《废水生物处理》第三章微生物生物化学共86页PPT资料
合集下载
(推荐)《废水生物处理技术》PPT课件
微生物生长方式 反应器类型
类型
好氧微生物 厌氧微生物 藻类 悬浮生长 附着生长 完全混合式 间隙式 流化床
方法举例
活性污泥法 厌氧污泥法 氧化塘 活性污泥法 生物膜法 混合式曝气池 SBR 好氧流化床
12
废水的分级处理
处理 级别
一级 处理
污染物质
悬浮或胶态固体、悬浮油 类、酸、碱
处理方法
沉淀、上浮、过滤、 混凝、中和
21
化学需氧量
► 由重铬酸钾法测定得出的化学需氧量，简称 为CODCr；CODCr测定中使用硫酸银作为催 化剂。
► 由高锰酸钾法测定得出的化学需氧量简称为 CODMn或高锰酸钾指数。
22
BOD>COD或 BOD<COD？
23
化学需氧量
► 由于强氧化剂对有机物的氧化作用比微生物 的生物氧化作用更强烈和彻底，因此废水的 COD一般总是大于BOD值。
COD BOD 总需氧量 细菌总数
总大肠菌群数 金属有毒有害物质 有机有毒有害物质
放射性物质 17
生化需氧量（Biological Oxygen Demand, BOD）
1BOL废D既水是中对有水机中污可染生物物在降好解氧有微机生成物分作的用下 进行间氧接化指分标解，时也所是消进耗行的生溶化解反氧应，需单氧位量是的 mg直/L接。反映，它是废水生物处理中最重要
4
水体的自净原理
物生化理物学净净净化化化 天天天然然然水水水体体体中的的的氧稀生化释物还、活原扩动、散过酸、程碱沉，反淀使应和污、挥染分发物解质、 的凝浓聚等度等作降作用低用，。，使特使污别污染重染物要物质的质的是的浓水存度中在降微形低生态。物发对生
有机变物化的和氧浓化度分降解低作。用。
类型
好氧微生物 厌氧微生物 藻类 悬浮生长 附着生长 完全混合式 间隙式 流化床
方法举例
活性污泥法 厌氧污泥法 氧化塘 活性污泥法 生物膜法 混合式曝气池 SBR 好氧流化床
12
废水的分级处理
处理 级别
一级 处理
污染物质
悬浮或胶态固体、悬浮油 类、酸、碱
处理方法
沉淀、上浮、过滤、 混凝、中和
21
化学需氧量
► 由重铬酸钾法测定得出的化学需氧量，简称 为CODCr；CODCr测定中使用硫酸银作为催 化剂。
► 由高锰酸钾法测定得出的化学需氧量简称为 CODMn或高锰酸钾指数。
22
BOD>COD或 BOD<COD？
23
化学需氧量
► 由于强氧化剂对有机物的氧化作用比微生物 的生物氧化作用更强烈和彻底，因此废水的 COD一般总是大于BOD值。
COD BOD 总需氧量 细菌总数
总大肠菌群数 金属有毒有害物质 有机有毒有害物质
放射性物质 17
生化需氧量（Biological Oxygen Demand, BOD）
1BOL废D既水是中对有水机中污可染生物物在降好解氧有微机生成物分作的用下 进行间氧接化指分标解，时也所是消进耗行的生溶化解反氧应，需单氧位量是的 mg直/L接。反映，它是废水生物处理中最重要
4
水体的自净原理
物生化理物学净净净化化化 天天天然然然水水水体体体中的的的氧稀生化释物还、活原扩动、散过酸、程碱沉，反淀使应和污、挥染分发物解质、 的凝浓聚等度等作降作用低用，。，使特使污别污染重染物要物质的质的是的浓水存度中在降微形低生态。物发对生
有机变物化的和氧浓化度分降解低作。用。
废水生物处理基本原理和主要微生物类群讲PPT课件
类型
外观
BIP
生物特征
1．有机物较少，BOD 和
1． 细菌数量减少，每毫
河
悬浮物含量低，溶解氧
升水只有几万个。
浓度升高；
2． 藻类大量繁殖，水生
流 流
β
-中污带
2．NH3 和 H2S 分别氧化为 N03— 和 S042-，两者含
8~20
植物出现。*** 3． 原生动物有固着型纤
量均减少。
毛虫如：独缩虫、聚缩
活性污泥和生物膜是微生物群体存在的形式
吸附作用——发生在微小粒子表面的一种物理化学的 作用过程。细菌表面一般带有负电，而废水中有机物颗粒 常带有正电，因此他们之间有很大的吸引力。活性污泥的 表面积比较大。对于水中的有机物颗粒，胶体物质有较强 吸附能力。
氧化作用——发生在微生物体内的一种生物化学的代谢
河
大 量 有 机 物 ， BOD
兼性厌氧菌种类多，数
高，溶解氧极低(或
量大，每毫升水含有几
流
无)，为厌氧状态。
亿个细菌。有能分解复
流
多污带
2．在 有 机 物 分 解 过 程 中，产生 H2S、C02 和
60~100
杂有机物的菌种，硫酸 还原菌、产甲烷菌等。
向
CH4 等气体。臭味。 3． 水 底 沉 积 许 多 由 有 机
曝气的过程除了供氧之外，还具有搅拌混合 的作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态， 并与废水充分接触混合。
一、活性污泥法 activated sludge process
实质：是在充分曝气供氧条件下， 以废水中有机污染物质作为底物，对活 性污泥进行培养，并将有机污染物无机 化的过程。
污水
初沉池
废水生物处理理论基础.ppt
的有机物和无机物（如有机酸、CO2、H2O等),再 被甲烷菌进一步转化为甲烷和CO2等，并释放能 量的过程。
❖ 按照代谢过程中受氢体的不同，又分为发酵和无氧呼吸。
➢ 发酵：指供氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终 受氢体是供氢体的分解中间产物（有机物）。发酵是一 种厌氧状态。
➢ 无氧呼吸：指以无机含氧化合物，如NO3-、NO2- 、SO42- 、 S2O32- 、CO2等代替分子氧作为最终受氢体的生物氧化作 用。无氧呼吸是一种缺氧状态。
第3篇 污水的生物处理法
第1章 第2章
第3章
第4章 第5章
污水生物处理理论基础 污水好氧生物处理（一） ——活性污泥法 污水好氧生物处理（二） ——生物膜法 污水厌氧生物处理 污水的自然生物处理
2020/5/2
1
第1章 废水生化处理理论基础
1.1 废水生化处理微生物基础 1.2 反应速度和酶促反应速度 L 1.3 微生物的生长动力学 L 1.4 废水的可生化性 L 1.5 废水生化处理方法概述 L
好氧分解代谢：是好氧微生物和兼性微生物 参与，在有溶解氧的条件下，将有机物分解 为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。在有 机物氧化过程中脱出的氢[H]是以氧作为受氢 体。通常称为有氧（好氧）呼吸。
2020/5/2
6
厌氧分解代谢：是厌氧微生物和兼性微生物参与，
在无溶解氧的条件下，将复杂有机物分解成简单
物、后生动物。
2020/5/2
3
主要内容:
微生物的新陈代谢 微生物的生长规律 微生物的生长环境
2020/5/2
4
二、微生物的新陈代谢
概念：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中
摄取营养物质，并通过复杂的酶催化反应，将其加以 利用，提供能量并合成新的生物体，同时又不断向外 界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖 下代而进行的各种化学变化称为新陈代谢。
❖ 按照代谢过程中受氢体的不同，又分为发酵和无氧呼吸。
➢ 发酵：指供氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终 受氢体是供氢体的分解中间产物（有机物）。发酵是一 种厌氧状态。
➢ 无氧呼吸：指以无机含氧化合物，如NO3-、NO2- 、SO42- 、 S2O32- 、CO2等代替分子氧作为最终受氢体的生物氧化作 用。无氧呼吸是一种缺氧状态。
第3篇 污水的生物处理法
第1章 第2章
第3章
第4章 第5章
污水生物处理理论基础 污水好氧生物处理（一） ——活性污泥法 污水好氧生物处理（二） ——生物膜法 污水厌氧生物处理 污水的自然生物处理
2020/5/2
1
第1章 废水生化处理理论基础
1.1 废水生化处理微生物基础 1.2 反应速度和酶促反应速度 L 1.3 微生物的生长动力学 L 1.4 废水的可生化性 L 1.5 废水生化处理方法概述 L
好氧分解代谢：是好氧微生物和兼性微生物 参与，在有溶解氧的条件下，将有机物分解 为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。在有 机物氧化过程中脱出的氢[H]是以氧作为受氢 体。通常称为有氧（好氧）呼吸。
2020/5/2
6
厌氧分解代谢：是厌氧微生物和兼性微生物参与，
在无溶解氧的条件下，将复杂有机物分解成简单
物、后生动物。
2020/5/2
3
主要内容:
微生物的新陈代谢 微生物的生长规律 微生物的生长环境
2020/5/2
4
二、微生物的新陈代谢
概念：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中
摄取营养物质，并通过复杂的酶催化反应，将其加以 利用，提供能量并合成新的生物体，同时又不断向外 界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖 下代而进行的各种化学变化称为新陈代谢。
水处理生物学ppt课件
◆ 菌体死亡速度大于繁殖速度。 ◆ 死亡菌＞活菌数。自溶。 内源呼吸，曲线下降。
应用： 一般不作应用
精选编辑ppt
11
（2）以活细菌重量变化绘制的生长曲线 生长率上升阶段（对数生长阶段） 适应期、对数期 初：菌体个数不增加，菌体体积增大 后：生长率达最高，分解速率最大。 食料：供 〉求
精选编辑ppt
膜不让细菌流出。滤菌。将膜放在固体培养基表面 培养。计数类似平板计数法。
精选编辑ppt
4
（3）重量法 测定细胞干重 离心法，过滤法。 105℃~110℃干燥。 水处理构筑物内细菌生长量常采用该法。 做法：取一定体积的待测污泥样品，放于蒸发皿中
干燥，然后称重。 活性污泥法中采用的指标是混合液悬浮固体
的温度下培养，并定时取样测定活细菌的数目和重量的 变化，以活细菌个数的对数或活细菌重量为纵坐标，以 培养时间为横坐标作图，所得的曲线即为细菌的生长曲 线。
这种培养方式为间歇培养或分批培养。
精选编辑ppt
6
（1）以活细菌数目的对数绘制的生长曲线 适应期 对数期 稳定期 衰亡期
精选编辑ppt
7
适应期（缓慢期） lag phase 特点：
初：细菌数目不增加，体积增长快。 后：个别菌体繁殖，个数少许增加。 曲线平缓。大量诱导酶的合成。
应用： 缩短此期，提高设备利用率 用处于对数期的活性污泥接种
精选编辑ppt
8
对数期 log phase 特点：
分裂快，数目增多； 活菌数 ≈总菌数； 曲线直线上升。 此时细胞的大小、组成、生理特征等均趋于一 致，代谢活跃，生长速率高，代时稳定。 应用： ➢ 接种用的好种子 ➢ 代谢、生理研究的好材料
14
三、细菌的生长曲线和废水生物处理的关系 （1）大多数活性污泥处理系统运行范围是：
应用： 一般不作应用
精选编辑ppt
11
（2）以活细菌重量变化绘制的生长曲线 生长率上升阶段（对数生长阶段） 适应期、对数期 初：菌体个数不增加，菌体体积增大 后：生长率达最高，分解速率最大。 食料：供 〉求
精选编辑ppt
膜不让细菌流出。滤菌。将膜放在固体培养基表面 培养。计数类似平板计数法。
精选编辑ppt
4
（3）重量法 测定细胞干重 离心法，过滤法。 105℃~110℃干燥。 水处理构筑物内细菌生长量常采用该法。 做法：取一定体积的待测污泥样品，放于蒸发皿中
干燥，然后称重。 活性污泥法中采用的指标是混合液悬浮固体
的温度下培养，并定时取样测定活细菌的数目和重量的 变化，以活细菌个数的对数或活细菌重量为纵坐标，以 培养时间为横坐标作图，所得的曲线即为细菌的生长曲 线。
这种培养方式为间歇培养或分批培养。
精选编辑ppt
6
（1）以活细菌数目的对数绘制的生长曲线 适应期 对数期 稳定期 衰亡期
精选编辑ppt
7
适应期（缓慢期） lag phase 特点：
初：细菌数目不增加，体积增长快。 后：个别菌体繁殖，个数少许增加。 曲线平缓。大量诱导酶的合成。
应用： 缩短此期，提高设备利用率 用处于对数期的活性污泥接种
精选编辑ppt
8
对数期 log phase 特点：
分裂快，数目增多； 活菌数 ≈总菌数； 曲线直线上升。 此时细胞的大小、组成、生理特征等均趋于一 致，代谢活跃，生长速率高，代时稳定。 应用： ➢ 接种用的好种子 ➢ 代谢、生理研究的好材料
14
三、细菌的生长曲线和废水生物处理的关系 （1）大多数活性污泥处理系统运行范围是：
废水生物处理-第三章微生物生物化学.ppt
9
2021/2/10
第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。
引起蛋白质变性的因素很多，热（60～70℃）、酸、碱、有机溶剂（如 乙醇、丙醇）、光（X射线、紫外线）、尿素、高压等均可引起蛋白质的变 性。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
6
2021/2/10
第三章 微生物生物化学
2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
5
2021/2/10
第三章-水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理
处理及其微生物群落
堆肥法
●堆肥法、堆肥化和堆肥
堆肥化使依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌 和真菌等微生物，有控制地促进可生物降解的 有机物向稳定的腐殖质转化的过程。堆肥是堆 肥化的产品。堆肥是优质的土壤改良剂和农肥。 堆肥法就是利用堆肥化过程来处理城市的生活 垃圾及其他有机固体废弃物的方法。
●好氧堆肥
甲烷发酵理论与机制
甲烷发酵理论与机制（四阶段理论）
第一阶段：水解和发酵性细菌群 将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；
将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；将脂类水解为各 种低级脂肪酸和醇，如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、 二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。 第二阶段：产氢和产乙酸细菌群 把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。 第三阶段：两组生理特性不同的专性厌氧的产甲烷菌群 一组将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另 一组是将酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基 胺裂解为甲烷。 第四阶段：同型产乙酸细菌 将氢气和二氧化碳转化为乙酸。 厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质 交织在一起形成的颗粒污泥。 厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等性质，与 厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。
去除的方法有，化学法：加CaO和Ca(OH)2生 成CaSO4沉淀，若加少量的FeCL3，效果更佳。
厌氧微生物方法：用SBR法，利用在厌 氧条件下，硫酸盐还原菌发生反硫化作 用，以SO42-为最终电子受体，利用有机 物为供氢体，将SO42-还原成H2S从水中 溢出。
第四节 有机固体废弃物的微生物
2.2好氧生物膜的净化作用原理
2.3好氧生物膜中的培养
自然挂膜法 活性污泥挂膜法 优势菌种挂膜法
堆肥法
●堆肥法、堆肥化和堆肥
堆肥化使依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌 和真菌等微生物，有控制地促进可生物降解的 有机物向稳定的腐殖质转化的过程。堆肥是堆 肥化的产品。堆肥是优质的土壤改良剂和农肥。 堆肥法就是利用堆肥化过程来处理城市的生活 垃圾及其他有机固体废弃物的方法。
●好氧堆肥
甲烷发酵理论与机制
甲烷发酵理论与机制（四阶段理论）
第一阶段：水解和发酵性细菌群 将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；
将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；将脂类水解为各 种低级脂肪酸和醇，如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、 二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。 第二阶段：产氢和产乙酸细菌群 把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。 第三阶段：两组生理特性不同的专性厌氧的产甲烷菌群 一组将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另 一组是将酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基 胺裂解为甲烷。 第四阶段：同型产乙酸细菌 将氢气和二氧化碳转化为乙酸。 厌氧活性污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质 交织在一起形成的颗粒污泥。 厌氧活性污泥的微生物种类、组成、结构及污泥颗粒等性质，与 厌氧消化处理的效果好坏有很大关系。
去除的方法有，化学法：加CaO和Ca(OH)2生 成CaSO4沉淀，若加少量的FeCL3，效果更佳。
厌氧微生物方法：用SBR法，利用在厌 氧条件下，硫酸盐还原菌发生反硫化作 用，以SO42-为最终电子受体，利用有机 物为供氢体，将SO42-还原成H2S从水中 溢出。
第四节 有机固体废弃物的微生物
2.2好氧生物膜的净化作用原理
2.3好氧生物膜中的培养
自然挂膜法 活性污泥挂膜法 优势菌种挂膜法
废水生物处理原理PPT课件
第三节 病 毒
• 病毒 没有细胞结构的唯一的微生物，大多数为
核酸与蛋白质组成的大分子，只含有DNA
或RNA一种类型的核酸。
细菌的生 理
第四节 细菌的成分
• 细菌生长所必需的营养物必须包含该细胞 的细胞物质中所含的元素，以及酶的活力 及运输系统所必须的元素。 • 细菌所含的主要生物元素： C、O、N、P、 S、K、Na、Mg、Ca、Cl、Fe等 根据主要元素占细菌干重的比例，判断 水质中含有的主要元素含量是否满足细菌 生长需要量。 • 细菌所含的次要生物元素： Zn、Mn、Cu、 Co等
旺盛的生命力
生命力较差
氧化分解有机物能力 氧化分解有机物能力 强 弱 为了使废水处理达到较好的效果，要求菌胶团 结构紧密，吸附、沉降性能良好。
细菌种类
假单胞 菌属 动胶 菌属 产碱 杆菌属 黄杆 菌属 芽孢 杆菌属
埃希氏 菌属
微球 菌属
葡萄球 菌属
兼性厌氧化能异养型 细菌。可分解蛋白质。
需氧性细菌。细菌中 较大的菌属，在土壤 和水体中极常见。 有的能够利用硝酸盐 通过厌氧呼吸进行反 硝化。
不少抗生素是由放线菌产生
放线菌中的诺卡氏菌属有分解无机氰化物和烃类 化合物的能力，在处理含烃类和无机氰化物的废 水中起重要作用。 蓝细菌
有时列入藻类，也称为蓝藻。细胞结构为原 核。
水处理中的 微生物
第二节 真核细胞微生物
• 真核细胞生物 细胞核化程度较高，有核膜和核仁。 原生动物：单细胞动物 常被用作系统的指示生物（主要用于城 市污水）。 其作用主要在于吞噬细菌——控制细菌 的增殖速度，保持微生物群体的生态平 衡。 还可直接吞食废水中的固体有机物，吸
真核细胞微生物
病毒（噬菌体）
【环境课件】第三章 污水的生物处理
• 二级处理(secondary treatment) 又 称生物处理(biological treatment)
主要利用构筑物内或特定外境中的微 生物去除水中溶解的或胶体状态的有 机物;
去除80％~95％的BOD5，使城市污 水BOD5下降到30mg/L以下。
• 三级处理(tertiary ) 又称高级处 理(advanced treatment)
解决办法
(1) 改进污水处理工艺 – 推流式一般不容易发生膨胀， – 完全混合法易发生膨胀，采用间 歇式进水可抑制膨胀发生。
– 活性污泥饥饿可抑制丝状菌的增 长：菌胶团形成菌贮存能力高， 丝状菌贮存能力低。
解决办法
(2) 分析污泥膨胀原因，改变运行条件
– 废水中含硫化物较高引起硫发菌繁衍造 成的，预曝气氧化除去硫化物，降低了 硫发菌的含量，可消除膨胀；
• 当活性污泥性质发生变化时，不易沉降， 絮凝物随水漂流，致使出水BOD增高。 这一现象称为污泥膨胀(sludge bulking)，
2、引起污泥膨胀的原因和条件
（1）污泥膨胀类型 • 有丝状菌性膨胀和非丝状菌性膨胀两种
① 非丝状菌膨胀 – 因高黏性物质大量积累而引起的膨胀。 – 低温季节容易产生，出现这种污泥膨胀
导致产生丝状菌性膨胀的微生物
• 球衣菌(Sphaerotilus) • 贝日阿托氏菌
(Beggiatoa) • 硫发菌(Thiothrix) • 诺卡氏菌(Nocardia) • 芽孢杆菌(Bacillus)
• 假单胞菌(Pseudomonas) • 黄杆菌(Flavobacterium) • 地霉(Geotrichum) • 木霉(Tricboderma) • 丝状的酵母
附着在菌胶团上或与之交织在一起，成 为活性污泥的骨架。
废水生物处理》第三章微生物生物化学演示课件
2
09.10.2020
第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分 §3.2 细菌的营养与生长环境 §3.3 细菌的生物催化剂—酶 §3.4 分批培养物的生长规律 §3.5 细菌的呼吸与生物氧化 §3.6 微生物的需氧代谢 §3.7 微生物的厌氧代谢 §3.8 微生物的生物合成
1
09.10.2020
第三章 微生物生物化学
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
ห้องสมุดไป่ตู้
代表细菌
H2O
CO2
H2S，S，H2
CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
8
09.10.2020
第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
7
09.10.2020
第三章 微生物生物化学
§3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型
营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活 动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。
1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键， 分为光能自养型、光能异养型。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引起蛋白质变性的因素很多，热（60～70℃）、酸、碱、有机溶剂（如 乙醇、丙醇）、光（X射线、紫外线）、尿素、高压等均可引起蛋白质的变 性。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
5
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
Hoover提出废水处理中，通常用实验式C5H7O2N来代表细菌的有机组成 部分。如果考虑磷，则通常为C60H87O23N12P。
2
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
➢ 2 细菌的大分子组成 1）蛋白质（约占52.4%）：分为两种，一种是结合蛋白，如糖蛋白、脂
蛋白、核蛋白等；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要分布于细胞质中。 各种蛋白质的氮含量都接近于16%，所以可以根据样品的总氮量估算蛋白质 含量，1g氮含量相当于6.25g 蛋白质含量。
各种蛋白质的元素组成很近似，都含有C、H、O、N等元素，大部分蛋 白质还含有S。一般蛋白质的平均组成见表3-2。
表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
7
23
16
1
3
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
蛋白质的重要性质：蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能 透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。蛋白质的分子结构 和组成它们的氨基酸的性质是分不开的。
1
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2Βιβλιοθήκη H2S，S，H2CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
7
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
核酸分为DNA和RNA，占RNA总量5%的mRNA起着传递遗传信息到蛋 白质合成基地的作用；约占RNA总量10% ～15%的tRNA在蛋白质合成时起 着运转氨基酸到核糖体和翻译的作用；核糖体（简称rRNA）约占80%，与 蛋白质特殊构象的聚合有关。
90%的RNA存在于细胞质内，10%在细胞核内。而DNA主要存在于细胞 核的染色体内。
碳源 有机物 有机物 有机物 有机物
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
4
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分 或者全部丧失的现象，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质分子相互凝聚为 固体的现象称为凝固。
6
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
§3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型
营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活 动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。
1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键， 分为光能自养型、光能异养型。
类型 光能自养型 光能异养型
化能营养细菌的类型见表3-4。
10
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
11
2）化能营养
类型 化能有机营养
化能无机营养
表3-4 化能营养细菌类型
电子供体 有机物 有机物 有机物 有机物
H2 H2S H2S Fe2+ NH3 NO2H2 H2
电子受体
O2 NO3SO42有机物
O2 O2 NO3O2 O2 O2 CO2 CO2
9
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌， 它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在 缺氧时可将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体。 主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙 酸菌。
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
8
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。
因此，当清洗带有血渍的衣服时，不宜用热水清洗。
5
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
2）核酸和核苷酸（约占20%）：是构成微生物细胞核中染色体及细胞 质内核糖体和质粒的主要成分，在微生物遗传变异和蛋白质生物合成中具 有特殊重要功能。
Hoover提出废水处理中，通常用实验式C5H7O2N来代表细菌的有机组成 部分。如果考虑磷，则通常为C60H87O23N12P。
2
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
➢ 2 细菌的大分子组成 1）蛋白质（约占52.4%）：分为两种，一种是结合蛋白，如糖蛋白、脂
蛋白、核蛋白等；另一种为溶解性的单纯蛋白质，主要分布于细胞质中。 各种蛋白质的氮含量都接近于16%，所以可以根据样品的总氮量估算蛋白质 含量，1g氮含量相当于6.25g 蛋白质含量。
各种蛋白质的元素组成很近似，都含有C、H、O、N等元素，大部分蛋 白质还含有S。一般蛋白质的平均组成见表3-2。
表3-2 蛋白质的元素组成
组成元素
C
H
O
N
S
含量/%
53
7
23
16
1
3
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
蛋白质的重要性质：蛋白质是大分子物质，在水中形成胶体溶液，不能 透过半透膜，能与水结合，在分子周围形成一层水膜。蛋白质的分子结构 和组成它们的氨基酸的性质是分不开的。
1
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
细菌和其他微生物细胞物质组成：大分子占95%以上，低分子有机物及 盐分约占3%。其代表组成如下表3-1。
表3-1 微生物大分子组成
大分子 蛋白质
多糖 类脂 RNA DNA 总计
含量所占百分数 52.4% 16.6% 9.4% 15.7% 3.2% 97.3%
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
代表细菌
H2O
CO2Βιβλιοθήκη H2S，S，H2CO2
蓝细菌（含叶绿素） 着色细菌 绿细菌
各种有机物 有机物
红螺菌科 （Rhodospirillum）
7
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
光能营养菌（photoautotrophic bacteria），在利用CO2进行生长时，它们 需要电子供体，以便将CO2还原为细胞物质。光能自养菌通常用的电子供体 是各种无机化合物，有些是分子氢或还原性硫化物。
核酸分为DNA和RNA，占RNA总量5%的mRNA起着传递遗传信息到蛋 白质合成基地的作用；约占RNA总量10% ～15%的tRNA在蛋白质合成时起 着运转氨基酸到核糖体和翻译的作用；核糖体（简称rRNA）约占80%，与 蛋白质特殊构象的聚合有关。
90%的RNA存在于细胞质内，10%在细胞核内。而DNA主要存在于细胞 核的染色体内。
碳源 有机物 有机物 有机物 有机物
有些光能营养菌能利用有机物在光照条件下生长，这时还原反应的电子 供体是有机物，这类细菌称为光能有机营养菌，它们要求的碳源是有机化 合物而不是CO2，因而又叫光能异养菌。
光合细菌（photosynthetic bacteria 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和 氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以 使洗毛废水BOD的去除率达98%。
首先，蛋白质与氨基酸类似，也是一种两性电解质。组成蛋白质的天然 氨基酸主要有20种，所以蛋白质中所含氨基酸种类和数目众多，且有支链， 分子中离解基很多，是多价电解质。因此蛋白质在不同pH溶液中可为正离 子、负离子或两性离子。
4
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
其次，蛋白质存在变性现象。当蛋白质受物理或化学因素的影响，其分 子内部原有的高度规则性的空间排列发生变化，以致其原有性质发生部分 或者全部丧失的现象，称为蛋白质的变性。变性的蛋白质分子相互凝聚为 固体的现象称为凝固。
6
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
§3.2 细菌的营养与生长环境
➢ 1 细菌营养类型
营养物质的作用不仅仅在于为细菌提供生物元素，而且还为细菌生命活 动提供能源。可分为光能和化能两种营养类型。
1）光能营养：利用光和作用机构，将光能转化为ATP的高能磷酸键， 分为光能自养型、光能异养型。
类型 光能自养型 光能异养型
化能营养细菌的类型见表3-4。
10
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
11
2）化能营养
类型 化能有机营养
化能无机营养
表3-4 化能营养细菌类型
电子供体 有机物 有机物 有机物 有机物
H2 H2S H2S Fe2+ NH3 NO2H2 H2
电子受体
O2 NO3SO42有机物
O2 O2 NO3O2 O2 O2 CO2 CO2
9
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌， 它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在 缺氧时可将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚硝酸盐或氨等作为电子供体。 主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙 酸菌。
第三章 微生物生物化学
§3.1 细菌的成分
➢ 1 细菌的元素组成 细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约
占10%）。 微生物细胞的化学组成随种类、培养条件和生长阶段的不同而有明显差
异。通常细菌的元素组成有：生物元素C、O、N、H、P、S、Fe等元素约 占90%～97%，另有次要生物元素Zn、Mn等在细菌代谢过程中仍然不可或 缺。
8
30.04.2020
第三章 微生物生物化学
2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一 种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可 以是菌体内的氧、硝酸盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有 机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间 体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。