環(huán)境工程微生物學(xué)考試總結(jié)3

環(huán)境工程微生物學(xué)總結(jié)☆無責(zé)編☆

1．環(huán)境微生物學(xué)

是利用微生物學(xué)原理、方法和技術(shù)研究微生物與其環(huán)境的作用規(guī)律，從而對人類環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測、污染控制和調(diào)控的新興科學(xué)

2．非細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒原核微生物：細(xì)菌、放線菌真核微生物：酵母菌、霉菌等

真核微生物與原核微生物的區(qū)別：有無完整細(xì)胞核結(jié)構(gòu)3．病毒的繁殖過程

共四步：吸附、侵入、復(fù)制與聚集、宿主細(xì)胞裂解和成熟噬菌體粒子的釋放4．細(xì)菌生長曲線在污（廢）水微生物處理中的應(yīng)用（重在掌握應(yīng)用）

常規(guī)活性污泥法利用生長下降階段（減速期、靜止期）的微生物；生物吸附法利用生長下降階段（靜止期）的微生物；高復(fù)合活性污泥法利用生長上升階段（對數(shù)期）和生長下降階段（減速期）的微生物；對于有機(jī)物含量低，BOD5與COD比值小于0.3，可生化性差的廢水，可用延時曝氣法處理，即利用內(nèi)源呼吸階段（衰亡期）的微生物處理為什么常規(guī)活性污泥法不利用對數(shù)生長期的微生物？對數(shù)期生長繁殖快，代謝活力強(qiáng)，能大量去除廢水中有機(jī)物，但相應(yīng)要求進(jìn)水有機(jī)物濃度高，則出水有機(jī)物的絕對值也相應(yīng)提高，不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。又因?qū)��?shù)期生長繁殖旺盛，細(xì)胞表面的粘液層和莢膜尚未形成，運(yùn)動很活躍，不易自行凝聚成菌膠團(tuán)，沉淀性能差，致使出水水質(zhì)差。而靜止期的微生物代謝活力雖然較差，但仍有相當(dāng)?shù)拇�謝活力，取出有機(jī)物的效果仍然較好，最大特點(diǎn)是體內(nèi)積累了大量貯存物，強(qiáng)化了微生物的生物吸附能力，自我絮凝、聚合力強(qiáng)，在二沉池中泥水分離效果好，出水水質(zhì)好

延時曝氣法不利用靜止期的原因：低濃度有機(jī)物滿足不了靜止期微生物的營養(yǎng)需要，處理效果不會好，通常延長曝氣時間，即延長水利停留時間，以增大進(jìn)水量，提高有機(jī)負(fù)荷，滿足微生物營養(yǎng)要求，得到較好處理效果5．原生動物胞囊形成過程

先是蟲體變圓，鞭毛、纖毛或偽足等細(xì)胞器縮入體內(nèi)或消失，細(xì)胞水分陸續(xù)由伸縮泡排出，蟲體縮小，最后伸縮泡消失，分泌一種膠狀物質(zhì)于體表，爾后凝固形成胞殼6．原生動物和微型后生動物在污水生物處理中的指示作用

原生動物（單細(xì)胞）：纖毛蟲的固著型（如鐘蟲）喜在寡污帶生活，β中污帶也可生活，表明水質(zhì)好，活性污泥成熟；游泳型多生活在α中污帶和β中污帶，少數(shù)生活在寡污帶，表明水質(zhì)差

鞭毛蟲喜在多污帶和α中污帶生活；變形蟲喜在α中污帶或β中污帶生活

微型后生動物：輪蟲是水體寡污帶和污水生物處理效果好的指示生物；線蟲表明水體缺

0

氧，污水凈化程度差；寡毛類在夏、秋兩季生長適宜，宜在20C生長，如顫蚓和水絲蚓為河流、湖泊底泥污染的指示生物

由于污染水體溶解氧含量低，水蚤顏色比在清水中紅；苔蘚蟲喜清潔7．生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡

生態(tài)系統(tǒng)是在一定時間和空間范圍內(nèi)由生物（包括動物、植物和微生物的個體、種群、群落）與它們的生活環(huán)境（光、水、土壤、空氣及其他生物因子）通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)所組成的一個自然體

個體＞種群＞群落（核心）＞生態(tài)系統(tǒng)＞生物圈

非生物環(huán)境

生態(tài)平衡：一個生態(tài)系統(tǒng)在長時間內(nèi)，其結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定，物質(zhì)與能量輸入輸出接近平衡，外來干擾下通過自然調(diào)節(jié)（或人為調(diào)控）能恢復(fù)原初的穩(wěn)定狀態(tài)

生態(tài)平衡失調(diào)：外來干擾超過生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，而不能恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)8．土壤自凈和土壤修復(fù)

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土壤自凈：土壤對施入其中一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)污染物具有吸附和生物降解能力，通過各種物理、生化過程自動分解污染物使土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程

土壤生物修復(fù)：利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中，降滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，使土壤恢復(fù)其天然功能

9．空氣污染的指標(biāo)和指示菌

3

空氣污染指標(biāo)：室內(nèi)1m空氣中細(xì)菌總數(shù)為5001000個以上指示菌：綠色鏈球菌10．水體自凈及其過程

河流接納了一定量的污染物后，在物理、化學(xué)和水生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)，叫水體自凈。自凈容量是指在水體單位時間內(nèi)正常生物循環(huán)中能同化有機(jī)污染物的最大數(shù)量過程：（1）有機(jī)污染物排入水體后被水體稀釋，有機(jī)和無機(jī)固體物沉降至河底（物理作用強(qiáng)）（2）耗氧菌增加使溶解氧含量下降，很多水生動物死亡，耗氧菌減少厭氧菌增加，藻類放氧和自然溶氧使含氧量增高，有機(jī)物缺乏和其他原因使細(xì)菌死亡（生物作用強(qiáng)）（3）日光、氧氣等對污染物的分解（化學(xué)作用弱）11．被污染的水體都是自凈水體

12．衡量水體污染與自凈的指標(biāo)（重點(diǎn)）

（1）.P/H指數(shù)：P代表光合自養(yǎng)型微生物（有葉綠素微生物），H代表異養(yǎng)型微生物。BIP值：BIP=無葉綠素微生物H/全部微生物數(shù)(P+H)*100%

氧濃度高低與細(xì)菌含量有關(guān)，既與BIP有關(guān)；晝夜變化幅度與藻類既P/H有關(guān)污染前＞污染＞凈化開始＞持續(xù)＞結(jié)束P/H指數(shù)高下降最小增高高BIP值0～８增高60～100下降0～8溶解氧幅度固定值0升高降低固定值（2）.氧濃度晝夜變化幅度：水體中溶解氧是由空氣中的氧溶于水和光合自養(yǎng)型微生

物的光合作用放出氧氣得到補(bǔ)充，陽光的照射是關(guān)鍵因素。如果光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量多，P/H指數(shù)就高，溶解氧晝夜差異大。河流剛被污染時，P/H指數(shù)下降，光合作用強(qiáng)度小，溶解氧濃度晝夜差異小

（3）.外觀特征：混濁程度、顏色、氣味（原因：水中細(xì)菌、懸浮物的種類、數(shù)量）（4）.指示生物：植物、魚類等（指示生物包括：細(xì)菌、真菌、藻類、輪蟲、原生動

物、浮游甲殼動物、底棲動物有寡毛類的顫蚯蚓、軟體動物和水生昆蟲）

13．水體自凈指標(biāo)綜合應(yīng)用污化系統(tǒng)（狀態(tài)、指示生物）

排污點(diǎn)下游自凈過程，沿河流方向有：多污帶、α中污帶、β中污帶和寡污帶多污帶：厭氧狀態(tài)，水成暗灰色，很混濁，水面有氣泡，無顯花植物，魚類絕跡。以厭氧菌和兼性厭氧菌為主，水底淤泥有大量寡毛類（顫蚯蚓）動物

α中污帶：水體灰色，半?yún)捬鯛顟B(tài)水面上有泡沫和浮泥。細(xì)菌數(shù)量較多，每毫升水約幾千萬個，有藍(lán)藻、裸藻、綠藻，原生動物有天藍(lán)喇叭蟲、椎尾水輪蟲、臂尾水輪蟲、美觀獨(dú)縮蟲和櫛蝦等，底泥已部分無機(jī)化，滋生了很多顫蚯蚓

β中污帶：有機(jī)物較少，BOD和懸浮物含量低，溶解氧含量升高。細(xì)菌數(shù)量減少，藻類大量繁殖，水生植物出現(xiàn)。原生動物有固著型纖毛蟲，輪蟲，昆蟲等寡污帶（水體自凈完成的標(biāo)志）：有機(jī)物全部無機(jī)化，BOD和懸浮物含量極低，H2S消失，細(xì)菌極少，溶解氧恢復(fù)到正常含量，水的混濁度低。指示生物有魚腥草、硅藻、黃藻、鐘蟲、變形蟲、旋輪蟲、浮游甲殼動物、水生植物及魚14．總大腸菌群

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由于致病菌數(shù)量少，檢測不便，選用和它相近的非致病菌做間接指標(biāo)，結(jié)果選用總大腸菌群做致病菌的指示菌。我國規(guī)定1ml生活飲用水細(xì)菌菌落總數(shù)在100個以下。大腸桿菌＜3個/L

總大腸菌群可添加乳糖鑒定：包括埃希氏菌屬，紫紅，金屬光澤；檸檬酸桿菌屬，紫紅或深紅色；腸桿菌屬，淡紅色，菌落中間色深；克雷伯氏菌屬，無色透明15．水體富營養(yǎng)化

水體氮、磷營養(yǎng)過剩。淡水水體發(fā)生“水化”或稱“水花”，海洋稱“赤潮”或“紅潮”過程：藻類過量生長，產(chǎn)生大量有機(jī)物＞異養(yǎng)微生物氧化有機(jī)物耗氧，厭氧菌開始生長和代謝＞分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S導(dǎo)致水有難聞氣味＞魚和耗氧微生物大量死亡，水體出現(xiàn)大量沉淀物且顏色異常16．有機(jī)污染物生物凈化機(jī)理

有機(jī)污染物生物凈化（無機(jī)化）的本質(zhì)：微生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物依靠：好氧分解（細(xì)菌，好氧有機(jī)物呼吸）、厭氧分解（厭氧細(xì)菌，發(fā)酵和厭氧無機(jī)鹽呼吸）

17．多糖污染物、油脂的降解途徑（掌握大致思路）

纖維素酶纖維二糖酶纖維素纖維二糖葡萄糖糖酵解厭氧ATP好氧分解發(fā)H2O三羧酸酵CO2循環(huán)葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丙酮+丁醇+CO2+H2厭氧發(fā)酵丁酸發(fā)酵丁酸+乙酸+CO2+H2多糖水解為葡萄糖＞糖酵解＞丙酮酸無氧過程：乳酸、乙醇有氧過程：乙酰輔酶A,經(jīng)三羧酸循環(huán)形成ATP、CO2、H2O

油脂（水解＋β氧化）水解為甘油和脂肪酸＞經(jīng)β氧化徹底分解＞得到乙酰輔酶A＞三羧酸循環(huán)

18．芳香烴物質(zhì)相同的后半段降解途徑

苯酚氧化酶酶萘鄰苯二酚酮基己二酸菲+O2+O2+2H蒽琥珀酸三羧酸循環(huán)

CO2+H2O

乙酰輔酶A

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19．硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌

在有氧條件下，通過硫細(xì)菌的作用將硫化氫氧化為元素硫，再進(jìn)而氧化為硫酸的過程參與微生物有硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌

硫化細(xì)菌：歸屬于硫桿菌屬（革蘭氏陰性桿菌），包括氧化硫硫桿菌，氧化亞鐵硫桿菌硫磺桿菌：包括絲狀硫磺細(xì)菌（均為革蘭氏陰性菌）和光能自養(yǎng)硫細(xì)菌。氧化硫化氫為元素硫的絲狀細(xì)菌有貝日阿托氏菌屬、透明顫菌屬、辮硫菌屬、亮發(fā)菌屬和發(fā)硫菌屬H2S氧化生成硫粒，繼續(xù)氧化成H2SO4，其中伴有能量釋放，滿足細(xì)菌本身需要20．鑄鐵管道被腐蝕和阻塞的原理

在混凝土排水管和鑄鐵排水管中，如果有硫酸鹽存在，管的底部則常因缺氧而產(chǎn)生硫化氫。硫化氫上升到污水表層（或溢出空氣層），與污水表面溶解氧相遇，硫化氫被硫化細(xì)菌或硫磺細(xì)菌將氧化為硫酸。再與管頂部的凝結(jié)水結(jié)合，使混凝土和鑄鐵管受到腐蝕。為減少腐蝕，除要求管道有適當(dāng)坡度，使污水流動暢通外，還要加強(qiáng)管道的維護(hù)工作。鐵細(xì)菌氧化亞鐵產(chǎn)生能量合成細(xì)胞質(zhì)。當(dāng)他們生活在鑄鐵水管中時，常因水管中有酸性水而將鐵轉(zhuǎn)化為溶解性的二價鐵，鐵細(xì)菌就轉(zhuǎn)化二價鐵為三價鐵（銹鐵）并沉積于水管壁上，越積越多，以致阻塞水管，故經(jīng)常要更換水管21．污水生物處理的基本原理（三、四章重點(diǎn)2131題）

污水的生物處理，主要是利用微生物對污染物的降解和轉(zhuǎn)化功能，通過一定的人工技術(shù)措施，創(chuàng)造有利于微生物生長繁殖的良好環(huán)境，加速其新陳代謝過程，從而使污水中的有機(jī)污染物得以降解、去除

有機(jī)污染物在微生物酶的作用下被逐步降解。一部分轉(zhuǎn)化為微生物體的組成部分，另一部分則通過生物氧化釋放能量，供給微生物各種生命活動所需。在污水生物處理構(gòu)筑物中，微生物、污染物和水呈混合狀態(tài)原理的四步驟：（1）生物絮凝（2）生物吸附（3）生物氧化（4）沉淀作用22．活性污泥、污泥膨脹

有機(jī)廢水經(jīng)過一段時間的曝氣后，水中會產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其

中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活性污泥污泥膨脹：指在活性污泥法處理污水的過程中，由于種種的原因所引起的污泥微生物結(jié)

構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致污泥的結(jié)構(gòu)松散，體積膨脹，進(jìn)而影響到污水后續(xù)處理過程的現(xiàn)象SBR即序批式間歇曝氣反應(yīng)器法23．好氧生物膜

是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。是生物膜法凈化污水的工作主體24．微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)（活性污泥法）或固著狀態(tài)（生物膜法）25．好氧生物膜中的微生物種類及其功能

生物膜生物：以菌膠團(tuán)為主；凈化和降解作用

膜面生物：固著型纖毛蟲和游泳型纖毛蟲，起促進(jìn)濾池凈化速度，提高整體效率的作用濾池掃除生物：輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、體蟲等，起去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚和堵塞的功能。

26．活性污泥法處理污水中菌膠團(tuán)細(xì)菌和原生動物的作用

菌膠團(tuán)細(xì)菌的作用：（1）對有機(jī)物進(jìn)行吸附和氧化分解（2）為原生動物和微型后生動物提供良好的生存環(huán)境（3）為原生動物提供附著場所（4）具有指示作用原生動物的作用：（1）指示作用（2）凈化作用（3）促進(jìn)絮凝和沉淀作用

絲狀細(xì)菌：活性污泥的重要組成成分，有很強(qiáng)的氧化分解有機(jī)物的能力，污水凈化中起著一定的作用。真菌：主要是腐生或寄生的絲狀菌，大量繁殖會導(dǎo)致污泥膨脹現(xiàn)象。

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27．厭氧生物處理

在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法

組成：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機(jī)雜質(zhì)形成的污泥顆粒主要用于高濃度有機(jī)廢水的前處理;剩余活性污泥的處理

厭氧法的缺點(diǎn)：1．出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理2．對溫度變化較為敏感3．厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感4.初次啟動過程緩慢,處理時間長5．處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)

28．原生動物與出水水質(zhì)的關(guān)系（僅供參考）

（1）指示作用：微型后生指示動物有線蟲、輪蟲等；環(huán)境惡劣時會形成休眠體；還

可判斷活性污泥的成熟程度

（2）凈化作用：因?yàn)樵�生動物大多可吞噬有機(jī)物

（3）促進(jìn)絮凝與沉淀：主要靠菌膠團(tuán)細(xì)菌，但有些需要靠原生動物（4）促進(jìn)二沉池的泥水分離29．好氧處理與厭氧處理的比較

厭氧處理不需氧氣，好氧處理需要氧氣，有曝氣裝，消耗能源；厭氧處理產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電或作為能源；對營養(yǎng)物的需求量少；產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低，好氧處理則產(chǎn)生的污泥處理繁瑣；出水的有機(jī)物濃度較高，不如好氧處理有機(jī)物徹底；對溫度變化、有毒物質(zhì)較為敏感（37度、毒物馴化處理）；初次啟動過程緩慢,處理時間長（好氧只需七天，厭氧需要八至十二周，慢但間歇處理有重起快的優(yōu)勢）；處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)30．微生物脫氮原理

一級處理：除去廢水中的砂礫及大的懸浮物；

二級生物處理：去除可溶性的有機(jī)物；除N等幾乎除凈深度處理：脫氮、除磷31．脫氮過程中的常見問題

脫氮原理：1.好氧硝化（亞硝化細(xì)菌NH3->NO3硝化細(xì)菌NO3->NO4）

2.缺氧反硝化(H2NO4->N2->溢出，進(jìn)入自然界中的氮循環(huán)，水中的氮少了)

常見問題：1.先脫碳、后脫氮（硝化菌的碳源是脫碳菌的代謝產(chǎn)物；有機(jī)碳源豐富時，

脫碳菌世代周期短生長迅速，硝化菌氧利用不足，生長緩慢）2.硝化脫氮時有時需要補(bǔ)堿（NaHCO3)?（硝化作用消耗堿（NH3），水pH下降（硝化菌的最適pH為7.5-8.0）；補(bǔ)充碳源、升高pH）3.硝化菌世代周期長，容易從活性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？（掛生物膜或投加懸浮填料定期投菌）

32．一級標(biāo)準(zhǔn)：廢水磷含量在≤0．5mg/L；氨氮≤15mg／L33．除磷原理和化學(xué)機(jī)制

微生物除磷原理：依靠聚磷菌（兼性厭氧菌）聚磷，再從水中除去這些細(xì)菌

好氧時：大量繁殖（消耗好氧狀態(tài)能源聚β-羥基丁酸鹽（PHB）），逆濃度梯度過量吸磷（貯備厭氧狀態(tài)能源多聚磷酸鹽顆粒(即異染顆粒)）；厭氧時：正相反不繁殖，釋放磷酸鹽于體外（產(chǎn)生能量供其儲備好氧狀態(tài)消耗能源PHB）。34．消毒、消毒方法及原理

定義：通過消毒劑或其它消毒手段，殺滅水中致病微生物（包括病毒、細(xì)菌、真菌、原

生動物、腸道寄生蟲及其卵等）的處理過程消毒方法有：物理方法：紫外線、超聲波、加熱

化學(xué)方法：加氯、臭氧、重金屬離子等化學(xué)試劑

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原理：加氯消毒：主要靠水解產(chǎn)物次氯酸起作用�？善茐募�(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜；進(jìn)入菌體內(nèi)的

HOCl與菌體蛋白或酶蛋白中氨基和巰基反應(yīng)而達(dá)到殺菌作用；還能與細(xì)菌、病毒的核酸結(jié)合達(dá)到殺滅效果

臭氧消毒：僅僅次于氟的強(qiáng)氧化劑，它有很強(qiáng)的消毒能力，除能殺死細(xì)菌外，對耐藥性較強(qiáng)的病毒、芽孢也有很強(qiáng)的殺滅能力。能分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必需的葡萄糖氧化酶；并直接與細(xì)菌和病毒發(fā)生作用，破壞細(xì)胞和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂肪類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的物質(zhì)代謝、生長和繁殖過程遭到破壞；能滲透細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞膜內(nèi)使細(xì)胞發(fā)生畸變，導(dǎo)致細(xì)胞溶解死亡。臭氧消毒存在的主要問題是基建投資大，制備臭氧的電消耗高；臭氧在水中不穩(wěn)定易分解，沒有持久的殺菌作用

35．堆肥化

堆肥化是依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌和真菌等微生物，有控制地促進(jìn)可生物降

解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程

堆肥法是利用堆肥化過程來處理城市的生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物的方法36．好氧堆肥的原理及處理過程中起作用的微生物

好氧堆肥在通氣條件下，利用好氧微生物分解大分子有機(jī)固體廢棄物為小分子有機(jī)物，

部分有機(jī)物被礦化成無機(jī)物。在好氧堆肥過程中，會釋放出大量的熱能，使溫度升高，可達(dá)50-65℃，甚至80-90℃，最后有機(jī)固體廢棄物被完全腐熟成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)

發(fā)酵初期的中溫為好氧細(xì)菌與真菌，使溫度升至50度；好熱性的細(xì)菌、放線菌和真菌

分解纖維素。升至60度，真菌停止；升至70度，致病菌和蟲卵被殺死，一般嗜熱高溫細(xì)菌和放線菌也停止活動，堆肥腐熟穩(wěn)定37．固定化酶、固定化菌體

固定化酶：從篩選、培育獲得的優(yōu)良菌種體中提取活性極高的酶，再用包埋法等方法將

酶固定在載體上，制成不溶于水的固態(tài)酶固定化菌體：以與固定化酶相同的固定方法將酶活力強(qiáng)的微生物體固定在載體上，即成

固定化菌微生物38．微生物胞外多聚物

EPC，是微生物在一定的環(huán)境條件下，在其代謝過程中分泌的、包圍在微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物。包括莢膜、粘液層及其他表面物質(zhì)39．載體結(jié)合法的種類及各自優(yōu)缺點(diǎn)

共價鍵結(jié)合法：優(yōu)點(diǎn)：酶與載體結(jié)合較牢固，不易脫落，有利于長時間使用。

缺點(diǎn)：制備條件復(fù)雜；酶蛋白活性中心易破壞

離子鍵結(jié)合法：優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，處理?xiàng)l件溫和，酶的高級結(jié)構(gòu)和活性中心不易破壞，

有利于制備高活性酶

缺點(diǎn)：載體與酶的結(jié)合力較弱，在高離子強(qiáng)度下酶易從載體上脫落

物理吸附法：優(yōu)點(diǎn)：酶蛋白活性中心不易被破壞，完整保持酶的高級結(jié)構(gòu);方法簡單，

成本低。

缺點(diǎn)：酶吸附不牢固，易脫落；防止吸附酶的蛋白質(zhì)與載體發(fā)生變性反應(yīng)40．絮凝劑的種類及在廢水生物處理中的作用

一類為有機(jī)高分子絮凝劑或是助凝劑，二類為無機(jī)絮凝劑，三類為微生物絮凝劑

廢水生物處理中，二沉池的泥水分離好與壞，取決于活性污泥的絮凝性能和沉降性能。投加絮凝劑，可強(qiáng)化絮凝效果，改善出水水質(zhì)

題型：填空26個*1分名詞解釋6個*3分簡答7個（共41分）論述1個*15分考試時間：周四4：006：00

擴(kuò)展閱讀：微生物考試 《環(huán)境工程微生物學(xué)(第三版)》考點(diǎn) 2

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①原位處理：在污染區(qū)原地鉆一組注水井，用泵注入微生物、水和營養(yǎng)物，通入空

氣。另外鉆一組抽水井，用抽水泵抽取地下水，使地下水呈流動狀態(tài)，促使微生物和營養(yǎng)物均勻分布。

②生物通風(fēng)：注入空氣，其他同上③異位處理

④反應(yīng)器處理：★第四節(jié)水體微生物生態(tài)1.水體中微生物群落垂直分布：距海面010m的深處因受陽光照射含菌量較少，浮游藻類較多。例如綠藻、硅藻和、甲藻等，成為海洋生產(chǎn)者，為浮游動物和魚、蝦提供餌料。510m以下至2550m處的微生物數(shù)量較多，而且隨海水深度增加而增加，50m一下微生物的數(shù)量隨海水深度增加而減少。在海底因?yàn)槌练e著很豐富的有機(jī)物，微生物數(shù)量增多，但溶解氧缺乏。因此就某一區(qū)域的微生物垂直分布而言，海面有陽光照射，藻類生長，溶解氧含量高，有好氧的異樣菌，再往下為兼性厭氧微生物。海底有兼性厭氧菌和厭氧菌。

河流、湖泊、小溪和池塘等淡水體中微生物種類和土壤中相近，分布規(guī)律卻和海洋中的相似。

【第十題：什么叫水體自凈？可以根據(jù)哪些指標(biāo)判斷水體自凈程度？】★2.水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)

水體自凈：天然水體接納了一定量的有機(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的和水生生物（微生物、動物和植物）等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)的現(xiàn)象，叫做水體的自凈。．

物理作用：稀釋、沉淀(弱)；

化學(xué)作用：日光、氧氣等對污染物的分解(弱)生物作用：生物降解(強(qiáng))；

自凈容量：是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機(jī)污染物的最大數(shù)量。

水體自凈過程大致如下

（1）物理作用：有機(jī)污染物排入水體后被水稀釋，有機(jī)和無機(jī)固體

沉降到河底；

（2）生物作用：水體中好氧細(xì)菌利用溶解氧把有機(jī)物分解為簡單的

有機(jī)物和無機(jī)物，并用以組成自身有機(jī)體，水中溶解氧急速下降至零，此時魚類絕跡，原生動物，輪蟲，浮游甲殼動物死亡，厭氧菌大量繁殖，對有機(jī)生物進(jìn)行厭氧分解。有機(jī)物經(jīng)細(xì)菌完全無機(jī)化后，

3-產(chǎn)物為CO2、H2O、PO4、NH3和H2S。NH3和H2S繼續(xù)在硝化細(xì)菌和

-2-硫化細(xì)菌的作用下生成NO3和SO4。

（3）水體中的溶解氧在異養(yǎng)菌分解有機(jī)物時被消耗，大氣中的氧剛?cè)苡谒�就被迅速用掉，盡管水中藻類在白天進(jìn)行光合作用放出氧氣，但復(fù)氧速率仍小于耗氧速率，氧垂曲線下降。在最缺氧點(diǎn)，有機(jī)物的耗氧速率等于河流的復(fù)氧速率。再往下游有機(jī)物漸少，復(fù)氧速率大于耗氧速率，

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氧垂曲線上升。如果河流不再被有機(jī)物污染，河水中溶解氧恢復(fù)到原來水平，甚至達(dá)到飽和。

（4）隨著水體的自凈，有機(jī)物缺乏和其他原因（例如陽光照射、溫度、ph變化、毒物及生物的拮抗作用等）使細(xì)菌死亡。劇測定，細(xì)菌死亡數(shù)大約為80%--90%。

3.衡量水體自凈的指標(biāo)（1）P/H指數(shù)

P代表光合自養(yǎng)型微生物（如藻類）H代表異養(yǎng)型微生物（如細(xì)菌等），兩者的比即P/H指數(shù)。

P/H=（有葉綠素的微生物數(shù)量）/（異養(yǎng)微生物數(shù)量）BIP=（無葉綠素的微生物數(shù)量）/（全部微生物數(shù)量）≈H/（P+H）×100%

（2）氧濃度晝夜變化幅度：水體中的溶氧包括空氣溶氧和光能自氧（藻類）產(chǎn)氧

陽光的照射是關(guān)鍵因素，白天和夜晚水中溶解氧液度差異較大。晝夜的差異取決于微生物的種群、數(shù)量或水體斷面及水的深度氧濃度晝夜變化幅度比BIP更實(shí)用。

【提問】：為什么不同的凈化程度晝夜變化幅度不同？

答：氧濃度高低與細(xì)菌含量有關(guān)，晝夜氧濃度變幅與藻類數(shù)量有關(guān)，因此與P/H或BIP有關(guān)。

污染前→污染→凈化開始→持續(xù)→結(jié)束

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溶解氧變化幅度：小→0→增大→減小

這種指標(biāo)與BIP從根本上是相同的

但由于溶解氧可以用溶解氧測定儀隨時測定并迅速地得出結(jié)果，而BIP指標(biāo)需要細(xì)

菌鑒定、培養(yǎng)、顯微鏡觀察，周期長操作不便，因此實(shí)際操作中溶解氧變化幅度比BIP指標(biāo)更為實(shí)用。

(3)水體外觀：外觀特征：混濁程度、顏色及氣味等（4）指示生物：例如

污染前污染凈化開始持續(xù)結(jié)束生物:植物--消失--藻類、原生--魚蝦-植物

魚動物出現(xiàn)出現(xiàn)魚4.污染水體的微生物生態(tài)

污化系統(tǒng)將污染水體劃屬為不同的污染帶類型。分多污帶、α-中污帶、β-中污帶、寡污帶.類型外觀BIP生物特征1．暗灰色，很渾濁，含大1．種類很少，厭氧菌和河流流向多污帶類型量有機(jī)物，BOD高，兼性厭氧菌種類多，數(shù)溶解氧極低(或無)，為量大，每毫升水含有幾厭氧狀態(tài)。億個細(xì)菌。有能分解復(fù)2．在有機(jī)物分解過程中，雜有機(jī)物的菌種，硫酸60~100產(chǎn)生H2S、C02和CH4還原菌、產(chǎn)甲烷菌等。等氣體。臭味。2．無顯花植物，魚類絕3．水底沉積許多由有機(jī)跡。和無機(jī)物形成的淤泥。3．河底淤泥中有大量寡水面上有氣泡。毛類(顫蚯蚓)動物。*外觀BIP生物特征河流流向1．水為灰色，溶解氧少，1．生物種類比多污帶稍為半?yún)捬鯛顟B(tài)，有機(jī)物多。細(xì)菌數(shù)量較多，每量減少，BOD下降；毫升水約有幾千萬個。2．水面上有泡沫和浮2．出現(xiàn)有藍(lán)藻、裸藻、泥，有NH3、氨基酸及綠藻，原生動物有天藍(lán)α-中污帶20~60H2S。臭味。喇叭蟲、美觀獨(dú)縮蟲、椎尾水輪蟲、臂尾水輪蟲及櫛蝦等。**3．底泥已部分無機(jī)化，類型外觀BIP生物特征滋生了很多顫蚯蚓。河流流向1．有機(jī)物較少，BOD和懸浮物含量低，溶解氧濃度升高；2．NH3和H2S分別氧化為β-中污帶N03和S042-，兩者含量8~20均減少。33Pickupyourcrazyheartandgiveitonemoretry.1．細(xì)菌數(shù)量減少，每毫升水只有幾萬個。2．藻類大量繁殖，水生植物出現(xiàn)。***3．原生動物有固著型纖毛蟲如：獨(dú)縮蟲、聚縮蟲等活躍，輪蟲、浮游甲殼動物及昆蟲出現(xiàn)。YXJisawokofart!

Thereistoomuchbeautytoquit.類型外觀BIP生物特征1．有機(jī)物全部無機(jī)化，1．細(xì)菌極少；河BOD和懸浮物含量極2．出現(xiàn)魚腥藻、硅藻、低，水的渾濁度低，溶黃藻、鐘蟲、變形蟲、流解氧恢復(fù)到正常含量。旋輪蟲、浮游甲殼動物、寡污帶2．HS消失；0~8水生植物及魚。****2流3．河流自凈過程已完成的標(biāo)志向5.水體中有機(jī)污染指標(biāo)：

1）BIP指數(shù)：無葉綠素的微生物占所有微生物（有葉綠素和無葉綠素的微生物）的百分比。指數(shù)由下式計(jì)算：BIP=

+%

2)細(xì)菌菌落總數(shù)：我國規(guī)定1ml生活飲用水中的細(xì)菌菌落總數(shù)在100CFU以下。6.水體富營養(yǎng)化

1）水體富營養(yǎng)化的概念與發(fā)生

水體富營養(yǎng)化：人類將富含氮、磷的城市生活污水和工業(yè)廢水排放入湖泊、河流、

海洋，使上述水體的氮、磷營養(yǎng)過剩，促使水體中藻類過量生長，使淡水水體發(fā)生“水華”，使海洋發(fā)生“赤潮”，造成水體富營養(yǎng)化。

目前表示水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)是：水中無機(jī)氮含量超過0.20.3mg/L，生化需氧量大于10mg/L，總磷含量大于0.010.02mg/L就會出現(xiàn)富營養(yǎng)化。當(dāng)無機(jī)氮達(dá)到0.3mg/L以上和磷達(dá)到0.02mg/L以上時，最適合藻類增長。一般認(rèn)為，水體中總磷為20mg/m3，無機(jī)氮為300mg/m3以上就會出現(xiàn)富營養(yǎng)化。

第八章微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用9-2碳循環(huán)

一、纖維素的轉(zhuǎn)化

纖維素：植物細(xì)胞壁的重要成分，在植物體內(nèi)含量達(dá)15%～50%。

纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，由葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵聚合而成。每個纖維素分子含1400～10000個葡萄糖基(β-1-4糖苷鍵)。分子量多在

100萬以上。

天然纖維分子不溶于水。

纖維素在微生物酶的催化下沿下列途徑分解：

分解纖維素的微生物：

好氧細(xì)菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌；

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厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌鏈霉菌屬。

真菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉叢毛霉。二、半纖維素的轉(zhuǎn)化

存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖(聚戊糖、聚己糖、聚糖醛酸)。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。半纖維素的分解過程：

分解半纖維素的微生物：

分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。

許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、

曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。

三、淀粉的轉(zhuǎn)化

分布：在植物種子中含量很高。植物的種子（稻、麥、玉米）和果實(shí)之中。

淀粉廢水來源：以糧食和果實(shí)作原料的工廠廢水，例如淀粉廠廢水、酒廠廢水，印

染廢水、抗生素發(fā)酵廢水及生活污水等均含有淀粉。

1、淀粉的種類

淀粉分直鏈淀粉與支鏈淀粉兩種。

直鏈淀粉：是由250～300個葡萄糖分子通過α-1，4糖苷鍵連接而成的線性

大分子聚合物，分子量約60000，通常卷曲為螺旋形。不溶于水，一般在自然淀粉中，直鏈淀粉約占10～20％，遇碘變藍(lán)。

支鏈淀粉：是由1300個以上的葡糖通過α-1，4和α-1，6糖苷鍵連接而成

的大分子聚合物，分子量大于20萬。一般在自然淀粉中，支鏈淀粉約占80～90％，溶于水，遇碘變紫紅色。

2、淀粉分解途徑

淀粉如何被微生物降解?

首先在微生物分泌的淀粉酶作用下水解為葡萄糖，然后被吸收作為微生物的能源物

質(zhì)氧化產(chǎn)能。

3.分解淀粉的微生物

好氧菌：枯草芽孢桿菌、和根霉、曲霉。兼性厭氧菌：酵母菌。

厭氧菌：丙酮丁酸梭狀芽孢桿菌和丁醇梭狀芽孢桿菌等

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淀粉酶

許多微生物在生長過程中能合成分解淀粉的酶，并將這些酶分泌到細(xì)胞外部。能將淀粉分解成葡萄糖與雙糖的酶稱為淀粉酶。產(chǎn)淀粉酶主要有：枯草芽孢桿菌和根霉、曲霉。

其他微生物則主要進(jìn)行淀粉水解產(chǎn)物葡萄糖的進(jìn)一步分解�！镂濉⒅�肪的轉(zhuǎn)化★

脂肪（油脂）：是甘油與高級脂肪酸所形成的酯，不溶于水，可溶于有機(jī)溶劑。

脂：由飽和脂肪酸和甘油組成的，在常溫下呈固態(tài)的。油：由不飽和脂肪酸和甘油組成的，在常溫下呈液體的。

脂肪的種類：三棕櫚精C3H5(C15H31COO)3、三硬脂精C3H5(C17H35COO)3、三醋精

C3H5(CH3COO)3。組成脂肪的脂肪酸幾乎都具偶數(shù)個碳原子。

飽和脂肪酸：硬脂酸C17H35COOH、棕櫚酸（軟脂酸，C15H31COOH）、丁酸

C3H7COOH、丙酸C2H5COOH和乙酸CH3COOH。不飽和脂肪酸：油酸C17H33COOH、亞油酸C17H31COOH、亞麻酸C17H29COOH。

◎脂肪的分布：

存在于動、植物體中，是人和動物的能量來源，可作為微生物的碳源和能源。在動植物殘體中含有一定量脂類物質(zhì)。

一般作物莖葉中，脂類約占干物質(zhì)的0.5%～2.0%，油料作物種子中，脂類約為30%～50%。

土壤中的脂類主要來自植物殘體，少量來自動物與微生物。

水中來源：毛紡廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂；脂肪分解途徑：水解＋β-氧化1、脂肪的分解：（水解反應(yīng)）分解脂肪的微生物都具有脂肪酶。在脂肪酶作用下，脂肪水解為甘油和脂肪酸。反應(yīng)式：

1）甘油的轉(zhuǎn)化

①甘油完全氧化為二氧化碳和水：

甘油先轉(zhuǎn)化為磷酸二羥丙酮后，再經(jīng)EMP、TCA，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。②參與合成反應(yīng)

甘油轉(zhuǎn)化為磷酸二羥丙酮后，沿酵解途徑生成1-磷酸葡萄糖。進(jìn)而生成葡萄糖和淀粉。

2）脂肪酸的β-氧化β-氧化過程：脂肪酸先是被脂酰硫激酶激活，然后在α，β碳原子上脫氫、加水、再脫氫、再加水，最后在α，β碳位之間的碳鏈斷裂，生產(chǎn)1mol乙酰輔酶A和碳鏈和較原來少兩個碳原子的脂肪酸。乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)完全氧化成二氧化碳和水。剩下的碳鏈較原

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來少兩個碳原子的脂肪酸可重復(fù)一次β-氧化，以至完全形成乙酰輔酶A而告終。

【例】硬脂酸：1mol硬脂酸含18個碳原子，需要經(jīng)過8次β-氧化作用，全部降解為9mol乙酰輔酶A，其總反應(yīng)式如下：

乙酰輔酶A

C18硬脂酸完全氧化可產(chǎn)生大量能量。1mol硬脂酰輔酶A每經(jīng)一次β-氧化作用，產(chǎn)生1mol乙酰輔酶A、1molFADH2及1molNADH。

1mol乙酰輔酶A經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生12molATP1molFADH2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生2molATP1molNADH經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生3molATP--------------------------------------------------------------------共產(chǎn)生17molATP開始激活硬脂酸時消耗-1molATP-------------------------------------------------------------凈得16molATP

故第一次β-氧化時獲得16molATP，以后七次重復(fù)β-氧化時不再消耗ATP，每次可以凈得17molATP，故1mol硬脂酸被徹底氧化可得到很高的能量水平。則共得：（16+17*7=12）mol=147molATP.2、能量的計(jì)算（以三硬脂精為例）

1）1mol甘油完全氧化成二氧化碳和水產(chǎn)生的ATP：甘油到丙酮酸：

底物水平磷酸化凈得1ATP;2NADH2×3＝6ATPTCA產(chǎn)生的ATP:

4NADH2×3＝121FADH2×2＝2ATP底物水平磷酸化1ATP

因此1mol甘油完全氧化可生產(chǎn)22molATP。2）脂肪酸完全氧化：

18C硬脂酸完全氧化可生產(chǎn)大量的能量。

1mol硬脂酸完全氧化可生成9mol乙酰COA，8molFADH2，8molNADH2，并消化了1molATP。產(chǎn)生的總的ATP：

因：1mol乙酰COA經(jīng)TCA產(chǎn)生ATP：3×3＋2×1+1=12molATP。1mol硬脂酸產(chǎn)能：

9mol乙酰COA經(jīng)TCA產(chǎn)生：ATP：12×9＝108molATP。8molNADH2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生的ATP：3×8＝24molATP8molFADH2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生的ATP：2×8＝16molATP

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消耗的ATP：-1molATP。

1mol硬脂酸產(chǎn)生的ATP總計(jì)：147molATP

3mol硬脂酸產(chǎn)生的ATP總計(jì)：3×147mol＝441molATP1mol的三硬脂酸的完全氧化產(chǎn)生的ATP：441＋22＝463molATP六、木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化

木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。

降解微生物：

分解本質(zhì)素的微生物有真菌中的擔(dān)子菌和子囊菌，還有放線菌與某些細(xì)菌，其中重要的是淺色擔(dān)子菌。如干朽菌(Merulius)、多孔菌(Polyporus)及傘菌(Agaricus)等屬的一些種。

木質(zhì)素在土壤中分解緩慢。好氣條件下的分解速度較快。真菌分解木質(zhì)素的能力較細(xì)菌強(qiáng)。

9-3氮循環(huán)

自然界氮素存在形態(tài)：分子N2、有機(jī)氮化合物、無機(jī)氮化合物（氨氮和硝酸氮）

氮循環(huán)包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用。微生物引起土壤氮素的分解轉(zhuǎn)變過程有：

含氮有機(jī)物分解形成氨氨化作用；氨態(tài)氮氧化為硝酸硝化作用；硝態(tài)氮還原為氮?dú)夥聪趸�作用�?/p>

分子氮經(jīng)生物固定為氨生物固氮作用。

1.蛋白質(zhì)水解：蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量大，不能直接進(jìn)入微生物細(xì)胞。在細(xì)胞外被蛋白酶水解為小分子肽及氨基酸后才能透過細(xì)胞被微生物利用。

蛋白質(zhì)水解過程：肽酶

蛋白質(zhì)-胨-肽-氨基酸

來源：動植物殘體、生活污水、屠宰廢水、乳品加工廢水、制革廢水等。分解蛋白質(zhì)的微生物：

微生物不同，分解利用蛋白質(zhì)的能力不同。

真菌分解蛋白質(zhì)的能力較細(xì)菌強(qiáng)，且能利用天然蛋白質(zhì)

大多數(shù)細(xì)菌不能利用天然蛋白質(zhì)，只能利用某些變性蛋白及蛋白胨、肽等蛋白質(zhì)的

降解產(chǎn)物，這與大多數(shù)細(xì)菌能合成肽酶有關(guān)。eg：大腸桿菌只能分解蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物。

蛋白酶是一種胞外酶。不同的蛋白質(zhì)需要不同的蛋白酶催化才能降解。如明膠、酪蛋白、膠原蛋白和角蛋白分別由明膠蛋白酶、酪蛋白酶、膠原蛋白酶及角蛋白酶水解。

2.氨基酸的轉(zhuǎn)化：氨基酸主要作為微生物生長的氮源，在碳、能源不足時也可用作碳源與能源物質(zhì)。氨基酸分解產(chǎn)生氨的方式有以下幾種：

1）脫氨作用：有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫氨基作用下生成氨，稱為脫氨作用。脫氨種類：①氧化脫氨：在好氧微生物作用下進(jìn)行。②還原脫氨：由專性厭氧菌和兼性厭氧菌在厭氧條件下進(jìn)行。③水解脫氨：氨基酸水解脫氨后形成羧酸。④減飽和脫氨：氨基酸在脫氨基時，在α、β位減飽和成為不飽和酸。

2）脫羧作用：氨基酸脫羧作用多數(shù)由腐敗細(xì)菌和霉菌引起，經(jīng)脫羧后生成胺。二元胺對

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人有毒，肉類蛋白質(zhì)腐敗后不可食用，以免中毒。【第六題：何謂氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用？他們各有哪些微生物作用？】3.尿素的氨化：含氮有機(jī)物分解成氨；分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生氨能力強(qiáng)的微生物稱氨化微生物。土壤里氨化微生物種類多，數(shù)量大。

細(xì)菌：其中常見的有無芽孢細(xì)菌，如熒光假單胞桿菌、普通變形桿菌、大腸桿菌等；

芽孢桿菌如枯草芽孢桿菌、蕈狀芽孢桿菌、馬鈴薯芽孢桿、巨大芽孢桿菌等。既有好氣性細(xì)菌，又有厭氣性細(xì)菌和腐敗梭菌、生孢梭菌；

還有多種放線菌和霉菌(毛霉、曲霉等)。

4．硝化作用：氨基酸脫下的氨，在有氧的條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，即銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸，這稱為硝化作用。亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌都是好氧菌，適宜在中性和偏堿性環(huán)境中生長，不需要有機(jī)營養(yǎng)。1、硝化細(xì)菌

硝化過程包括兩個階段，分別由兩類細(xì)菌引起。

第一階段--亞硝化階段：氨氧化為亞硝酸，叫做亞硝酸化作用，作用的細(xì)菌是亞硝酸細(xì)菌。

亞硝酸細(xì)菌種類：主要有4屬，即亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬、亞硝酸螺菌屬和亞硝酸葉菌屬，尚有分類地位未定的一些屬種。

第二階段硝化階段是亞硝酸氧化為硝酸，作用的細(xì)菌是硝酸細(xì)菌

硝酸細(xì)菌種類：硝酸細(xì)菌主要有3個屬，即硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬和硝酸球菌屬。◎硝化細(xì)菌生理特征：屬中溫菌的亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌合稱為硝化細(xì)菌，都是無芽孢細(xì)菌，嚴(yán)格好氣性，含細(xì)胞色素體系，以氧化氨或亞硝酸獲取能量，同化CO2為有機(jī)物質(zhì)，屬化能自養(yǎng)菌，G-。

◎亞硝酸菌與硝酸菌多相互伴生，后者的活性又強(qiáng)于前者，所以，當(dāng)氨氧化為亞硝酸后，便不停地被氧化為硝酸。因而，在一般情況下，土壤里無亞硝酸積存。【亞硝化細(xì)菌和消化細(xì)菌是互生關(guān)系】

5.反硝化作用：【硝態(tài)氮還原為氮?dú)狻吭趨捬趸蚣嫘詤捬鯒l件下，兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸還原為N2的過程為反硝化作用。因還原產(chǎn)物N2向空中彌散，故可引起土壤氮素?fù)p失，又稱之為脫氮作用。脫氮作用

反硝化細(xì)菌（兼性厭氧菌）在厭氧條件下，將硝酸還原為氮?dú)馊纾篐NO3→N2

反硝化細(xì)菌：能直接引起硝酸還原為N2的細(xì)菌，稱為反硝化細(xì)菌，真菌與放線菌

無此作用。

反硝化細(xì)菌均為有機(jī)營養(yǎng)型的兼性厭氧菌。在通氣情況下，進(jìn)行正常的有氧呼吸；

在厭氣情況下，利用硝酸中的氧做受氫體，導(dǎo)致硝酸還原為N2等�？偡磻�(yīng)：C6H12O6+4NO3-→6H2O+6CO2+2N2

6.固氮作用：在固氮微生物的固氮酶作用下將氣態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)而合成為有機(jī)氮

化物的過程；（如：N2---NH3）

固氮途徑：生物固氮(85％)；人工合成；天然反應(yīng)(閃電等)。

化學(xué)法：就是在高溫、高壓條件下把氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榘�，此法耗能多，投資大。生物法：是利用有固氮功能的微生物，在常溫、常壓下把氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)镹H4+

的形式，所需的能源是生物的光合產(chǎn)物。該過程做生物固氮。

固氮微生物：根瘤菌、弗蘭克菌(共生固氮)藍(lán)細(xì)菌、固氮菌、克雷伯氏菌、拜葉

林克氏菌等(好氧)、梭菌、綠硫細(xì)菌、紅假甲胞菌、紅螺菌、甲烷菌(厭氧)等。固氮作用特點(diǎn)：需固氮酶;耗能：固定1molN2為2molNH3需要24molATP；固氮酶

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對氧氣敏感；

第四節(jié)硫循環(huán)

在自然界中的硫有三態(tài)：單質(zhì)硫、無機(jī)硫化物及含硫有機(jī)化合物。

1.含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化：通過氨化脫硫微生物分解有機(jī)硫產(chǎn)生硫化氫和氨。2.無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化：【低價態(tài)的硫--高價態(tài)的硫】

1）硫化作用：在有氧條件下，通過硫細(xì)菌的作用將硫化氫氧化為單質(zhì)硫，進(jìn)而氧

化為硫酸，這個過程稱為硫化作用。參與硫化作用的微生物有硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌。

硫化細(xì)菌：為革蘭氏陰性桿菌，為好氧菌和兼性厭氧的脫氮硫桿菌，生長溫度

○

在2830C有些種能在強(qiáng)酸條件下生長，例如氧化硫桿菌最適宜的ph在

2.02.5硫被硫化細(xì)菌氧化為硫酸，使環(huán)境ph降至2以下，同時產(chǎn)生能量。

2）硫磺細(xì)菌：1）絲狀硫細(xì)菌：貝日阿托氏菌屬、發(fā)硫菌屬等

3.反硫化作用：（高價態(tài)硫---硫化氫）土壤淹水、河流、湖泊等水體處于缺氧狀態(tài)時，硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽和次硫酸鹽在微生物的還原作用下形成硫化氫。

第九章水環(huán)境污染控制與治理的生態(tài)工程及微生物學(xué)原理第一節(jié)污廢水生物處理中的生態(tài)系統(tǒng)

城市污水和工業(yè)廢水生物處理的方法分類：

根據(jù)微生物與O2的關(guān)系分為兩大類：好氧處理、厭氧處理。

根據(jù)微生物在構(gòu)筑物中處于懸浮狀態(tài)或固著狀態(tài)分為：活性污泥法、生物膜法。一、好氧活性污泥法

★★1.好氧活性污泥的組成：是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物（兼有少量的厭氧微生物）與廢水中有機(jī)的和無機(jī)固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒。

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普通活性污泥法：

廢水初塵池曝氣池二沉池出水

2.好氧活性污泥的存在狀態(tài)：①完全混合式的曝氣池內(nèi)：因曝氣攪動始終與廢水完全混合，總以懸浮狀態(tài)存在，均勻分布在曝氣池內(nèi)并處于激烈運(yùn)動之中。從曝氣池的任何一點(diǎn)取出的活性污泥，其微生物群落基本相同。

②推流式的曝氣池內(nèi)：各區(qū)段之間的微生物種群和數(shù)量有差異，隨推流方向微生物種類依次增多。而在每一區(qū)段中的任何一點(diǎn)，其活性污泥微生物群落基本相同。

【第一題：什么叫活性污泥？它有哪些組成和性質(zhì)？】

3.好氧活性污泥的微生物群落：好氧活性污泥（絨粒）的結(jié)構(gòu)和功能中心是起絮凝作用

的細(xì)菌形成的細(xì)菌團(tuán)塊，稱菌膠團(tuán)。

①細(xì)菌：形成活性污泥絮狀體，是活性污泥基本成分。氧化有機(jī)物能力強(qiáng)。eg：菌膠團(tuán)細(xì)菌中動膠菌屬。

活性污泥（絨粒）的主體細(xì)菌（優(yōu)勢菌）多數(shù)是革蘭氏陰性菌，如動膠菌屬和叢毛單胞菌屬，它們可占70%，還有其他的革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌。

②絲狀菌：起到一定的凈化作用，若其大于菌膠團(tuán)可形成污泥膨脹。eg：浮游細(xì)菌、貝氏硫細(xì)菌、發(fā)硫細(xì)菌等。

③真菌：主要為絲狀真菌，有毛霉、根霉、曲霉、鐮刀霉等。起到輔助凈化作用。過多，也會導(dǎo)致污泥膨脹。

④原生動物：凈化及指示作用。⑤微型后生動物：指示作用。

4.好氧活性污泥的性質(zhì)：具有沉降性能；有生物活性，有吸附、氧化有機(jī)物的能力；有自我繁殖能力。各種活性污泥有各自的顏色，含水率在99％左右，它的密度為1.002～1.006，絨粒大小為0.02～0.2mm，比表面積為20～100cm2/ml之間。呈弱酸性（pH約為6.7），當(dāng)進(jìn)水改變時，對進(jìn)水pH的變化有一定的承受能力。5.好氧活性污泥中微生物的濃度（MLSS）：常用1L活性污泥混合液中含有恒重的干固體（mg)即MLSS(混合液懸浮固體）表示，或用1L活性污泥混合液中含有恒重、干的揮發(fā)性固體(mg)即MLVSS(混合液揮發(fā)性懸浮固體）表示。

在一般的城市污水處理中，MLSS保持在201*～3000mg/L。工業(yè)廢水生物處理中，MLSS保持在3000mg/L左右。高濃度的工業(yè)廢水生物處理的MLSS保持在3000～5000mg/L。1ml好氧活性污泥中的細(xì)菌有107～108個。

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6.好氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理

好氧活性污泥絨粒吸附和生物降解有機(jī)物的過程分三步：

第1步：在有氧的條件下，活性污泥絨粒中的絮凝性微生物吸附廢水中的有機(jī)物；

第2步：是活性污泥絨粒中的水解性細(xì)菌水解大分子有機(jī)物為小分子有機(jī)物，同時，微生物合成自身細(xì)胞。廢水中的溶解性有機(jī)物直接被細(xì)菌吸收，在細(xì)菌體內(nèi)氧化分解，其中間代謝產(chǎn)物被另一群細(xì)菌吸收，進(jìn)而無機(jī)化；

第3步是其他的微生物吸收或吞食未分解徹底的有機(jī)物及游離細(xì)菌。7．氧化塘（氧化溝）：1）氧化塘的微生物群落

氧化塘是人工的、接近自然生態(tài)系統(tǒng)，在氧化塘（或氧化溝）內(nèi)，藻類和細(xì)菌共存于同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系。其中還有霉菌、放線菌、原生動物、輪蟲、線蟲、浮游甲殼動物、寡毛類、軟體動物及水生植物等組成的一個生態(tài)系。其食物鏈與自然水體基本相同。2）氧化塘處理廢水的機(jī)理

氧化塘一般用于三級深度處理。用以處理生活污水和富含氮、磷的工業(yè)廢水。機(jī)理（p301）:有機(jī)廢水流入氧化塘，其中的細(xì)菌吸收水中溶解氧，將有機(jī)物氧化分解為H2O，CO2、NH3、NO3-、PO43-、SO42-。細(xì)菌利用自身分解含氮有機(jī)物產(chǎn)生的NH3和環(huán)境中的營養(yǎng)物合成細(xì)胞物質(zhì)。在光照條件下藻類利用H2O和CO2進(jìn)行光合作用合成碳水化合物（糖類），再吸收NH3和SO42-合成蛋白質(zhì)、吸收PO43-合成核酸。并繁殖新藻體。

【第五題：菌膠團(tuán)、原生動物和微型后生動物在水處理過程中有哪些作用？】

★3）菌膠團(tuán)的作用：在水處理工程領(lǐng)域中，將所有具有莢膜或黏液層或明膠質(zhì)的絮凝性細(xì)菌互相凝聚集成的細(xì)菌團(tuán)塊稱為菌膠團(tuán)。

①有很強(qiáng)的生物吸附能力和氧化分解有機(jī)物的能力。

②菌膠團(tuán)對有機(jī)物的吸附和分解、為原生動物和微型后生動物提供了良好的生存環(huán)境，例如去除毒物、提供食料、溶解氧升高。

③為原生動物、微型后生動物提供附著場所。

④具有指示作用：通過菌膠團(tuán)的顏色、透明度、數(shù)量、顆粒大小及結(jié)構(gòu)的松緊程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌膠團(tuán)顏色淺、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，則說明菌膠團(tuán)生命力旺盛，吸附和氧化能力強(qiáng)，即再生能力強(qiáng)。老化的菌膠團(tuán)，顏色深，結(jié)構(gòu)松散，活性不強(qiáng)，吸附和氧化能力差。

4）原生動物及微型后生動物的作用

原生動物和微型后生動物在廢水生物處理和水體污染及自凈中起到三個方面作用。1、指示作用

生物是由低等向高等演化的，低等生物對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，對環(huán)境因素的改變不甚敏

感。較高等生物則相反，例如鐘蟲和輪蟲對溶解氧和毒物特別敏感。

所以，水體中的排污口、廢水生物處理的初期或推流系統(tǒng)的進(jìn)水處，生長大量的細(xì)

菌，其他微生物很少或不出現(xiàn)。隨著廢水凈化和水體自凈程度增高，相應(yīng)出現(xiàn)許多較高級的微生物。

原生動物及微型后生動物出現(xiàn)的先后次序是：細(xì)菌→植物性鞭毛蟲→肉足類（變形蟲）→動物性鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲、吸管蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲。原生動物及微型后生動物指示作用表現(xiàn)為以下三方面：

①根據(jù)原生動物和微型后生動物的演替，根據(jù)它們的活動規(guī)律判斷水質(zhì)和污（廢）水處理程度。還可判斷活性污泥培養(yǎng)成熟程度

②根據(jù)原生動物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)的好與壞：如固著型纖毛蟲的鐘蟲屬、累枝

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蟲屬、蓋纖蟲屬、聚縮蟲屬、獨(dú)縮蟲屬、漫游蟲屬、輪蟲等出現(xiàn)，說明活性污泥正常，出水水質(zhì)好。

當(dāng)豆形蟲屬、草履蟲屬、四膜蟲屬、屋滴蟲屬、眼蟲屬等出現(xiàn)，說明活性污泥結(jié)構(gòu)松散，出水水質(zhì)差。線蟲出現(xiàn)說明缺氧。

③還可根據(jù)原生動物遇惡劣環(huán)境改變個體形態(tài)及其變化過程判斷進(jìn)水水質(zhì)變化和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。例如：水體變壞時，鐘蟲由正常蟲體向包囊演變的一系列變態(tài)。原生動物和微型后生動物在活性污泥培養(yǎng)過程中的指示作用

2、凈化作用

3、促進(jìn)絮凝和沉淀作用：廢水生物處理中主要靠細(xì)菌起凈化作用和絮凝作用。然而有的細(xì)菌需要一定濃度的原生動物存在，由原生動物分泌一定的粘液物協(xié)同和促使細(xì)菌發(fā)生絮凝作用。

二、好氧生物膜法

生物填料表面附著的生物薄膜進(jìn)行污染物降解的生物處理法。

于19世紀(jì)末，在研究土壤凈化污水的過濾田的基礎(chǔ)上，開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)。由于效果不如后來出現(xiàn)的活性污泥法，一度被長期擱置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)對于水要求的進(jìn)一步提高，生物膜法又獲得了新的發(fā)展。

好氧生物膜法構(gòu)筑物有普通濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池，還有生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法(即浸沒濾池法)等�！铩�1.好氧生物膜介紹：好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和堿性厭氧微生物黏附在生物濾池濾料上或黏附在生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層黏性、薄膜狀的微生物混合群體★★2.好氧生物膜中的微生物群落及其功能（必考）

普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落有：生物膜生物（膜內(nèi)）、生物膜面生物及濾池掃除生物。生物膜生物是以菌膠團(tuán)為主要成分，輔以浮游球衣菌、藻類等。它們起凈化和穩(wěn)定污水水質(zhì)的功能�！緳M向分布：膜內(nèi)、膜表面、膜外層】生物膜面生物是固著型纖毛蟲（鐘蟲、累枝蟲、獨(dú)縮蟲等），游泳型纖毛蟲（斜管蟲、尖毛蟲、豆形蟲等）及微型后生動物，他們起促進(jìn)濾池凈化速度、提高濾池整體處理效率的功能。濾池掃除生物有輪蟲、線蟲、寡毛類的沙蠶、票頁體蟲等，他們起去除濾池內(nèi)的污泥、防止污泥積聚和堵塞的功能。根據(jù)位置與功能不同生物膜生物、生物膜面生物及濾池掃除生物。普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落表

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若把生物濾池分上中下三層【縱向分布】則上層營養(yǎng)物濃度高（多污帶），生長的多為細(xì)菌，有少數(shù)鞭毛蟲。中層微生物得到的除污水中的營養(yǎng)物外，還有上層微生物的代謝產(chǎn)物，微生物種類比上層稍多，有菌膠團(tuán)、浮游球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲、腎形蟲等。下層有機(jī)物濃度低，低分子有機(jī)物占多數(shù)，微生物種類更多，除菌膠團(tuán)、浮游球衣菌外，還有以鐘蟲為主的固著型纖毛蟲。

對同一類污水好氧活性污泥法與生物濾池法處理效果對比

優(yōu)缺點(diǎn)對比

★★3.好氧生物膜的凈化作用機(jī)理：生物膜在濾池中是分層的，上層生物膜中的生物膜生物（絮凝性細(xì)菌及其他微生物）和生物膜面生物（固著型纖毛蟲、游泳型纖毛蟲）及

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微型后生動物吸附廢水中的大分子有機(jī)物，將其水解為小分子有機(jī)物。同時生物膜生物吸收溶解性有機(jī)物和經(jīng)水解的小分子有機(jī)物進(jìn)入體內(nèi)，并進(jìn)行氧化分解，利用吸收的營養(yǎng)構(gòu)建自身細(xì)胞。上一層生物膜的代謝產(chǎn)物流向下層，被下一層生物膜生物吸收，進(jìn)一步氧化分解為CO2和H2O。老化的生物膜和游離細(xì)菌被濾池掃除物（輪蟲、線蟲、體蟲等）吞食。通過以上微生物化學(xué)和吞食作用，廢水得到凈化。第二節(jié)活性污泥膨脹和控制對策1.提問：什么是活性污泥膨脹？

在運(yùn)行不正常的情況下，則會形成由絲狀菌引起的絲狀膨脹污泥和由非絲狀細(xì)

菌引起的菌膠團(tuán)膨脹污泥。這兩種原因引起的膨脹污泥SV30均在95%以上；正常的活性污泥顆粒體積膨脹，繼而分裂為沉降性很差的小顆粒污泥，引起二沉池池面飄泥嚴(yán)重，泥水分離困難，出水水質(zhì)急劇變差的現(xiàn)象。本質(zhì)污泥密度變小或黏附能力下降。分非絲狀菌污泥膨脹與絲狀菌污泥膨脹兩類。

2.活性污泥絲狀膨脹：由于絲狀菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱為活性污泥絲狀膨脹。3.活性污泥絲狀膨脹的成因：

○

1）溫度：構(gòu)成活性污泥的各種菌最適宜生長溫度是30C左右

2）菌膠團(tuán)細(xì)菌和浮游球衣菌等絲狀菌對溶解氧的需要差別大，如浮游球衣菌為好氧和微量好氧菌，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，有機(jī)廢水中溶解氧缺乏，絲狀細(xì)菌呈優(yōu)勢生長，故很容易引起活性污泥絲狀膨脹。

3）可溶性有機(jī)物及其種類：幾乎所有地絲狀菌都能吸收可溶性有機(jī)物，有機(jī)物因缺氧分解不徹底，為絲狀菌提供營養(yǎng)條件，導(dǎo)致絲狀菌優(yōu)勢生長。4）有機(jī)物濃度（有機(jī)負(fù)荷）：在生活污水和飾品工業(yè)等有機(jī)廢水中，BOD5在100200mg/l，往往會使浮游球衣菌和菌膠團(tuán)的數(shù)量比例增大，浮游球衣菌的數(shù)量超過60%以上，占優(yōu)勢導(dǎo)致活性污泥的絲狀膨脹。4.活性污泥絲狀膨脹機(jī)理：

1）對溶解氧的競爭：如果曝氣池溶解氧長期保持在較低的水平，則明顯有利于絲狀菌的優(yōu)勢生長；

2）對可溶性有機(jī)物的競爭：低分子糖類和有機(jī)酸有利于絲狀菌生長，容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹；

3）對氮、磷的競爭：如果氮、磷比例小于BOD5：N:P=100：5：1，在低氮和低磷的情況下，絲狀菌具有大的比表面積，有利于它與菌膠團(tuán)競爭氮、磷而優(yōu)勢生長；

4）有機(jī)物沖擊負(fù)荷的影響：流入生產(chǎn)裝置的廢水中的有機(jī)物濃度、組成及流量發(fā)生急劇變化。如曝氣池中有機(jī)物濃度突然增加，供氧不變，微生物呼吸迅速消耗溶解氧，絲狀菌與菌膠團(tuán)爭奪溶解氧，導(dǎo)致絲狀菌優(yōu)勢生長引起活性污泥絲狀膨脹。★5.控制活性污泥絲狀膨脹的對策（考試）

控制活性污泥絲狀膨脹的最佳辦法是：遏制活性污泥絲狀膨脹致因微生物的極度生長，達(dá)到控制活性污泥絲狀膨脹的目的。

1.控制溶解氧：溶解氧濃度必須控制在2mg/L以上

2.控制有機(jī)負(fù)荷：BOD5污泥負(fù)荷在0.20.3kg/(kgMLSS.d)為宜

3.改革工藝：將活性污泥法改為生物膜法；在曝氣池中加填料改為生物接觸氧化法；將二沉池沉淀法改為氣浮法。其他工藝如AB法、A/O（缺氧---好氧）系統(tǒng)、A2/O(厭氧缺氧好氧)系統(tǒng)、A2/O2(缺氧---好氧---缺氧---好氧)、系統(tǒng)及SBR（序批式間歇曝氣反應(yīng)器）法及生物濾池等工藝。

Ps：常用術(shù)語：污泥容積指數(shù)（SVI）是指曝氣池中在1000ml量筒中靜置30min后1g干污泥所形成的濕污泥的體積數(shù)，mL/g。即每單位干污泥形成的濕泥的體積。50~150ml/g為正

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常；SV30:實(shí)際就是活性污泥在1000毫升量筒中沉降30分鐘后的體積。單位mL/L兩者之間的關(guān)系：SV30/MLSS=SVI，6.非絲狀污泥膨脹

①曝氣力度過大，污泥碎裂膨脹

原因：氣泡夾帶,密度降低；氣泡機(jī)械破碎；細(xì)菌處于對數(shù)期多糖分泌減少②缺氧、厭氧膨脹漂泥

原因：二沉池底部淤泥厭氧產(chǎn)氣（反硝化N2、CH4)③進(jìn)水水質(zhì)有過量的表面活性物質(zhì)和油脂類化合物；

原因：油及泡沫降低污泥密度

④生物中毒（pH波動大、補(bǔ)堿過量、溫度過高、CODcr濃度驟然升高、含酚及其衍

生物，醇、醛和某些有機(jī)酚、硫化物、重金屬及鹵化物過高等）污泥膨脹

原因：細(xì)菌休克死亡、粘液分泌減少

⑤新污泥膨脹現(xiàn)象：未馴化污泥對新類型廢水不適應(yīng)，不沉降或沉降極慢，長時間

曝氣馴化后恢復(fù)正常；原因：類似中毒

10-3厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法

廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機(jī)廢水的前處理;

1.厭氧法的優(yōu)點(diǎn)：1．產(chǎn)生的沼氣（主要成分是甲烷）可用于發(fā)電或作為能源，即清潔

城市又作為能源；

2.對營養(yǎng)物的需求量少：好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厭氧

方法為（350~500）：5：1，相比而言對N、P的需求要小的多，因此厭氧處理時可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽。

3.產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低：繁殖慢；不需要曝氣

基于這些優(yōu)點(diǎn)，厭氧處理在食品、釀造、制糖等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但厭氧處理也存在缺點(diǎn)

2.厭氧法的缺點(diǎn)：

1．出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理：發(fā)酵分解有機(jī)物不完全；2．對溫度變化較為敏感：工業(yè)中需要設(shè)置進(jìn)水的控溫裝置，37℃。

3．厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感：但經(jīng)過毒物馴化處理的厭氧菌對毒物的耐受

力常常會極大地提高。

4.初次啟動過程緩慢,處理時間長：好氧處理體系的活性污泥或生物膜通常只需要

7天就可以培育成功，而厭氧處理體系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功

5．處理過程中產(chǎn)生臭氣和有色物質(zhì)：臭氣主要是SRB形成的具有臭味的硫化氫氣

體以及硫醇、氨氣、有機(jī)酸等的臭氣。同時硫化氫還會與水中的鐵離子等金屬離子反應(yīng)形成黑色的硫化物沉淀，使處理后的廢水顏色較深，需要添加后處理設(shè)施，進(jìn)一步脫色脫臭。

【第十三題：敘述高濃度有機(jī)廢水厭氧沼氣（甲烷）發(fā)酵理論及其微生物群落�！�

★3.厭氧活性污泥凈化廢水的作用機(jī)理（甲烷發(fā)酵理論與機(jī)制）：復(fù)雜污染物的厭氧降解過程可以分為四個階段水解階段、發(fā)酵階段（又稱酸化階段）、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段

1）水解階段、發(fā)酵階段：水解和發(fā)酵性細(xì)菌在細(xì)菌胞外酶的作用下大分子的有機(jī)

物（纖維素、淀粉等）水解為小分子的有機(jī)物（單糖）后再酵解為丙酮酸；將蛋白質(zhì)水解為氨基酸；脂質(zhì)水解為各種低級脂肪酸和醇。

第一階段的微生物是水解、發(fā)酵類性細(xì)菌群：梭狀芽孢桿菌、擬桿菌等酸化細(xì)菌吸

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收并轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物分泌到細(xì)胞外，產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨等。

2）產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸細(xì)菌把第一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步分解為乙酸和

氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)，這一階段的主導(dǎo)細(xì)菌是產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌。同時水中有硫酸鹽時，還會有硫酸鹽還原菌參與產(chǎn)乙酸過程。

3）產(chǎn)甲烷階段：乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被轉(zhuǎn)化為甲烷和

以及甲烷菌細(xì)胞物質(zhì)。經(jīng)過這些階段大分子的有機(jī)物就被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、氫氣、硫化氫等小分子物質(zhì)和少量的厭氧污泥。

微生物群落：是兩組生理不同的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群。①一組是將氫氣和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氫氣合成甲烷；②另一組是將乙酸脫羧生成甲烷和二氧化碳。或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解為甲烷。4）同型產(chǎn)乙酸階段

4.厭氧活性污泥的性質(zhì)和組成：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機(jī)雜質(zhì)形成的污泥顆粒。

呈灰色至黑色，

有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；顆粒厭氧活性污泥的直徑在0．5mm以上。

★微生物的組成主要有六種：從外到內(nèi)①將大分子水解為小分子的水解細(xì)菌②將小

分子的單糖、氨基酸等發(fā)酵為氫和乙酸的發(fā)酵細(xì)菌③氫營養(yǎng)型細(xì)菌和乙酸營養(yǎng)型古菌④利用H2和CO2合成CH4的古菌⑤厭氧原生動物。其中產(chǎn)甲烷絲菌是厭氧活性污泥的中心骨架

二、光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水

BOD5在10000mg/L以上的高濃有機(jī)廢水（濃糞便水、豆制品廢水、食品加工廢水、屠宰廢水等）可用有機(jī)光合細(xì)菌(PSB)處理。

因有機(jī)光合細(xì)菌只能利用脂肪酸等低分子化合物，所以，在有機(jī)光合細(xì)菌處理廢水之前，要用水解性細(xì)菌將碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)水解為脂肪酸、氨基酸、氨等物質(zhì)。這樣可得到較好的處理效果，BOD5去除率可達(dá)95%，甚至達(dá)98%。

微生物群落：營光能異養(yǎng)的光合細(xì)菌有紅螺菌科中的紅螺菌屬、紅假單胞菌屬和紅微菌屬。它們含有菌葉綠素a或b和類胡蘿卜素而呈紅色，在無氧條件下利用簡單有機(jī)物進(jìn)行光合作用；在黑暗中微量好氧和好氧的條件下進(jìn)行氧化代謝。可利用H2作為電子供體。【第十四題：含硫高濃度有機(jī)廢水一般有幾種處理方法？】三、含硫酸鹽有機(jī)廢水的厭氧微生物處理

1.工藝：預(yù)處理→脫硫酸根離子→厭氧消化→出水2.廢水特征：在發(fā)酵工業(yè)的廢水，如味精（即谷氨酸）廢水和賴氨酸廢水中含的硫酸根（SO42-）有200--30000mg/L，COD為60000--80000mg/L。

3.脫硫的功能：廢水中低濃度的SO42-可提供無機(jī)鹽，高的SO42-對微生物有毒害作用。高濃

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度的有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧消化處理的目的是產(chǎn)甲烷，然而，在有SO42-存在時，在硫酸還原細(xì)菌（SRB)和產(chǎn)甲烷細(xì)菌同時存在的條件下，爭奪氫，產(chǎn)甲烷細(xì)菌無法獲得H2，從而還原CO2為CH4。故在進(jìn)行甲烷發(fā)酵之前，要先降低SO42-到產(chǎn)甲烷菌能忍受的濃度后，再進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理。

除硫酸離子的措施：

化學(xué)法：可用化學(xué)法降低SO42-，加CaO和Ca(OH）2生成CaSO4沉淀可去除

SO42-，若加少量的FeCl3，效果更佳。

微生物法：去除SO42-的厭氧微生物處理方法是SRB法。是在氧化還原電位

極低（-250mV以下）的厭氧條件下，處理含高濃度SO42-的高濃度有機(jī)廢水。用硫酸還原細(xì)菌(SulfurReducingBacteria簡稱SRB)進(jìn)行硫酸還原作用（反硫化作用），以SO42-為最終電子受體，利用有機(jī)物作供氫體、將SO42-還原為H2S.從水中溢出。用盛有NaOH的吸收塔吸收H2S為Na2S，可作工業(yè)原料用。而廢水中的有機(jī)物可部分無機(jī)化。

第十章廢水深度處理和微污染水源水預(yù)處理中的微生物學(xué)原理11-1廢水深度處理--脫氮除磷與微生物學(xué)原理

天然水體中N、P的來源來源：城市生活污水、農(nóng)業(yè)施肥和噴灑農(nóng)藥、工業(yè)廢水（如化肥、石油煉廠、焦化、制藥、印染、洗滌劑等生產(chǎn)廢水）食品加工、禽畜糞便水等。脫N除P的目的：防治水體富營養(yǎng)化，防止藻類大量繁殖。

1.微生物脫氮工藝、原理及其微生物（★脫氮原理★）（1）微生物脫氮工藝

工藝：A/O、A2/O、A2/O2、SBR等既可去除COD和BOD，又可去除氨氮。也可去除磷�！铮�2）脫氮原理：分兩步：先進(jìn)行好氧硝化作用，后進(jìn)行缺/厭氧反硝化作用。

原理：脫氮首先利用設(shè)施內(nèi)好氧段經(jīng)硝化作用，由硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的硝化協(xié)

同作用，將NH3轉(zhuǎn)化為NO2----N和NO3----N。再利用缺氧段經(jīng)反硝化細(xì)菌將NO2----N（經(jīng)反亞硝化）和NO3----N-（經(jīng)反硝化）還原為氮?dú)猓∟2），溢出水面釋放到大氣，N2參與自然界物質(zhì)循環(huán)。水中含氮物質(zhì)大量減少，降低出水潛在危險性。

（3）硝化、脫氮微生物1、硝化作用段微生物

1）硝化細(xì)菌（亞硝化、硝化細(xì)菌）的特征：

①氧化氨的細(xì)菌（亞硝化細(xì)菌）：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：

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此外，高的光強(qiáng)度和高氧濃度都會抑制其生長，亞硝化細(xì)菌含淡黃至淡紅色素。種類：亞硝化細(xì)菌包括亞硝化單胞菌屬，亞硝化螺菌屬和亞硝化球菌屬等。②氧化亞硝酸細(xì)菌（硝酸細(xì)菌）：硝化菌包括硝化桿菌和硝化球菌等。

主要特征：：：：：：：：：：：：：：：：

③硝化過程運(yùn)行操作的關(guān)鍵指標(biāo)：a.泥齡(即懸浮固體停留時間SRT)：泥齡是重要的控制指標(biāo)，可通過排泥控制泥齡，一般控制在5d以上，泥齡要大于硝化細(xì)菌的生長速度。B．要供給足夠氧：溶氧量一般控制在1.2----2.0mg/L為宜。C．控制適度的曝氣時間（水力停留時間）普通活性污泥

的曝氣時間為46h，甚至8h（SBR法）

D．堿度：如果水中的堿不夠，需適當(dāng)投加NaHCO3維持堿

度，中和硝酸，緩沖酸堿度。

E．溫度：大多數(shù)的硝化細(xì)菌生長最適溫度為2530，

實(shí)際上他們的生長溫度范圍是較廣的。

2.反硝化作用段及細(xì)菌：1）反硝化細(xì)菌：（化能異養(yǎng)）反硝化細(xì)菌是所有能以NO3-為最終電子受體、利用低分子有

機(jī)物作為供氫體，將NO3-還原為氮?dú)獾募?xì)菌的總稱呼。

2）反硝化段的運(yùn)行操作：關(guān)鍵指標(biāo)有碳源（即電子供體或叫供氫體），ph（由堿度控制）、

最終電子受體NO3-和NO2-、溫度和溶解氧等。

3）反硝化類型：①傳統(tǒng)的反硝化生物化學(xué)反應(yīng)；②外源反硝化；③內(nèi)源反硝化（即硝化細(xì)

菌的內(nèi)源呼吸）；④厭氧氨氧化脫氮

3.微生物脫氮工藝的選擇（會繪制三種基本脫氮組合工藝的流程圖p330）1）微生物脫氮工藝（P330)

活性污泥法典型工藝A/O工藝（缺氧、好氧工藝）A/O脫氮工藝（倒置反硝化圖）脫氮原理

缺氧反硝化

細(xì)菌：反硝化細(xì)菌（兼性厭氧菌）

反應(yīng)：NO3-N反硝化還原為N2，溢出水面釋放到大氣碳源：原水中BOD

硝酸鹽來源：回流出水中的硝化產(chǎn)物好氧脫碳硝化

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脫碳氧化去除COD

脫碳菌好氧有機(jī)物呼吸的細(xì)菌，以有機(jī)物為碳源硝化菌好氧氨鹽呼吸的細(xì)菌，以碳酸鹽為碳源（NH4+→NO2-→NO3-)

提問：為什么先脫碳、后脫氮？

答硝化菌的碳源是脫碳菌的代謝產(chǎn)物；有機(jī)碳源豐富時，脫碳菌世代周期短生長迅速，硝化菌氧利用不足，生長緩慢；提問：硝化脫氮時有時需要補(bǔ)堿（NaHCO3)?

1）硝化作用消耗堿（NH4+、CO3-）生成了硝酸，水pH下降；2）補(bǔ)充碳源、升高pH

提問：硝化菌世代周期長，容易從活性污泥系統(tǒng)中被洗掉，如何解決？

方案：1）掛生物膜或投加懸浮填料2）定期投菌

★三、微生物除磷原理、工藝及其微生物

（BOD：N：P）100：5：1微生物除碳的同時吸收磷元素用以合成細(xì)胞物質(zhì)和合

成ATP等，但只去除污水中約19％左右的磷。某些高含磷廢水中殘留的磷還相當(dāng)高，故需用除磷工藝處理。

1．微生物除磷原理：某些微生物在好氧時不僅能大量吸收磷酸鹽（po43-）合成自身核酸和ATP，而且能逆濃度梯度過量吸磷合成貯能的多聚磷酸鹽顆粒（異染顆粒）于體內(nèi)，供其內(nèi)源呼吸用，這些細(xì)菌稱為聚磷菌。聚磷菌在厭氧時又能釋放磷酸鹽（PO43-）于體外，故可創(chuàng)造厭氧、缺氧和好氧環(huán)境，讓聚磷菌先在含磷廢水中厭氧放磷，然后在好氧條件下充分過量吸磷，然后通過排泥從廢水中除去部分磷，可以達(dá)到減少廢水中磷含量的目的。

好氧時：大量繁殖（消耗好氧狀態(tài)能源聚β-羥基丁酸（PHB）），逆濃度梯度過

量吸磷（貯備厭氧狀態(tài)能源多聚磷酸鹽顆粒(即異染顆粒)）；

厭氧時：正相反不繁殖，釋放磷酸鹽于體外（產(chǎn)生能量供其儲備消耗好氧狀態(tài)

能源PHB）。依靠聚磷菌（兼性厭氧菌）聚磷，再從水中除去這些細(xì)菌。聚磷菌是能吸收磷酸鹽，

并將磷酸鹽狙擊成多聚磷酸鹽貯存在細(xì)胞內(nèi)的一群微生物的統(tǒng)稱。聚磷的活性污泥是由許多好氧異養(yǎng)菌、厭氧異養(yǎng)菌和兼性厭氧菌組成，實(shí)質(zhì)是產(chǎn)酸菌（統(tǒng)稱）和聚磷菌的混合群體。

2.除磷的生物化學(xué)機(jī)制：

1）厭氧釋放的過程：產(chǎn)酸菌在厭氧或缺氧條件下將蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等大分子有機(jī)物，分解為三類可以快速降解的基質(zhì)（Sbs）：①甲酸、乙酸、丙酸等低級脂肪酸；②葡萄糖、甲醇、乙醇等；③丁酸、乳酸、琥珀酸等。聚磷菌在厭氧條件下，分解體內(nèi)的多聚磷酸鹽產(chǎn)生ATP,利用ATP以主動運(yùn)輸?shù)姆绞轿�收產(chǎn)酸菌提供的三類代謝產(chǎn)物（小分子有機(jī)物）進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)合成PHB。與此同時釋放出PO43-于環(huán)境中。2）好氧吸磷過程（關(guān)鍵）：聚磷菌在好氧條件下，分解機(jī)體內(nèi)的PHB和外源基質(zhì)，產(chǎn)生質(zhì)子驅(qū)動力（pmf）將體外的PO43-輸送到體內(nèi)合成ATP和核酸，將過剩的po43-聚合成細(xì)胞貯存物：多聚磷酸鹽（異染顆粒）。

★3.除磷工藝流程p335圖106和圖10---7（考試）四、用生物法處理廢水對水質(zhì)的要求

由于生物法中的各種微生物生長與水質(zhì)關(guān)系密切，因而必須控制適宜的水質(zhì)指標(biāo)以保證微生物能夠正常的生長和工作。

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10-2微污染水源水預(yù)處理中的微生物學(xué)原理一、微污染水源水預(yù)處理的目的和意義

微污染水源水：是受到有機(jī)物、氨氮、磷及有毒污染物較低程度污染的水源水。預(yù)處理目的：

①盡管污染物濃度低，但經(jīng)自來水廠原有的混凝、沉淀、過濾、消毒的傳統(tǒng)工藝處理后，未能有效去除污染物，只能去除20%～30%COD。

②致癌物的前體物如烷烴類殘留在水中，經(jīng)加氯處理后產(chǎn)生鹵代烴三氯甲烷和二氯乙酸等“三致”物。

③氨氮較高，導(dǎo)致供水管道中亞硝化細(xì)菌增生，促使NO2-濃度增高；

④殘留有機(jī)物還可能引起管道中異養(yǎng)菌孳生。導(dǎo)致飲用水中細(xì)菌不達(dá)標(biāo)，這種水被人飲用會危害人體健康。

二、水源水污染源和污染物

水源水污染源：是未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)灌溉和養(yǎng)殖業(yè)排放水。還

有未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的處理水。

污染物：有機(jī)物、氨氮、藻類分泌物、揮發(fā)酚、氰化物、重金屬、農(nóng)藥等。三、微污染水源水預(yù)處理預(yù)處理1、微生物預(yù)處理工藝

用以處理微污染水源水的工藝均采用膜法生物處理：有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、生物流化床等。

我國目前水源水預(yù)處理的主要目標(biāo)：有機(jī)物和氨氮。

通過硝化作用只將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。然后用反硝化將硝酸氮還原為氮?dú)庖绯鏊�中到大氣�?/p>

預(yù)處理的碳源：乙醇處理的方式：

水源水預(yù)處理→混凝→沉淀→快砂濾→慢砂濾→加氯消毒→清水貯罐→出水此方式可處理有機(jī)物和氨氮，此預(yù)處理可設(shè)在凈化工藝流程之前。2.水源水預(yù)處理的運(yùn)行條件

（1）微生物：微污染水源水是一個貧營養(yǎng)的生態(tài)環(huán)境，所以預(yù)處理都用生物膜法。（2）供氫體：可用低濃度的乙醇和糖。

（3）溶解氧：在大型生產(chǎn)中，由于水流量大，水力停留時間在1h左右，氣水比為1時，DO＞4mg/L以上，能滿足氧化有機(jī)物和硝化作用的需要。維持反硝化，DO＜0.2mg/L以

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下。

（4）水溫和pH：深圳水庫年平均水溫為23.6℃,PH=7。COD和氨氮的去除率隨水溫升高而提高，20℃以上處理效果好。

（5）該系統(tǒng)的處理效率：COD去除10%～30%，氨氮去除75％以上。10-4飲用水消毒的重要性：消滅病原微生物。

第十一章有機(jī)固體廢棄物與廢氣的微生物處置及其微生物群落（填空、選擇）11-2廢氣的生物處理一、廢氣的處理方法

方法：物理和化學(xué)方法，如吸附、吸收、氧化等；

生物凈化法:分為植物凈化法和微生物凈化法。

綠化：利用植物吸收和轉(zhuǎn)化大氣中的污染物，包括日益增多的CO2，植物吸收CO2進(jìn)行光合作用，放出O2清潔空氣。

微生物凈化法：可就地及時處理各種惡臭污染源的廢氣，如氨氣(NH3)、H2S、揮發(fā)性有機(jī)污染物等氣態(tài)污染物。主要方法：將氣態(tài)污染物溶于水中，再用微生物法處理，需補(bǔ)加營養(yǎng)。

微生物凈化法裝置：生物吸收池、生物洗滌池、生物滴濾池和生物過濾池等。其中生物過濾池應(yīng)用較多。

二幾種典型廢氣的微生物處理方法（一）廢氣中NH3和CO2的凈化

CO2大量排入大氣，對人體沒有直接毒害作用，但會引起“溫室效應(yīng)”，整個地球氣

候異常，溫度普遍升高。大量CH4和NH3排放入大氣也會引起“溫室效應(yīng)”。為此解決廢氣中的CH4、NH3和CO2非常必要。

單純含NH3或單純含CO2的廢氣可合在一起處理，調(diào)節(jié)兩者的比例用硝化細(xì)菌處理。

＋

首先將NH3溶于水成NH4-N，再通入生物滴濾池。同時按亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌要求的碳氮比通入CO2和無機(jī)營養(yǎng)鹽量，再通入空氣，即可運(yùn)行處理。亞硝化細(xì)菌和

＋

硝化細(xì)菌將NH4氧化成NO2-和和NO3-，同化CO2合成細(xì)胞物質(zhì)。

凈化CO2除需大力加強(qiáng)綠化、保護(hù)森林外，還可篩選對人類無害的、有經(jīng)濟(jì)價值的

藻類，同化CO2。藻類處理O2主要因素是陽光，必須保證一定的光強(qiáng)度和光照均勻度。

（二）廢氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物生物處理

廢氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物包括苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇類、醛類、酮類、脂肪酸等。揮發(fā)性有機(jī)污染物中有許多是“三致物”，凈化此類污染物受到人們高度的重視，成為目前研究的熱點(diǎn)。揮發(fā)性有機(jī)物的處理設(shè)備使用較多的是生物滴濾池法。

(1)工藝流程：廢氣先經(jīng)除塵、負(fù)荷調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)和濕度調(diào)節(jié)后，再進(jìn)生物滴濾池處理。(2)微生物菌種：降解揮發(fā)性有機(jī)污染物的微生物有細(xì)菌、放線菌和真菌。處理苯系有機(jī)污染物的細(xì)菌是黃桿菌屬、假單胞菌屬和芽孢桿菌屬。

（3）微生物對各種揮發(fā)性氣體的降解能力：根據(jù)廢氣的組成和特性，選擇合適的處理工藝和設(shè)備；

(4)運(yùn)行條件：溫度25～35℃,pH＝7～8,濕度為40%～60%，有的控制在95%以上。營養(yǎng)物的C:N:P＝200∶10∶1，有的按C∶N∶P＝100∶5∶1供給營養(yǎng)，氣體流速：500m3/h以下。

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期中測驗(yàn)

一、填空題（40分）

1.細(xì)胞質(zhì)膜按其化學(xué)主要組成為、。2.放線菌的菌絲可分為、、。

3.根據(jù)微生物利用能源不同可分為、。

4.按照培養(yǎng)基對微生物的功能和用途分為：、、、。5.營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式包括：、、、。6.電子傳遞系統(tǒng)，在原核微生物中位于；在真微生物位于。7.按照最終電子受體不同，生物氧化方式包括、、。二、單項(xiàng)選擇題（20分）

1.下列屬于后生動物的有（）a草履蟲；b酵母菌；c線蟲；d眼蟲

2.活性污泥處理良好時出現(xiàn)的有（）a變形蟲；b油滴蟲；c輪蟲；d草履蟲3.氧化塘中的細(xì)菌和藻類之間的關(guān)系為（）a偏害；b共生；c競爭；d互生4.化能自養(yǎng)型的微生物有（）a藍(lán)藻；b放線菌；c硝化細(xì)菌；d反硝化細(xì)菌5.乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)乳酸中最終電子受體為（）a丙酮酸；dO2；c乙醛；d乳酸三計(jì)算題（20分）

1.1mol葡萄糖經(jīng)酵母菌好氧呼吸消耗了0.5mol,然后厭氧發(fā)酵，通過呼吸鏈產(chǎn)生多少ATP?問整個過程凈得多少ATP?（有計(jì)算過程�。�

2.已知某時刻培養(yǎng)液中的大腸桿菌濃度為103個/ml，培養(yǎng)5h后，大腸桿菌的濃度為109個/ml，則大腸桿菌在該段時間內(nèi)繁殖多少代？其世代時間為多長？

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