P(g/L)1500

若結果1，富營養化將出現。1評價水體富營養化的方法與AGP評價水體富營養化的方法是：①觀察藍藻等指示生物；②測定生物的現存量；③測定原初生產力；④測定透明度；⑤測定氮和磷等導致富營養化的物質。將五方面綜合起來對水體的富營養化作出全面、充分地評價。為了控制排入水體的廢水量和水質，以便採取防止廢水對水體產生負面影響的措施，必須測定該廢水中藻類的潛在生產力(AGP)。AGP即藻類生產的潛在能力。把特定的藻類接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養，使藻類增長到穩定期為止，通過測幹重或細胞數來測其增長量。此即藻類生產的潛在能力(AGP)。歐、美已制訂藻類培養試驗標準法，日本也在使用。具體藻類培養試驗的培養方法如下：藻種：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻屬、衣藻屬、穀皮菱形藻、裸藻屬、柵列藻屬、纖維藻屬、實球藻屬、微囊藻屬及魚腥藻屬等。方法：將培養液用濾膜(1.2µm)或高壓蒸汽滅菌器(121ºC，15min)除去SS和雜菌。取500mL置於L型培養管(1,000mL)，接入羊角月芽藻，將培養管放在往復振盪器上(30~40r/min)，20℃，光照度為4,000~6,000lx條件下振盪培養7~20d(每天照明培養14h，暗培養10h)後，取適量培養液用濾膜過濾，置105℃烘至衡重，稱幹重，計算藻類中的幹重即為該水樣的AGP。

日本湖水水體評價標準湖水類型AGP

貧營養湖1mg／L

中營養湖l~10mg／L

富營養湖10~50mg／L若加人生活污水處理水，AGP明顯增加。2、防治：加強生態管理：防止含N、P及生活污水未經處理直接排入河流；污水深度處理：徹底去除有機污染物；化學殺藻：漂白粉、CuSO4(0.1~0.5mg/L)撒入產生赤潮的河流或海洋；生物殺藻劑：尋找藻類的致病微生物；混層法：人為增加溶氧，強力攪拌，防止藻類過度繁殖。“滇池藍藻水華污染控制技術研究”基地的重力斜篩自動脫水設備在對滇池藍藻水華進行脫水處理。脫水後形成的藻漿經去毒處理，可成為上好的有機肥料或飼料。中科院水生所“滇池藍藻水華污染試驗技術研究”課題組示範區6.1km2的滇池水面在治理中水質逐漸好轉，成群的紅嘴鷗飛至湖面捕食、嬉戲。第三章污水的生物處理我國的水資源形勢：城市和農業缺水十分嚴重;全國80％的水域，45％的地下水，90％以上的城市水域受到不同程度的污染。第一節概述一、污水處理的過程分為五個階段：預處理(preliminarytreatment)

一級處理(primarytreatment)

二級處理(secondarytreatment)

三級處理(tertiary)

污泥處理(sludgetreatment)預處理(preliminarytreatment)去除粗砂粒和大的固體物，漂浮物和油污也在此階段去除。一級處理(primarytreatment)又稱沉澱處理(sedimentation)懸浮固體以污泥的形式去除;去除70％~80％的懸浮固體、25％~40％的BOD5，減輕後續處理工藝的負荷和提高處理效果。二級處理(secondarytreatment)又稱生物處理(biologicaltreatment)主要利用構築物內或特定外境中的微生物去除水中溶解的或膠體狀態的有機物;去除80％~95％的BOD5，使城市污水BOD5下降到30mg/L以下。三級處理(tertiary)又稱高級處理(advancedtreatment)通過活性炭吸附、臭氧消毒和生物脫除等物理、化學和生物學方法去除氮磷營養鹽、難降解物質、病原體等污染物。污泥處理(sludgetreatment)將處理過程中產生的污泥經過脫水、穩定和處置。二、生物處理的優點和基本類型1、生物處理的優點①效率高

普通活性污泥水處理廠，每天1m3曝氣池能轉換1~2kg幹有機物，100倍於森林。②效果好

BOD去除率達90%~95%，COD去除率為60%~70%。生物處理的優點含酚廢水：萃取法：100mg/L生物法：≤1mg/L③適用範圍廣（與微生物特點相關）④成本低、運行費用少；⑤可處理的水量大，方法成熟生物處理是廢水二級處理的首選方法生物處理的優點2、生物處理的基本類型生物處理的方法很多好氧處理厭氧處理活性污泥法生物膜法微生物在構築物中的狀態

微生物與氧的關係三、生物處理的作用機理1、吸附作用(absorption)吸附作用在污水處理廠密集的微生物生態系統中可能起著主要作用。通過微生物的吸附特性得以去除廢水中的一些不可降解的污染物，如合成有機物、金屬鹽類以及一些放射性物質。2．生物氧化和細胞合成作用生物氧化和細胞合成作用是通過微生物酶的作用進行的。CHON十O2

——→C5H7O2N(有機物)(新細胞)C5H7O2N十5O2→5CO2十NH3十2H2O十能量(細胞)(維持能)一、活性污泥法的特點（一）活性污泥的概念：以好氧性細菌為主體的微生物和水中的懸浮物質、膠體物質混雜在一起形成的肉眼可見的絮狀顆粒。第三章污水的生物處理第二節活性污泥法顆粒大小約0.05~0.5mm，表面積為20~100cm2/mL，比重約1.002~1.006，靜置時能立即凝聚成較大的絨粒而沉降。絮狀體一般呈黃褐色，因水質不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。第三章污水的生物處理通過以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代謝活動，氧化分解有機污染物，使污水淨化。第三章污水的生物處理（二）活性污泥法的作用特點微生物的代謝，無論合成或分解，都是一系列極為複雜的生物化學變化，有分解、合成、氧化、還原、轉移、異構等各種反應，絕大多數是在特定的酶促作用中進行的。第三章污水的生物處理活性污泥中的微生物不斷地氧化分解污泥所吸附的有機質，合成新的微生物細胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使處理水與污泥分開，達到淨化的目的。第三章污水的生物處理初級曝氣池SECONDARYCLARIFIER具有很強的吸附能力：活性污泥的比表面積小、菌膠團表面有豐富的粘液物質。據研究，10~30min內，生活污水中BOD的85%~90%可因活性污泥的作用而除去。（三）活性污泥的特徵活性污泥的特徵很強的分解、氧化有機物的能力和pH緩衝力活性污泥是多種微生物和有機物顆粒的聚集體，分解、氧化有機物的能力和pH緩衝力巨大。活性污泥的特徵良好的沉降性能在污水處理過程中，活性污泥能將一些金屬離子吸附，使與有機物形成絡合物而得以沉降除去。活性污泥的特徵（四）活性污泥法處理的類型1）推流式曝氣處理：採用長方形曝氣池。處理時，廢水與活性污泥同時進入曝氣池，向前方推進，直到池末端。2）完全混合曝氣：與推流式曝氣處理不同之處在於回流污泥直接進入曝氣池而不是同廢水混合後進入曝氣池。活性污泥法的類型3）接觸氧化穩定法。4）分段布水推流式活性污泥法。5）氧化溝式活性污泥法。活性污泥法的類型（五）活性污泥中的生物組分1、細菌起主導作用，活性污泥中有多種細菌；主要的優勢種有：產堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬和動膠菌屬以及球衣菌屬等。動膠菌屬球衣菌屬活性污泥中，細菌大多數以菌膠團的形式存在，呈游離狀態的較少；生枝動膠菌是最早發現的菌膠團形成菌;現已知道埃希氏菌屬、假單胞菌屬、產堿桿菌屬、芽孢桿菌屬的一些菌株均可以產生菌膠團。在活性污泥中的一些絲狀細菌，如球衣菌屬、貝日阿托氏菌屬和硫發菌屬等，附著在菌膠團上或與之交織在一起，成為活性污泥的骨架。

貝日阿托氏菌屬2、原生動物纖毛蟲類：游泳型和固著型鞭毛蟲類肉足蟲類原生動物3、真菌類青黴屬(Penicillium)頭孢黴屬(Cephalosporium)枝孢屬(Cladosporium)鐮孢黴(Fusarium)地黴屬(Geotrichum)假絲酵母屑(Candida)紅酵母屬(Rhodotorula)4、後生動物輪蟲類(rotifers)線蟲類(nematodes)線蟲（五）活性污泥系統中微生物的演替和指示生物1、異養細菌和原生動物的演替異養細菌和兩種不同類群原生動物兩次盛衰；初期異養細菌大量繁殖，接著原生動物大量繁殖，由於細菌數量下降原生動物衰落，又使異養菌大量繁殖，又造成次生原生動物成為優勢群，最後原生動物死亡。2、活性污泥系統中原生動物的演替植鞭毛蟲→肉足蟲→動鞭毛蟲→小型游泳型纖毛蟲→大型游泳型纖毛蟲→固著型纖毛蟲→匍匐型纖毛蟲→輪蟲。3、指示生物（六）活性污泥法的影響因素水中溶解氧(DO)溶解氧太低會影響到活性污泥微生物的正常代謝活動，淨化功能下降，易於滋生絲狀菌產生污泥膨脹。混合液溶解氧濃度過高，氧轉移效率降低，浪費動力費用，還會引起絮凝體分散。DO應保持在2.0~4.0mg／L左右。活性污泥法消耗的O2是通過鼓風曝氣系統或機械曝氣系統供給。溫度和pH一般認為活性污泥處理中的適宜溫度為15~30℃，<10℃和>30℃都會影響處理效果。活性污泥微生物的最適pH值介於6.0~8.0之間。pH<4.5，原生動物全部消失，真菌將佔優勢，容易產生膨脹現象。pH>9.0，微生物的代謝速率也會受到影響。營養鹽濃度和平衡活性污泥的生物合成，取決於能源物質的性質、濃度、氮和磷等的平衡，少量的鉀、鈉、硫、鈣、鎂、鐵以及痕量的銅、鋅、鑽、鋁等都是必要的。一般認為BOD：N：P的比例為100：5：1是適宜的食料微生物比（污泥負荷）F/M比F/M比既影響微生物的生長和代謝活動，又影響活性污泥系統的效率。

通常以污泥負荷BOD/MLSS之比來表示污泥負荷和容積負荷污泥負荷(sludgeloading)每日每千克混合液中的懸浮固體所能承受的BOD千克數，其單位是kgBOD／(kgMLSS

d)。容積負荷(volumeloading)，每立方米曝氣池體積每日所承受的BODkg數，其單位是kgBOD／(m3

d)。

污泥齡污泥齡

c(sludgeage)指曝氣池中微生物細胞的停留時間。有回流的活性污泥法，污泥齡就是曝氣池全池污泥平均更新一次所需要的時間(以天計)。普通活性污泥法—般

c為5~15d，延時限氣法

c為20~30d，高負荷活性污泥法

c為0.3~2.5d。有毒物質無機物和有機物兩類

無機物有重金屬、硫化氫、鹵族元素及其化合物，有機物有酚、醇、醛等。重金屬及其鹽類是蛋白質沉澱劑，其離子易與細胞蛋白質結合，使之變性。（七）活性污泥的膨脹及其控制正常的活性污泥：具有絮凝作用的菌膠團細菌佔優勢，同時有少量絲狀細菌穿插其中，上面附有鐘蟲、楯纖蟲和輪蟲一類低等動物。當活性污泥性質發生變化時，不易沉降，絮凝物隨水漂流，致使出水BOD增高。這一現象稱為污泥膨脹(sludgebulking)，1、活性污泥的膨脹2、引起污泥膨脹的原因和條件（1）污泥膨脹類型有絲狀菌性膨脹和非絲狀菌性膨脹兩種非絲狀菌膨脹因高黏性物質大量積累而引起的膨脹。低溫季節容易產生，出現這種污泥膨脹時，廢水淨化效果良好，上清液清澈，但污泥難於沉澱。絲狀菌性膨脹絲狀菌性膨脹是由於絲狀菌異常增長而引起的；活性污泥呈棉絮狀，沉降性能變差。通常所說的膨脹是指絲狀菌性膨脹(filamentousbulking)。MicroscopicviewofahighlyfilamentousbulkingsludgefromanindustrialwastewatertreatmentplantBEFORE(left)andAFTER(right)treatmentwithSettle-on.Theadditiveclearlyhasrepressedthefilamentousbacteriaandgivenrisetostableactivesludgeperformance.導致產生絲狀菌性膨脹的微生物球衣菌(Sphaerotilus)貝日阿托氏菌(Beggiatoa)硫發菌(Thiothrix)諾卡氏菌(Nocardia)芽孢桿菌(Bacillus)假單胞菌(Pseudomonas)黃桿菌(Flavobacterium)地黴(Geotrichum)木黴(Tricboderma)絲狀的酵母污水處理廠常見的污泥膨脹(1)缺氮和缺磷的廢水：如造紙廢水、含酚廢水和印染廢水，污泥膨脹比較嚴重。(2)溫度過高：夏秋季膨脹現象頻繁。有時低水溫也會有問題。(3)污泥負荷過低或高：一般認為污泥負荷超過0.35kgBOD／(kgMLSS

d)就會膨脹。(4)廢水中懸浮物低，低分子糖類多；(5)有毒金屬、硫化物等毒物流入。

解決辦法(1)改進污水處理工藝推流式一般不容易發生膨脹，完全混合法易發生膨脹，採用間歇式進水可抑制膨脹發生。活性污泥饑餓可抑制絲狀菌的增長：菌膠團形成菌貯存能力高，絲狀菌貯存能力低。

解決辦法

(2)分析污泥膨脹原因，改變運行條件廢水中含硫化物較高引起硫發菌繁衍造成的，預曝氣氧化除去硫化物，降低了硫發菌的含量，可消除膨脹；提高溶氧濃度，溶氧>21mg/L以上；降低污泥負荷，控制BOD負荷為0.2~0.3kg／(kg.MLSS

d)。

解決辦法(3)投加絮凝劑在原因不明的情況下，投入絮凝劑可起到明顯的效果。如投加鐵鹽(三氯化鐵5~50mg/L)鋁鹽(按礬土計10~100mg/L)高分子絮凝劑

解決辦法(4)投加氧化劑絲狀細菌膨脹加氯氣或加過氧化氫有效氯濃度為10~20mg/L(>20mg/L污泥解絮)；過氧化氫濃度為100~200mg/L。球衣菌對這些物質較敏感，而菌膠團形成菌不敏感。濃度不能過高，避免污泥解絮。第三節好氧生物膜法

利用固著在惰性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法稱為生物膜法(biofilmprocess)，是一種重要的生物處理方法。亦稱固著膜法(fixed-filmprocess)，主要結構是生物濾池(biologicalfilter)英國稱為溶濾池(percolatingfilter)，美國稱為滴濾池(tricklingfilter)。生物濾池生物濾池一、基本特點和類型生物濾池的優缺點：優點：耗能少、維持費用低、運轉管理方便，抗毒物衝擊能力強，污泥量少。缺點：規模較小，占地多如果建立生物濾池污水處理廠的處理能力超過5萬人污水的規模，占地太多，不適於城市和土地緊缺地區使用生物膜法類型生物濾池生物濾池分普通生物濾池(conventionalbiologicalfilter)和高負荷生物濾池(highratebiologicalfilter)。長方形或圓形池子(鋼筋混凝土或磚石結構)，池內裝有濾料(石子、爐渣或塑膠濾料等)，濾料層上有布水裝置，下有排水系統。塔式生物濾池(biologicaltower)塔高7~24m，採用塑膠濾料(聚氯乙烯和聚丙烯)，內部通風良好，水流紊動劇烈，水力沖刷較強。生物轉盤(biologicaldisc)1960年德國斯圖加特工業大學設計的一種方法，在廢水池子中安裝轉盤，像水車一樣旋轉，轉盤浸入水中吸附有機物獲得營養，轉盤離開水後獲得氧氣。塔式生物濾池塔式生物濾池生物轉盤生物接觸氧化(biologicalcontactoxidation)池中裝填一定數量的填料，附著在填料上的微生物依靠機械充氧獲氧，氧化分解有機物，又稱淹沒式生物濾池，是介於活性污泥法和生物濾池法之間的處理工藝。停留時間為0.5h~15h，BOD負荷1~6BODkg/(m3

d)，去除效率80％~90％(BOD5)。生物流化床(biologicalfluidizedbed)以砂、焦炭或活性炭等細小惰性材料作為生物膜載體，廢水(先經充氧或床內充氧)自下向上流過濾床使載體層呈流動狀態，加大了生物膜表面積與廢水和氧的接觸，提高了處理效率。MLSS為8~40mg/L，有機負荷16BODkg/(m3

d)。停留時間15~45min，BOD和氮去除率＞90％。生物流化床Thebiologicalfluidizedbedreactorisanimportantpartofbreakingdownperchloratecontamination.(PhotocourtesyofTulsaDistrict)二、生物膜的淨化原理污水從上部均勻噴灑到生物濾池表面，薄膜狀吸附於濾料周圍形成附著水(adhesivewater)，沿薄膜流過濾料即流動水(flowingwater)。濾料表面微生物迅速繁殖，形成一層充滿微生物的生物膜。革蘭氏陰性菌絲狀細菌，並有糖萼的形成，有助於生物膜微生物黏結在濾料表面。生物膜的淨化原理生物膜具有強烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新細胞，膜不斷加厚。生物膜達到一定厚度時，生物膜內層形成厭氧層，厭氧層逐漸擴大增厚，隨後造成生物膜整塊脫落。濾料表面又生成新的生物膜，如此循環往復不斷更新。

三、生物膜中的微生物普通濾池內生物膜的微生物群落有：生物膜生物：起淨化和穩定汙、廢水水質的功能。菌膠團為主要組分，輔以浮游球衣菌、藻類等。生物膜面生物：促進濾池淨化速度，提高濾池整體的處理效率的功能。固著型纖毛蟲(例如鐘蟲、累（等)枝蟲、獨縮蟲等)及游泳型纖毛蟲(例如楯纖蟲、斜管蟲、尖毛蟲、豆形蟲等，濾池掃除生物：去除濾池內的污泥、防止污泥積聚堵塞的功能。有輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、顠體蟲等，具體來說，生物膜由細菌、真菌、藻類、原生動物和其他動物構成的食物鏈，對有效地去除水中有機物起著十分重要的作用。同活性污泥相比，生物膜的食物鏈長而複雜，還有環節動物、昆蟲幼蟲等1、細菌細菌在數目上和生物量上佔優勢，種類和活性污泥的細菌種類相似好氧菌(專性或兼性的)主要有動膠菌、假單胞菌、產堿桿菌和黃桿菌，硝化細菌、亞硝化單細菌和硝化桿菌，專性厭氧菌有脫硫弧菌和產甲烷菌等。絲狀細菌如浮游球衣菌、貝日阿托氏菌等，但很少佔優勢，其數量直接與濾池的有機負荷有關，但不會引起污泥膨脹。2、真菌真菌在生物膜中比在活性污泥中多，首先定殖在基質上主要的真菌有白地黴、水生鐮孢、瘤孢、紅漿黴和多胞絲胞酵母。絲狀生長有助於氧向生物膜深處擴散。3、藻類生物濾池、生物轉盤等受到陽光照射的部分會有藻類生長。如果藻類過度生長覆蓋濾池表面，可引起濾池堵塞。常見藻類：小球藻、綠球藻、裸藻、絲藻、席藻、毛枝藻以及顫藍菌等。4、原生動物大量原生動物存在，其種類比活性污泥多1mL生物濾池污泥中：肉足類100~4600個，鞭毛蟲類200~13000個，纖毛蟲500~10000個。纖毛蟲類在生物濾池中占很大比例，但比活性污泥法少。出現頻率最高有植鞭毛蟲類屋滴蟲，肉足蟲類變形蟲、簡便蟲、表殼蟲，纖毛蟲類獨縮蟲、蓋蟲、斜管蟲等。不同的構築物類型、不同的廢水和不同的季節，原生動物的優勢種不同。通常，植鞭毛蟲常存在於上層；纖毛蟲在各部位均分布，游泳型纖毛蟲在上，柄纖毛蟲在下。5、後生動物輪蟲類、線蟲類、環節動物、昆蟲類、甲殼類等，旋輪蟲較多，有時比原生動物生長還快而成為優勢種屬。後生動物在生物膜中的運動和覓食，導致生物膜鬆動，控制生物膜厚度，促進了物質交換和氧的供應。線蟲，占全部生物的2％~10％，數量與季節變化沒有多大關系。環節動物主要是寡毛類，如愛勝蚓、顫蚓、水絲蚓等。昆蟲類中最多的是毛蠓，在濾池中很普遍，可達3萬個/m2以上，幼蟲吞食生物膜，可抑制生物膜的過度發展，並使生物膜疏鬆。第四節氧化塘法被世界廣泛採用的主要處理方法。規模可從處理小於1000人的污水到大於10萬人的污水。美國約有3500個氧化塘，約占人口的7％。我國從1950年初開始應用氧化塘處理城市污水和工業廢水。1950年代西安利用古運河建立了污水庫，70年代武漢修建了鴨兒湖氧化塘處理化工廢水，到90年代初發展到100多座。特殊的活性污泥法。氧化塘是人工的、接近自然水生生態系統，在氧化塘(或氧化溝)內，各種生物共存於同一環境中，保持互生關係。其食物鏈與自然水體基本相同。氧化塘(或氧化溝)一、氧化塘的特點和類型1、氧化塘和活性污泥法的不同點①停留時間很長，②負荷較低，③微生物量較低，④不需要曝氣，⑤下層有厭氧分解，⑥生物以藻菌共生為主，並起主要的淨化作用。2、氧化塘的基本形式厭氧塘、好氧塘、兼性塘和曝氣塘厭氧塘(anaerobicpond)一般表面積小、深度大(可達4.5m)，使池塘處於厭氧狀態，主要反應是酸化和甲烷發酵，一般作為高溫高負荷污水的預處理，停留20~50d。氧化塘的基本形式好氧塘(oxidationpond)完全依靠藻類化合作用供氧，池很淺，塘深30~40cm，水力停留時間3~5d。可分為高速率好氧塘(highrateoxidationpond)及深度處理塘(polishedpond)或熟化塘(maturationpond)。氧化塘的基本形式兼性塘(facultativepond)最常見的塘型，塘深1.2~2.5m，上層為好氧層，下層為厭氧層。停留時間5~30d。曝氣塘(aeratedpond)由超負荷的兼性塘演化而來，塘深一般2~6m，停留時間3~10d，採用人工曝氣，所需土地面積較少。二、氧化塘淨化污水的原理1、表層好氧菌或兼性厭氧菌氧化分解有機物，釋放出氮、磷和CO2。表層的藻類利用氮、磷和CO2，光合作用，釋放出氧氣。溶解氧又為好氧菌所利用，這樣構成藻菌“共生”體系。2、塘下層和污泥層進行厭氧過程，形成CH4、CO2、NH3，和H2S，還有多種可溶性降解產物。三、氧化塘中的生物類群1．細菌好氧生物處理系統的優勢種相似，主要有假單胞菌、黃桿菌、微球菌等。藻類生長層以下和厭氧層以上區域生活著大量的光合紫色硫細菌，將產生的硫顆粒沉積在細胞中。降低塘中硫化氫的濃度，減弱臭味；在塘底層進行厭氧過程。梭菌、假單胞菌、脫硫弧菌、脫硫菌、甲烷八疊球菌和甲烷絲菌等。2、藻類穩定塘中另一類重要微生物常見的藻類有：小球藻、柵藻、衣藻、纖維藻、實球藻、空星藻、裸藻、扁裸藻以及顫藍菌和微囊藍菌等。藻類的主要功能是產氧，維持塘的好氧條件。藻類另一個主要功能是去除植物營養鹽氮和磷。3、原生動物佔優勢，以順序出現下列原生動物：植鞭毛蟲如眼蟲；游泳型纖毛蟲如豆形蟲、草履蟲和遊僕蟲等。有柄纖毛蟲如鐘蟲和累枝蟲等出現。甲殼類蚤和輪蟲出現。4．水生維管束植物鳳眼蓮、水浮窪、水鱉、綠蔭等漂浮植物有很強的耐汙能力，蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物有中等耐汙能力，眼子菜、茨藻和金魚藻等沉水植物適於生長在寡汙帶水中。第五節厭氧處理法一、厭氧處理法的特點和類型厭氧處理法是在缺氧條件下利用厭氧微生物(包括兼性厭氧微生物)分解污水中有機物的方法，也稱厭氧消化法。其代謝產物沼氣主要成分是甲烷，故又稱作沼氣發酵法或甲烷發酵法。人工沼氣發酵研究已有100多年的歷史，從19世紀末到20世紀初，許多國家的微生物學者對纖維素的發酵進行研究。前蘇聯微生物學者奧梅梁斯基發現奧氏甲烷桿菌，提出沼氣發酵理論，並為開闢沼氣應用的途徑奠定了基礎。產甲烷菌有很強的抗菌作用，能使痢疾桿菌、傷寒桿菌、霍亂弧菌等致病菌無法生存。1．主要優缺點有機負荷高，去除率高。可以直接處理高濃度有機廢水，不需要大量水稀釋。BOD去除率可達90%以上，COD去除率約為70％~90％。能降解許多在好氧條件下難以降解的合成化學品。如原配類染料、偶氮染料、含氯農藥等。2．主要類型：有四種常規消化池或普通消化池（conventionaldigester）污水間歇地或連續地進入消化池，上部排水，頂部排沼氣，水力或機械攪拌裝置充分混合，水力停留時間等於固體停留時間，無污泥回流。活性污泥濃度不高，一般5％。停留時間25~30d。厭氧接觸消化池(anaerobiccontactdigester)在常規消化池的基礎上增設了污泥回流裝置，污泥濃度增至10％甚至20％左右，效率較高，停留時間約為1~10d。厭氧濾池(anaerobicfilter,AF)反應器內全部或部分填充填料供微生物附著生長，填料有較大的比表面積和較高的孔隙度。一般為上升式，需要在篩檢程式後設沉澱分離裝置分離生物膜。停留時間一般約0.5~3d。升流式厭氧污泥床(upflowanaerobicsludgeblanket，UASB)反應器是一個無填料的空容器，運行時污水以一定流速自下進入反應器，通過一個懸浮的污泥層，料液和污泥菌體接觸反應並產生沼氣小氣泡，氣泡托起使污泥上升，在上部有一個關鍵裝置氣—液—固三相分離器，使污泥下沉，氣水分離。折流式厭氧反應器(ABR)，效率更高。二、甲烷發酵理論與機制甲烷發酵理論先後提出了二階段、三階段和四階段發酵理論。目前應用較多的仍是布賴恩特(Bryant)於1979年提出的四階段的發酵理論：水解和發酵性細菌群將複雜有機物轉化成有機酸：纖維素、澱粉等水解為單糖，再酵解為丙酮酸；將蛋白質水解為氨基酸，脫氨基成有機酸和氨；脂類水解為各種低級脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、長鏈脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氫、氨和硫化氫等。

第一階段：有機酸的產生微生物群落是水解、發酵性細菌群，有專性厭氧的:梭菌屬(Clostridium)擬桿菌屬(Bacteriodes)丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)真細菌(Eubacterium)雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)革蘭氏陰性桿菌兼性厭氧的有:鏈球菌腸道菌據研究，每mL下水污泥中含有水解、發酵性細菌108~109個，每克揮發性固體含1010~1011個，其中蛋白質水解菌有107個，纖維素水解菌有105個。微生物群落：微生物群落為產氫、產乙酸細菌；只有少數被分離出來。硫酸還原菌和其他產乙酸和氫氣的細菌；第二階段：乙酸和氫氣的產生產生過程產氫和產乙酸細菌群進一步把第一階段的產物分解為乙酸和氫氣；硫酸還原菌和其他產乙酸和氫氣的細菌將第一階段發酵的三碳以上的有機酸、長鏈脂肪酸、芳香族酸及醇等分解為乙酸和氫氣。

第二階段：乙酸和氫氣的產生第三階段：甲烷的產生微生物：兩組生理不同的專性厭氧的產甲烷菌群一組將H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一組將乙酸脫羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解為CH4。有28％的甲烷來自H2的氧化和CO2的還原。72％的甲烷來自乙酸鹽的裂解。由於大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨(NH3)以亞硝酸銨(NH4NO2)、碳酸氫銨(NH4HCO3)形式留在污泥中，它們可中和第一階段產生的酸，為產甲烷菌創造了生存所需的弱鹼性環境。氨可被產甲烷菌用作氮源。研究表明：概念：同型產乙酸細菌將H2和CO2轉化為乙酸的過程，稱為同型產乙酸階段；產甲烷菌只能利用H2、CO2、CO、甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等簡單物質產生甲烷和組成自身細胞物質。第四階段：同型產乙酸階段①由酸和醇的甲基形成甲烷。14CH3COOH14CH4+CO2414CH3OH314CH4+CO2+2H2O施大特曼(stadtman)和巴克爾(Barker)及庇涅(Pine)和維施尼(vishhnise)1951和1957年用14C示蹤原子標記乙酸的甲基碳原子證明甲烷是由甲基直接形成甲烷產生的機制：14CH4+2C3H7COOH1949年，施大特曼和巴克爾於用同位素14CO2使乙醇和丁醇氧化，產生帶同位素14C的甲烷，證明甲烷可由CO2還原形成。②由醇的氧化使二氧化碳還原形成甲烷及有機酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH2C3H7CH2OH+14CO2CH4+4CH3COOH③脂肪酸有時用水作還原劑或供氫體產生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O1906年索根(Soehnge，)及費舍爾(Fisher)觀察到：④利用H2使CO2還原形成甲烷4H2+CO2CH4+2H2O⑤在H2和H2O存在時，巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcinabarkerii)與甲酸甲烷桿菌(Methanobacteriumformicicum)能將CO還原形成甲烷。3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2巴氏甲烷八疊球菌甲酸甲烷桿菌幾種物質沼氣發酵的產氣量物質乙醇纖維素脂肪蛋白質沼氣／mL9748301250704CH4／％75506871CO2／％25503229影響廢水厭氧消化處理效果的因素：厭氧活性污泥中微生物的種類、組成、結構及污泥的顆粒大小。能保證微生物生長條件的、結構好的厭氧消化池。

最根本、最重要的是微生物的種類和組成。三、沼氣發酵實例農村沼氣池產生的沼氣成為農村重要的能源物質；大型養殖場的畜禽廢水處理採用沼氣發酵消除污染；高濃度的生活污水亦可採用沼氣發酵技術去除有機污染物；第四章污染氣體的生物處理廢氣主要來源人類生產及生活中的燃料燃燒生產活動，例如化工、冶金、生物製品、屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產生的廢氣。廢氣的處理廢氣處理是環境污染控制的一個重要方面。廢氣處理方法：理化法：目前主要採用的方法，如燃燒、吸附、吸收和還原等。工藝或設備較複雜，運行費用較高；用於處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應性較廣、工藝較簡單以及費用較省等優點。廢氣的微生物處理於1957年在美國獲得專利，但到1970年代才開始引起重視，直到1980年代才在德國、日本、荷蘭等國家有相當數量工業規模的各類生物淨化裝置投入運行。廢氣生物反應器處理對許多一般性的空氣污染物的去除率可達到90％以上。第一節廢氣的生物反應器處理一、廢氣生物處理的特點廢氣或尾氣(wastegas，off-gas)在生物反應器內進行。揮發性有機化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)以及其他有毒或有臭味的氣體，如NH3和H2S等。化工、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業產生的有害污染物(hazardousairpollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產生惡臭(odor)等。去除效率高一般的空氣污染物去除效率超過90％。投資少，運行費用低不需要投入額外的化學品;化學法則需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。污染少生物處理的產物是生物量，很容易處理。耗能低生物反應在常溫常壓下進行，能量來自微生物利用VOCs成分本身產生的能量。生物處理法消耗的動力只是污染氣體進入處理系統時所消耗的能量(正壓送風或負壓引風)。水溶性強

兼具有蒸汽壓低、亨利定律常數低的特點，向介質表面微生物膜擴散速率高；主要有無機物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及簡單芳烴(如BTEX)等有機物。適宜處理的污染氣體應具有的特點：易降解

分子被吸附在生物膜上必需被降解，否則將導致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。

二、廢氣生物處理的基本形式根據介質性質不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器(bioscrubber)內是液態介質。生物濾過(biofiltration)生物濾過採用是固態介質生物濾池(biofilters)生物滴濾池(biotricklingfilters)1．生物濾池生物濾池內的固態介質是一些天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材料為微生物的附著和生長提供表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉化為無害物質。微生物濾池適用於處理肉類加工廠、動物飼養場、污水處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。這類廢氣的主要特點是濃度不高，但帶有強烈的臭味。濾料的選擇堆肥原料常用污水處理廠污泥、有機垃圾和畜糞以及植物凋落物。須篩選，濾層要均勻、疏鬆，空隙率>40％，濾料須保持濕潤，濾層含水量不低於40％，但不能有積水。濾層保持適當的溫度。土壤腐殖土為好，其他土質需要改良，有效厚度不應小於50cm，土壤水分40％~70％，草炭其通氣性能良好，適於微生物生長，除臭效果比用土壤好。2．生物滴濾池生物滴濾池主要由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。廢氣經過預處理室去除顆粒物和增濕後進入濾床底部。濾料使用人工材料，如陶瓷、塑膠或金屬等，使用顆粒狀或有空隙的材料，床層厚度一般在0.5~1.0m，依需要而定。優點：濾料重量輕、空隙大、表面積大、廢氣和介質接觸時間短(幾秒鐘)，處理效率高，同時濾料不需更換。處理的濃度100mg/m3~5g/m3，流量5~50000m3/h