《水污染控制技术》课件-5.1 水处理中的微生物基础知识

活性污泥法任务1水处理中的微生物基础知识1水处理中的微生物2微生物的营养和酶3微生物的生长繁殖4微生物的呼吸和生存因子水处理中的微生物微生物是包括所有形体微小，借助显微镜才可看见的微小生物的统称。1.微生物的分类①病毒和类病毒②原核微生物:细菌、蓝藻、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体③真核微生物：动物、植物、真菌和其他具有由膜包裹着的复杂亚细胞结构的生物水处理中的微生物2.微生物的特点（1）个体小:微生物的个体极小，由几纳米（nm）到几微米（μm），需通过显微镜观察。（2）分布广，种类繁多:能附着于尘土，随风扩散，分布广泛；营养类型和代谢途径具有多样性，从无机营养到有机营养，充分利用自然资源；呼吸类型具有多样性，有氧、缺氧、无氧环境中均有能生活的种类。环境的多样性（如温度、盐度、pH）造就了微生物的种类繁多和数量庞大。水处理中的微生物2.微生物的特点（3）繁殖快:大多数微生物以裂殖方式繁殖后代，在适宜的环境条件下，十几分钟至二十分钟就可繁殖一代。在物种竞争上取得优势，这是生存竞争的保证。（4）容易变异:多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异。或者变异为优良菌种，或使菌种退化。微生物的营养和酶1.微生物的营养新陈代谢：微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列的生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物并排泄到体外的过程，简称代谢。（1）水有助于营养物质的溶解和吸收，保证细胞内、外各种生物化学反应的正常进行。微生物的营养和酶1.微生物的营养（2）碳源凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。这一类型的微生物具有完备的酶系统，合成有机物的能力强，CO2、CO和CO32-中的碳素为其惟一的碳源，能利用光能或化学能在细胞内合成复杂的有机物，以构成自身的细胞成分，而不需要外界供给现成的有机碳化合物。无机营养微生物（自养微生物）01微生物的营养和酶1.微生物的营养这类微生物具有的酶系统不如自养微生物完备，它们只能利用有机碳化合物作为碳素营养和能量来源。异养微生物又分为光能异养微生物和化能异养微生物。有机营养微生物（异养微生物）02混合营养微生物是既可以利用无机碳(CO2、CO32-等)作为碳素营养，又可以利用有机碳化合物作为碳素营养的微生物。混合营养微生物（兼性自养微生物）03微生物的营养和酶1.微生物的营养（3）氮源凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源。（4）无机盐无机盐的生理功能包括：构成细胞组分；构成酶的组分和维持酶的活性；调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等；供给自养微生物能源。微生物的营养和酶1.微生物的营养（5）生长因子

微生物需要的生长因子有维生素B、维生素C、氨基酸、嘌呤、嘧啶、生物素及烟酸等。多数异养微生物及自养微生物有合成生长因子的能力。2.微生物的酶

微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进行。酶是在动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化化学反应的，并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。微生物种类繁多,其酶的种类也很多。微生物的生长繁殖1.分批培养分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖。结果出现微生物数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。一般将其划分为四个阶段，包括停滞期（适应期），加速期（对数增长期），静止期（减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。微生物的生长方式有分批培养和连续培养两种形式微生物的生长繁殖2.连续培养一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。恒浊连续培养：是维持进水中的营养成分恒定(其中对细菌生长有限制作用的成分要保持低浓度水平)，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状态的培养方式。恒化连续培养：在连续培养中，微生物的生长状态和规律与分批培养中的不同。它相当于分批培养中的某一个生长阶段。微生物的生长繁殖2.连续培养

在污水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中微生物的生长规律与分批培养时的规律不一样。它只能是分批培养中的某一生长阶段，或是生长率上升阶段即加速期（对数增长期），或是生长率下降阶段即静止期（减速增殖期），或是衰亡期（内源呼吸期）。微生物的呼吸和生存因子1.微生物的呼吸微生物呼吸作用的本质是氧化与还原的统一过程，这个过程中有能量的产生和能量的转移。（1）发酵在无外在电子受体（O2)时，微生物氧化有机物，有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即低分子有机物）为最终电子受体，释放少量能量，其余的能量保留在最终产物中。这一过程称为发酵。微生物的呼吸和生存因子1.微生物的呼吸（2）好氧呼吸当存在外在的最终电子受体—分子氧（O2）时，底物可全部被氧化成CO2和H2O，并产生ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）。这种有外在最终电子受体（O2）存在时对能源的氧化称为好氧呼吸（或呼吸作用）。ATP微生物的呼吸和生存因子1.微生物的呼吸（3）无氧呼吸在电子传递体系中，最终电子受体不是氧气,而是氧气以外的无机化合物，如NO2-、NO3-、SO42-、CO32-及CO2等。这种对能源的氧化称为无氧呼吸。微生物的呼吸和生存因子2.微生物的生存因子任何微生物只能在一定的温度范围内生存，在适宜的温度范围内微生物能大量生长繁殖。温度微生物的生命活动、物质代谢与pH有密切关系。不同的微生物要求不同的pH。凡对pH的变化适应性比较强的微生物，对pH要求不甚严格;而对pH变化适应性不强的微生物，则对pH要求严格。过高或过低的pH对微生物是不利的。pH微生物的呼吸和生存因子2.微生物的生存因子各种微生物要求的氧化还原电位是不同的。氧化还原电位根据微生物的呼吸与分子氧的关系，微生物被分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性厌氧（或叫兼性好氧）微生物。溶解氧好氧微生物

必须在有氧存在的条件下才能生长的微生物，叫好氧微生物。微生物的呼吸和生存因子2.微生物的生存因子厌氧微生物只有在无氧条件下才能生存的微生物，叫厌氧微生物。它们进行发酵或无氧呼吸。厌氧微生物又分为两种：一种是要在绝对无氧条件下才生存，一遇氧就死亡的叫专性厌氧微生物。另一种是氧的存在与否对它们均无影响，存在氧时它们产能代谢不利用氧也不中毒。微生物的呼吸和生存因子2.微生物的生存因子兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物既具有脱氢酶也具有氧化酶，所以，既能在无氧条件下，又可在有氧条件下生存。然而，在两种不同条件下，所表现的生理状态是很不同的。在好氧生长时，氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其他组分正常存在。在无氧条件下，细胞色素和电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶不活动，一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。微生物的生存因子还有其他如太阳辐射、水的活度与渗透压、有毒物质等。其他微生物的呼吸和生存因子