第5章-微生物的生长繁殖与生存因子教学文稿

第5章-微生物的生长繁殖与生存因子2研究微生物生长的方法

由于微生物个体小，研究它们的生长有困难，所以多数通过培养研究其群体生长。培养方法种类：分批培养和连续培养两种。2.1分批培养分批培养：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。

细菌生长曲线：将少量细菌接种到新鲜的、定量的液体培养基中进行分批培养，定时取样(例如，每2h取样1次)计数。以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标，以培养时间为横坐标，连接坐标系上各点成一条曲线，即细菌的生长曲线。

细菌的生长曲线反映微生物的数量由少变多，达到高峰后又由多变少，到死亡的变化规律。

细菌的生长曲线图图5-1细菌的生长曲线

备注：

Ⅰ

停滞期

Ⅱ

加速期

Ⅲ

对数期

Ⅳ减速期

Ⅴ

静止期

Ⅵ衰亡期细菌纯培养细菌的生长曲线插入１１７页图停滞期对期数静止期静止期衰亡期

（细菌纯种培养）2.1.1生长曲线各阶段的特点2.1.1.1停滞期（延迟期或适应期）特点：

（１）有的产生适应酶，有的死亡。（２）生长繁殖缓慢，分裂迟缓。（３）生长曲线微微增加。停滞期长短的影响因素：

（１）菌种、世代时间（２）接种量（３）接种群体菌龄（４）营养停滞期2.1.1.2对数期（指数期）特点：（１）代谢活力最强，合成物质速度最快，细菌生长旺盛。（２）增殖速度最快，细菌数量以几何级数增加。2n.n为细菌分裂的代数。（３）营养物质充分，各细胞形态正常，大小一致。（４）有毒代谢产物积累不多，对生长繁殖影响小，细菌很少死亡或不死亡。

如要保持对数生长，需要定时、定量加入营养物、排除代谢产物。教学试验和发酵工业都用对数期的细胞做试验材料。对期数细菌代时计算式中：

G－细菌代时

n－繁殖代数

t0－对数期开始时间

tx－对数期后期时间

N0－对数期开始（t0）时细菌数，CFU/mL

Nx－对数期后期（tx）时的细菌数，CFU/mLG=0.301(tx

－t0)lg

Nx

-lg

N0tx－t0n＝代时计算举例：假设：

t0

时的细菌总数（N0）为103CFU/mL，培养10h后，细菌总数（Nx）为109CFU/mL，计算代时（G）：

由计算得知：繁殖一代细菌需要30min的时间。2.1.1.3静止期（稳定期）特点：

（１）新生的细胞数和死亡的细胞数相当，细菌总数达到最大值。（２）体内积累物质最多（荚膜菌形成荚膜、芽孢杆菌形成芽孢，积累储存物质，如异染粒、聚β－羟基丁酸、肝糖、脂肪粒、淀粉粒等）。（３）营养物质消耗，有毒物质积累。

例1：乳酸菌，在发酵中产乳酸，使pH下降，到某一程度，对乳酸菌产生抑制危害。

例2：酵母菌在代谢中产热，温度升高，酶受到影响，生长不适，死亡增加。静止期2.1.1.4衰亡期特点：（1）营养物被耗尽有毒代谢产物大量积累。

（2）死亡率大于繁殖率活细菌数减少。

（3）菌体多形态畸形、衰退形，有的产生芽孢。（4）进行内源呼吸因外界营养缺乏，只能消耗自身储藏物质进行内源呼吸，消耗完后死亡。

（5）出现自溶现象有的微生物体内产生溶解酶，使细胞溶解。衰亡期

活性污泥中的微生物生长规律

活性污泥中微生物的生长规律和纯菌种的一致，它们的生长曲线相似。一般将它划分为三个阶段：*生长上升阶段（包括加速期、对数期）*生长下降阶段（包括减速期、静止期）*内源呼吸阶段（即衰亡期）

活性污泥法中的序批式间歇曝气器(SBR)是将分批培养的原理应用于污水生物处理。SBR中活性污泥的生长规律与纯菌种的类似。

2.2连续培养

连续培养有恒浊连续培养和恒化连续培养两种。2.2.1恒浊连续培养

是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。按试验目的，首先确定培养液的浊度保持在某一恒定值上。通过调节进水（含一定浓度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的浊度计测定）。以加大或降低进水流速保持培养液中细菌恒定浊度。主要用于发酵工业，以获得大量的菌体和有经济价值的代谢产物。2.2.2恒化连续培养

是维持进水中的营养成分恒定，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。适用于：恒化连续培养法尤其适用于污（废）水生物处理。除了SBR法外，其余的污水生物处理均采用恒化连续培养。图5-2单级连续流曝气池F：物料，Si：入流基质，Se：出流基质，Nm：生物物质（细菌数）；V：曝气池容积

连续培养过程中微生物生长规律:在废水生物处理的连续运行过程中，活性污泥中的微生物生长规律与分批培养时的规律不同。它只能是分批培养生长曲线的某一生长阶段。或对数期、静止期、衰亡期。3细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用概念：

活性污泥：由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的黄褐色絮状体或绒粒，菌胶团为其结构和功能中心。活性污泥法：利用人工培养的呈黄褐色絮凝状的微生物群体（活性污泥），将污水中呈溶解状和胶体状的有机物分解转化为稳定的无机物的污水生物处理方法。常规活性污泥法的工艺流程污水

处理水曝气池二次沉淀池污泥回流剩余污泥生长曲线在污水生物处理中的应用

项目生长上升阶段（对数期）生长下降阶段（静止期）内源呼吸阶段（衰亡期）营养物（F）F/M≧2.2F充足,过量F/M

0.1~2.2F不足F/M<0.1F少,污泥量少细菌量（M）几何级数增加呈下降趋势、增长慢零或负增长制约关系与F无关，0级反应与M有关，1级反应F制约M,1级反应F严重制约M污泥沉降性能活性污泥能量高，不易获得良好絮凝体，沉降性不好。较好，范德化引力占优势；形成荚膜、菌胶团；易形成絮凝体，吸附、凝聚力强。好出水水质不好，细菌多、有机物多。较好，SS低。好，SS低。应用（１）高负荷活性污泥法（2）AB法的A段（１）常规活性污泥法（２）生物吸附法（３）高负荷活性污泥法（１）延时曝气法（２）氧化沟法图5-4微生物代谢速率与F/M的关系

微生物代谢速率与F/M的关系插入１２１页图1.5-5图5-5活性污泥的生长曲线及其应用①～④活性污泥生长曲线四个时期；⑤常规活性污泥法；⑥生物吸附法；⑦高负荷活性污泥法；⑧分散曝气；⑨延时曝气

常规活性污泥法利用静止期的理由：

为什么常规活性污泥法不利用对数期的微生物而利用静止期？

对数期：①要求有机物浓度高

因对数期的微生物生长繁殖快，代谢活力强，大量吸收废水中有机物。相应要求进水有机物浓度高，导致出水的绝对值相应提高，不易达到排放标准；②凝聚沉淀性能差

又因对数期的微生物生长繁殖旺盛，细菌的黏液层和荚膜尚未形成，运动很活跃，不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差。

静止期：①仍有较高活力降解有机物

虽然静止期的微生物代谢活力比对数期的差，但仍有相当的代谢活力，去除有机物的效果仍较好；②絮凝沉淀效果好

最大特点是微生物积累大量贮存物，如：异染粒、聚β－羟基丁酸、黏液层和荚膜等。强化了微生物的生物吸附能力，其自我絮凝、聚合能力强，在二沉池中泥水分离效果好，出水水质好。

延时曝气法利用衰亡期

在污（废）水BOD5/CODCr<0.3时，不用静止期的微生物，而利用衰亡期微生物，用延时曝气法处理低浓度有机污（废）水，其原因是：低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求，处理污（废）水的效果不会好。若采用延时曝气法，延长曝气时间在8h以上，甚至24h，延长水力停留时间，适当增大进水量，提高有机负荷，才能满足微生物的营养要求。从而取得较好的处理效果。

4微生物生长量的测定方法4.1测定微生物总数（包括活菌和死菌）（１）计数器直接计数（2）电子计数器计数（3）涂片染色法（４）比浊法(1)直接计数法方法：

利用特定的细菌计数板或血球计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。缺点：

只能计数细菌数，不能区分死活菌。适于：细菌、酵母菌、藻类和原生动物血球计数板计数室：面积1mm2、高度0.1mm；有400个计数小格；计数格：

1mm2又分成25(或16格)中格，每中格又分16小格(或25格)。计数方法：数个数：将稀释的样品滴在计数板上，盖上盖玻片，在显微镜下计算4－5个中格的细菌数，求出每个小格的细菌数。计算每ml样品的细菌数：细菌数(样品/ml)=每小格细菌平均数×400×1000×稀释倍数（2）电子计数器计数

适于：较大的微生物如原生动物、藻类和非丝状的酵母菌原理：在一个小孔的两侧各放置一个电极，通电后，若有物体通过，电阻会发生变化。当细胞悬液通过小孔时，每通过一个细胞，电阻就会增加（或电导率下降）并产生一个信号，计数器就对该细胞自动计数一次。优点：精确缺点：受微小颗粒和丝状物干扰（3）涂片染色法方法：用0.01ml吸管吸取定量稀释的细菌悬液均匀涂布于刻有1cm2面积的计数板上，经固定染色后，在显微镜下观察几个视野并计数，取平均值，再按下式计算每毫升原液的细菌数：每ml原菌液的细菌数＝视野中的平均菌数×1cm2/视野面积×100×稀释倍数（４）比浊法测定细菌悬液细菌数原理：单细胞微生物的悬液浓度与浊度成正比，与光密度（OD）成反比。细胞数越多，透光度越小。方法：①用分光光度计测定菌悬液的光密度或透光度；②用浊度计测菌悬液的浊度。计算：将未知细胞数的菌悬液和已知细胞数的菌悬液相比，可求出未知菌悬液所含的细胞数。4.2测定活细菌数（1）液体稀释培养计数（2）过滤计数（3）菌落计数（1）液体稀释培养计数适于：生长较慢的细菌，如硝化细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌等。方法：以MPN法(最大可能数法)直接用液体培养基稀释样品，每个稀释度3～5管，置于培养箱内培养1～2周，取出观察和计数。以它的阳性管（培养基浑浊）数对照检索表查得细菌数。（2）过滤计数适于：含菌量少的水样，如饮用水中的大肠菌群数的测定。方法：用0.45µm的滤膜过滤，将膜置于已倒好的平板上培养得到生长的菌落，计数。

(3)菌落计数平板菌落计数（CFU）：单位容量中的细菌均匀分布在营养琼脂平板上面生长的菌落形成单位数。平板菌落计数计算：每ml原菌液活菌数＝同一稀释度三皿平均菌落数×稀释倍数×50.2ml4.3计算生长量（１）测细胞干重法在环境工程中用得较多，如测曝气池的混合液悬浮固体（MLSS）或混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）。

（２）测N法（３）测DNA法（４）生理指标法第二节微生物的生存因子一、温度

温度是微生物的重要生存因子，在适宜的温度范围内，温度每提高10℃，酶促反应速率将提高l～2倍，微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养温度使微生物以最快的生长速率生长。过低或过高的温度均会降低代谢速率及生长速率。在适宜的温度范围内微生物能大量生长繁殖。根据一般微生物对温度(t)的最适生长需求，划分为四类微生物：*嗜冷菌*嗜中温菌*嗜热菌*嗜超热菌（1）影响微生物的生长速率

微生物生长温度范围℃微生物最低最适最高嗜冷细菌－5~05~1020~30嗜中温细菌5~1025~4045~50嗜热细菌3050~6070~80嗜超热细菌55℃以上70~105

110~113原生动物16~2537~43（少数可在60℃中生存）藻类28~30污水处理中微生物30℃左右（2）影响微生物群落、数量、代谢活性（3）高温（极端高温）影响

高温对微生物有致死作用，使酶失活、蛋白质凝固变性，可利用高温杀菌。灭菌：利用高温、物理因素、化学因素杀死微生物所有细胞、孢子。消毒：杀死微生物营养细胞和部分饱子，是杀死或消除所有病源菌的措施。注意灭菌和消毒的区别灭菌方法

在干燥箱中，利用热空气灭菌，通常在160℃温度下处理2h可达灭菌目的。

流通蒸汽，常压，100℃，15~30min，杀死营养细胞，冷却,28~37℃过夜，芽饱萌发，再反复两次，杀死所有芽饱和营养细胞。

蒸汽压力0.1mpa（1.05kg/cm2），温度121.6℃,15~20min，杀死所有芽饱和营养细胞。干热灭菌灼烧干热烘烤湿热灭菌高温间歇灭菌高压蒸汽灭菌

用于接种工具、实验动物尸体处理等。

消毒方法巴氏消毒法：方法：

63~66℃，30min或71℃,15min，迅速冷却。目的：杀死其中可能存在的病源菌如结核杆菌、伤寒杆菌。适于：处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养与风味。煮沸消毒法：方法：物品在水中煮沸15min以上，可杀灭细菌的所有营养细胞和一部分芽孢。目的：杀死病源微生物。适于：注射器、解剖用具等的消毒。（4）低温影响

抑制生长：

低温对嗜中温和高温的微生物生长不利，使微生物代谢活性下降，抑制微生物生长，一般不致死。如冰箱保鲜。致死：当温度过低，水在细胞内结冰膨胀，破坏细胞结构，使细胞死亡。嗜冷微生物能在低温生长的原因：

a.

具备更有效地催化反应的酶

b.

主动运输的功能良好，能有效地集中必须的营养物。

Ｃ.

细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下能保持半流动性。二、pH不同的微生物要求不同的pH微生物种类最适pH

细菌6.5～7.5（菌胶团生长良好）放线菌7.0～8.0酵母菌、霉菌3～6（适于处理pH值较低的工业废水）藻类、原生动物6.5～7.5曝气池中维持6.5～8.5有机固体废弃物5～8

几种微生物的生长最适pH和pH范围表5-7几种微生物的生长最适pH和pH范围微生物种类pH最低最适最高褐球固氮菌（Azotobacterchroococcum）大肠埃希氏菌（Escherichiacoli）放线菌（Actinomycessp.）霉菌（moldfungus）酵母菌（yeast）小眼虫（Euglenagracilis）草履虫（Paramaccumsp.）4.54.55.02.51.53.05.37.4～7.67.27.0～8.03.8～6.03.0～6.06.6～6.76.7～6.89.09.010.08.010.09.98.0嗜酸微生物最低pH最适pH最高pH

细菌（Bacteria）氧化硫硫杆菌（Thiobacillusprosperus）（Thiobacillusthiooxida）艾氏硫杆菌（Thiobacillusalbertis)

铁氧化钩端螺旋菌（Leptospirillumferrooxidans）热氧化硫化杆菌(Sulfobacillusthermosulfidooxidans）嗜酸硫杆菌（Thiobacillusacidophilus）（Thiobacilluscuprinus）

古菌（Archaea）嗜酸热原体（Thermoplasmaacidophilum）下层酸双面菌（Acidianusinfernus）勤奋生金球菌（Metallosphaerasedula）嗜酸热硫化叶菌（Sulfolobusacidocaldarius）依赖热丝菌（Thermofilumpendens）顽固热变形菌（Thermoproteustenax）隐蔽热网菌（Pyrodictiumoccultum）

（Thermodiscusmaritimus）<1.0121.51.123

0.511.014.02.5553.02.5～3.02465～6.55.55.5444.05.044

464.566.7677表5-8几种嗜酸微生物（１）使微生物表面电荷改变，从而影响对营养物的吸收遇碱：

R

NH2–C–COO-+Na++H2O

H

营养

微生物

遇酸：

R

NH3+–C–COOH+Cl-

H

+

＋

营养

微生物

由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，会改变培养基pH值，如用（NH４)２SO４作N源，当NH４+

被细菌吸收合成氨基酸和蛋白质后，剩下SO42-使pH下降。为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂（如K2HPO4和KH2PO4）或不溶性的碳酸盐（如CaCO3

）；调节培养基的酸碱度。外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。pH值的调节（2）影响培养基中有机物的离子化作用，因多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞。

－－O细胞－CH3－C－OH

－在酸性中未离子化－－

OCH3–C–O-

在中性或碱性中离子化

为什么污(废)水生物处理的pH宜维持在pH6.5以上？

污(废)水生物处理的pH宜维持在pH6.5以上至8.5左右的环境，是因为在pH6.5以下的酸性环境不利于细菌和原生动物生长，对菌胶团细菌不利。有利于霉菌和酵母菌繁殖，然而霉菌不像细菌那样分泌黏性物质于细胞外，其吸附能力和絮凝性能不如菌胶团，如果霉菌的数量在活性污泥中占优势，会造成活性污泥的结构松散，不易沉降，甚至导致活性污泥丝状膨胀，就会降低活性污泥整体处理效果，出水水质下降。（３）影响酶的活性以及对高温的抵抗力

培养微生物过程中pH变化

在培养微生物时，由于微生物的生长繁殖和代谢活动使培养基的pH由碱性变酸性，或由酸性变碱性，

原因多方面：*分解葡萄糖、乳糖产生有机酸，导致培养基的pH下降，变酸性。如，大肠杆菌在pH7.2～7.6的培养基中生长。*含蛋白质、蛋白胨及氨基酸的培养基经微生物分解，脱氨基作用，产生NH3和胺类碱性物质，培养基pH上升。*由于细胞选择性地吸收阳离子或阴离子，也会改变培养基的pH。如，用(NH4)2SO4作氮源，当NH4＋被菌体吸收用于合成氨基酸和蛋白质后，剩下SO42－会使pH下降；尿素经细菌分解产生NH3，会使培养基的pH上升；用NaN03作氮源时，NO3－被吸收后，培养基的pH上升。在配培养基时，要加入NaHCO3、KH2PO4或K2HP4等缓冲性物质。

污水处理中pH的调节

城市生活污水、污泥中含蛋白质，在生物处理时可不加缓冲性物质。其他废水如果不含蛋白质、氨等物质时，处理之前就要投加缓冲物质。若是连续运行，不但在运行之前，而且在运行期间也要注意投加缓冲物质。所加的缓冲物质有NaHCO3、Na2CO3、NaOH、NH4OH和NH3，以NaHCO3为佳。

霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。酸性工业废水可用霉菌和酵母菌处理，不需用碱调节pH，节省运行费用。霉菌和酵母菌可能引起活性污泥丝状膨胀，可通过改革工艺来解决，例如，可采用生物膜法（如生物滤池和生物转盘），或接触氧化法，或将二沉池改为气浮池等。三、氧化还原电位（Eh

）单位：V或mV

氧化环境具有正电位：

Eh越高，O2含量越多，自然界上限+820mV。

还原环境具有负电位：各种微生物要求氧化还原电位不同。污水处理中：

好氧微生物要求Eh为+300~+400mV。专性厌氧细菌（产甲烷菌）要求Eh为-200~-250mV。好氧活性污泥系统中Eh在+200~+600mV为正常。Eh受氧分压影响：氧分压越高，Eh越高。氧分压越低，Eh越低。环境中pH对Eh的影响：

pH↓

Eh↑;pH↑Eh↓Eh影响酶的活性和细胞的呼吸作用。四、溶解氧（DO）

溶解氧：即溶于水的氧。氧在水中的溶解度与水温、大气压有关。水温低，氧的溶解度大；水温高，氧的溶解度小。夏季水缺氧，丝状细菌繁殖多，造成活性污泥丝状膨胀。好氧微生物厌氧微生物兼性厌氧微生物好氧微生物微量好氧微生物耐氧厌氧微生物专性厌氧微生物根据微生物与氧的关系分类

*

专性好氧微生物（SOD+；H2O2酶+）在氧分压

0.21×101kPa的条件下生长繁殖良好。*

微量好氧微生物（SOD+；H2O2酶+/-）在氧分压（0.003～0.2）×101kPa的条件下生长繁殖良好。（如贝日阿托氏菌、发硫菌、浮游球衣菌、游泳型纤毛虫、线虫等）*

耐氧厌氧菌（SOD+；H2O2酶-）*专性厌氧微生物（SOD-；H2O2酶-）只能在无氧条件下生长；在氧分压小于0.005×101kPa的琼脂表面生长。*兼性厌氧微生物[兼性好氧（SOD+；H2O2酶+）]既可在有氧条件下，又可在无氧条件下生长。这五种类型微生物对氧的不同反应，见后图。根据微生物与分子氧（O2）的关系划分为：溶解氧兼性厌氧菌

2％－10％好氧菌等于或大于20％专性厌氧

不需氧、有氧死亡耐氧型2％以下微好氧有氧或无氧氧浓度需求氧含量变化（一）好氧微生物与氧的关系

好氧微生物：在有O2条件下才能生长，进行有氧呼吸，以O2作为最终电子受体。分为专性好氧微生物和微量好氧微生物：

专性好氧微生物在氧分压为0.2×101kPa生长良好。

微量好氧微生物在氧分压为（0.003~0.2）×101kPa生长良好。微生物种类：大多数细菌、大多数放线菌、霉菌、原生动物、微型后生动物等都属于好氧性微生物。

与氧的关系:充氧效率与微生物生长量呈正相关。大于0.2×101kPa的氧分压对微生物有毒。但自然界中不会遇到，在实验室可加压得到。活性污泥好氧生物处理污水中，曝气池溶解氧的质量浓度维持在2~4mg/L为宜。

好氧微生物对溶解氧的需要量：

在污（废）水生物处理中需要设置充氧设备充氧，以保证好氧微生物需要供给充足的溶解氧。表面叶轮机械搅拌鼓风曝气压缩空气曝气溶气释放器曝气射流曝气器振荡器(摇床)（实验室科学研究用）充氧量与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。在污（废）水生物处理过程中，溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度等综合考虑。如：污水好氧生物处理的进水BOD5为200～300mg／L，曝气池混合液悬浮固体(MLSS)为2～3g／L时，溶解氧的质量浓度要维持在2mg／L以上。充氧方式

溶解氧供应要适宜：

伍赫尔曼(Wuhrman)的研究：

曝气池中溶解氧的质量浓度在2mg／L时，直径为500μm的絮凝体中心点处的溶解氧质量浓度只有0.1mg／L，仅有絮凝体表面的微生物得到较多的溶解氧，絮凝体内的微生物处于缺氧状态。故溶解氧的质量浓度维持在3～4mg／L为宜。若供氧不足，活性污泥性能差，导致污（废）水处理效果下降。

溶解氧供应不足引发活性污泥丝状膨胀：微量好氧微生物如贝日阿托氏菌、发硫菌、浮游球衣菌、游动性纤毛虫（如扭头虫、棘尾虫、草履虫）及某些微型后生动物（如线虫）等在溶解氧质量浓度为0.5mg／L左右时生长最好。冬季水温低，污(废)水好氧生物处理中溶解氧量能得到正常供应。夏季水温高，氧不易溶于水，常造成供氧不足，容易引发活性污泥丝状膨胀。

（二）兼性厌氧微生物与氧的关系

兼性厌氧微生物：既有脱氢酶也有氧化酶，既能在无氧条件下进行无氧呼吸，也能在有氧条件下进行有氧呼吸，均可生存。但微生物在两种不同条件下所表现出的生理状态是很不同的。

在好氧条件下，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，氧化酶无活性；一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。兼性厌氧微生物种类：酵母菌、肠道细菌、硝酸盐还原菌（反硝化细菌）、人和动物的致病菌、某些原生动物、微型后生动物及个别真菌等。

在好氧处理中：在污（废）水生物处理中，在正常供氧条件下，好氧微生物和兼性厌氧微生物两者共同起积极作用；在供氧不足时，好氧微生物不起作用，而兼性厌氧微生物仍起积极作用，只是分解有机物不如在有氧条件下彻底。

在厌氧消化中：兼性厌氧微生物在污水、污泥厌氧消化中也起积极作用，它们多数是起水解、发酵作用的细菌，能将大分子的蛋白质、脂肪、碳水化合物等水解为小分子的有机酸和醇等。兼性厌氧菌（反硝化菌）在污水处理中的脱氮作用：

蛋白质→氨基酸→

NH3

→NO3-→

NO2-

→

N2↑

反硝化作用兼性厌氧微生物在污水处理中的积极作用：

农业方面反硝化细菌，如某些假单胞菌、伊氏螺菌、脱氮小球菌及脱氮硫杆菌等，在通气的土壤和有溶解氧的水中进行好氧呼吸，在缺氧环境中又有NO3-存在时，利用NO3-作最终电子受体进行反硝化作用，使NO3-还原为NO2-，进而产生N2，使土壤中氮素损失，反硝化作用降低土壤肥力，对农业不利。

环境保护方面在污(废)水生物处理过程中产生硝酸盐（NO3-）和亚硝酸（NO2-）。这种出水排放到缺氧的水体，则NO3在缺氧水体中会被反硝化转为NO2-并积累，NO2-遇氨转化为致癌物亚硝酸胺，从而会危害水生生物和污染饮用水水源，危害人体健康。污（废）水不但要去除有机物，还需要脱氮，利用反硝化作用将硝酸盐（NO3-）和亚硝酸（NO2-）转化为N2气才能释放到大气中。处理水的含氮量只有处在低水平，才能避免危害，保证饮用水水源的安全。

反硝化作用在农业和环境保护中的不同意义

脱氮工艺有：A/O（缺氧－好氧）系统、A2/O（厌氧－缺氧－好氧）或（缺氧－好氧－缺氧）系统、A2/O2（缺氧－好氧－缺氧－好氧）系统、SBR（序批式间歇曝气器）等。以上工艺达到去除有机物、除氮、除磷的目的。根据不同的水质可选择采用上述其中一种工艺。具体工艺参阅专业书籍。

（三）厌氧微生物与氧的关系

厌氧微生物：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。分为两种：专性厌氧菌和非专性厌氧菌。

1、专性厌氧微生物：如产甲烷菌，要在绝对无氧条件下才能生存，一遇氧就死亡。

NADH2+O2→H2O2+NAD

专性厌氧微生物无过氧化氢酶，它将被生成的过氧化氢杀死。

O2还可产生游离O2-.（氧自由基），由于专性厌氧微生物不具破坏O2-.的超氧化物歧化酶（SOD）而被O2-.杀死。2、非专性厌氧微生物：氧的存在与否对它们均无影响，存在氧时它们进行产能代谢，不利用氧，也不中毒。例如，大多数的乳酸菌，不论在有氧或无氧条件下均进行典型的乳酸发酵。耐氧的厌氧微生物虽具有超氧化物歧化酶，能耐氧，然而它们缺乏过氧化氢酶，仍会被过氧化氢杀死。污水和污泥的厌氧消化反应中，厌氧微生物起作重要作用。

厌氧微生物进行发酵或无氧呼吸。

厌氧微生物的栖息处：*为湖泊、河流和海洋沉积处；*泥炭、沼泽、积水的土壤；*灭菌不彻底的罐头食品中；*油矿凹处；*污水、污泥厌氧处理系统中。

厌氧微生物的生境：

培养厌氧微生物的方法

在无氧条件下培养厌氧微生物。在接种和移种传代时，用氦气、氢气或氮气驱赶氧气，氮气用得比较多。通入氮气驱赶培养基的氧以后，用不透氧的橡皮塞塞紧以防止气进入，在培养基中加氧化还原性颜料[甲基蓝或刃天青(resazurin)]指示培养基内的氧化还原电位。甲基蓝和刃天青在还原态时为无色，在氧化态时显色。当培养基变色表明培养管内有氧。

确保厌氧微生物生长的措施：

①将培养管、培养瓶、平板放在无氧培养罐内培养。

②

将专性厌氧菌和兼性厌氧菌混合培养，营造厌氧环境，一旦渗入氧，可被兼性厌氧菌用掉，以达到厌氧环境，从而获得专性厌氧菌。

综合上述微生物与氧的关系可见：

在一个污（废）水或固体废弃物生物处理系统的微生态系中，不论是用好氧方法处理还是用厌氧方法处理，有好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物以一定数量比例同时存在都是有好处的。因为它们之间的关系有互相竞争、互相制约、但又可互惠互利、协调和谐作用。*

污水厌氧处理系统需要人工制造无氧环境为产甲烷菌提供最基本的生存条件，但有时不免有疏忽或漏洞，可能有氧渗入，由于有兼性厌氧的水解菌存在，不但为产甲烷菌提供基质，还将渗入的氧消耗掉，确保了产甲烷菌所需的无氧环境。*

污水好氧处理系统在正常情况下，好氧菌能充分发挥其作用，将污水净化彻底。但在供氧不足时，好氧菌不能正常发挥作用，由于有兼性厌氧菌（或兼性好氧菌）的存在，它们继续处理污水，只是其净化作用的水平比好氧菌稍低。

五、化学物质（1）重金属：种类：汞、银、铜、铅及其化合物可有效地杀菌和防腐，它们是蛋白质的沉淀剂。杀菌机理：a、与酶的–SH基结合，使酶失去活性。

b、与菌体蛋白结合，使之变性或沉淀。

①醇、醛、酚等有机化合物能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。

②表面活性剂

合成洗涤剂有杀菌作用；

新洁尔灭对许多非芽孢型的致病菌、革兰氏阳性和阴性菌等有强烈的致死作用；

染料有抑菌作用。

（2）有机物：

（1）太阳辐射

*

太阳辐射中起正面生物学效应的辐射

正面生物学效应380～760nm的可见光被蓝细菌和藻类用作能源进行光合作用。被光合细菌利用被蓝细菌和藻类利用波长比1000nm短的红外辐射

被不产氧的光合细菌用作能源进行光合作用。*负面生物学效应：除上述波长以外的其他的辐射对生物均是有害的。六、其他不利环境因素对微生物的影响任何两种浓度的溶液被半渗透膜隔开，均会产生渗透压。溶液的渗透压决定于其浓度。溶质的离子或分子数目越多渗透压越大。在同一质量浓度溶液中，含小分子溶质的溶液渗透压比含大分子溶质的溶液大。离子溶液的渗透压比分子溶液大。

培养基中无机盐的渗透压为（0.5~1）×101kPa，加入糖及其他成分后产生的总渗透压为（3.5~7）×101kPa。培养基的渗透压通常不会大于菌体内的渗透压，即使略大一些也无妨，因为细菌的细胞壁和细胞膜有一定的坚韧性和弹性，对细菌有保护作用。（2）渗透压对微生物的影响微生物在不同渗透压的溶液中呈不同的反应：在等渗溶液中：形态、大小不变，生长良好。在低渗溶液中：细胞发生膨胀，严重者破裂。在高渗溶液中：体内水分子大量外渗，质壁分离。极端嗜盐菌（古菌）可在150~300g/L盐溶液中生长，可用于高盐废水处理。细菌在不同渗透压溶液中的反应（3）紫外辐射和电离辐射对微生物的影响①紫外辐射（非电离辐射）：波长范围是200~390nm，以波长为260nm左右的紫外线杀菌力最强。极端致死性短波长紫外线辐射不能透过地球大气层，通过大气层到达地球表面的紫外辐射波长为287~390nm，所以，散射日光的杀菌力弱。

杀菌机理：使被照物的分子或原子中的内层电子提高能级；能引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体（T=T），致使DNA不能复制，导致微生物死亡。微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外线的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外线的吸收峰在280nm处。

紫外辐射特点：紫外线穿透能力差，不透明物和一层玻璃都不能穿透过去。所以，多用于空气和物体表面的消毒，也常用于水的消毒。紫外辐射杀菌灯：是人工制造的低压水银灯，能发出强烈的波长为253.7nm的紫外辐射，其杀菌力强而稳定。应用：

a.空气消毒：无菌室、无菌箱、医院手术室。

b.

表面消毒：对某些不能用热和化学药品消毒的器具，如胶质离心管、药瓶、安瓶、牛奶瓶等。

c.

诱变育种：微生物在低于致死剂量的紫外辐射照射下，某些特性或性状发生改变，可诱变产生优良变种。

d.污水消毒：污水经生物处理后，在排放之前，可用紫外线杀菌消毒。注意：直射的紫外辐射对眼睛和皮肤有刺激或灼伤作用，所以，当人进行操作时不可开紫外辐射灯。

②电离辐射（电磁波）对微生物的影响波长更短，能使被照物产生电离作用，故称为电离辐射。杀菌机理：有足够的能量从分子中逐出电子，引起物质电离而使微生物死亡。种类：

X－射线：波长范围为0.1~0.01nm，生物学上所用X－射线由X光机产生。

γ－射线：波长范围为0.01~0.001nm，由钴、镭、氡等辐射性元素产生。

X－射线和ץ－射线对微生物生命活动的影响：

低剂量｛0.93~4.65Gy〔戈瑞，1Gy就是lkg物质吸收1J（焦尔）的能量

〕｝照射有促进微生物生长的作用，或引起微生物发生变异；

高剂量（9.3~102Gy以上）照射对微生物有致死作用。可利用X-射线和

γ

-射线诱导微生物变异，筛选优良菌种。

（4）超声波对微生物的影响超声波：频率超过20000Hz的声波人听不见，叫超声波。超声波具有强烈的生物学作用，使菌体破坏死亡。超声波杀菌机制：细菌内含物受到强烈振荡，胶体发生絮状沉淀，凝胶液化或乳化，从而失去生物活性。溶液受超声波作用产生空腔，引起巨大的压力变化，使细菌死亡；溶于溶液中的气体变成无数极微小的气泡迅速猛烈冲击细菌，使之破裂。超声波的杀菌效果与其频率、处理时间、细菌的大小、形状及菌数有关。

（5）干燥对微生物的影响微生物在干燥环境中将引起代谢活动的停止以致死亡。抑菌机理：空间结构破坏有毒物质浓缩蛋白质变性盐类浓度增高细菌芽孢、真菌饱子、原生动物胞囊都比营养细胞抗干燥。干燥是保藏物品和食品的好方法。

（6）抗生素对微生物的影响

抗生素－许多微生物在代谢过程中产生的能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质，叫抗生素。如青霉素、四环素等。抑菌机理：抑制细胞壁合成。如青霉素。破坏微生物的细胞质膜抑制蛋白质合成干扰核酸的合成第三节微生物与微生物之间的关系１、竞争关系：两种生物在同一环境中，对空间、资源有共同要求，产生竞争，互相受到不利影响。

例：菌胶团细菌和丝状细菌在好氧生物处理中，当溶解氧低时，两者存在明显竞争关系，丝状细菌耐低溶解氧，大量繁殖。２、互生关系（原始合作关系）：指两种可以单独生活的微生物共同在同一环境中生活，互相提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互收益，当两者分开时各自可单独生存。

例：食酚细菌和硫细菌。食酚细菌分解酚，为硫细菌提供碳源并解毒，硫细菌氧化H2S为SO42-，为食酚细菌提供硫元素，并解毒。

３.共生关系：指两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利，组成共生体。

典型例子：地衣是藻类和真菌形成的共生体，藻类行光合作用，为真菌提供有机营养，真菌从基质中吸收水分和无机盐供二者营养，供藻类进行光合作用，合成有机物供二者需要。

４.偏害关系（拮抗关系）：共存于同一