环境微生物第五章微生物生长繁殖与生存因子
合集下载
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)。
➢ 开始积累代谢产物; ➢ 菌胶团已形成; ➢ 吸附、氧化还原、沉降性能较好。
4、衰亡期（内源代谢期）
➢ 特点：
➢ 菌体以储存物质及死菌为营养，死亡 率逐渐增加，活菌数目急剧下降；
➢ 细胞呈现各种形态，细胞出现老化， 自溶，异形胞；
➢ 有的细菌形成芽孢
（二）连续培养
➢ 恒浊连续培养
➢培养液中细菌浓度恒定（浊度恒定） ➢常用于发酵工业
——一种微生物的代谢产物对另一种或另
一类微生物生长不利，或杀死或抑制对方。
➢特异性拮抗
微生物间 的化学战术
➢非特异性拮抗
——地盘战
五、竞争关系 ——不同的微生物种群在同一环境中，
对食物等营养、溶解氧、空间和其 他共同要求的物质互相竞争，互受 到不利影响。
六、捕食关系
本章重点
微生物生长曲线的四个时期及特点 生长曲线在废水生物处理中的应用 温度、PH、Eh、DO与微生物的关系 微生物之间的相互关系
➢稀释率
➢营养物浓度
细菌流出量
➢稀释率 ➢恒化器中细菌的浓度
稀释率
➢ 除SBR(Sequencing Batch Reactor)法外, 污水生物处理大多采用恒化连续培养
➢ 连续培养中微生物的生长状态和规律相 当于分批培养中生长曲线的某一生长阶 段
➢ 食微比（F/M)决定了不同的运行模式在生长 曲线上是一点或一线段。
➢ 恒化连续培养
➢营养成分恒定（恒定流速） ➢常用于污水生物处理 ➢稀释率（D）=流量/体积（h-1）
新鲜的培养液 空气
控制流速的阀门
培养液
含微生物 的流出物
——
连 续 培
恒 化 器
养 用 的 装
置
恒化器中稀释率与静止期细菌浓度的关系 P170
恒化器中细菌浓度
营养物质
➢ 恒化器中细菌生长速率
浓度
图6－3 推流式曝气池
推流式曝气池
二、 生长曲线在废水生物处理 中的应用 P171
➢ 接种、驯化阶段——处于停滞期 ➢ 高负荷活性污泥法——处于对数期
➢常规活性污泥法—— 处于静止期？
➢ 延时曝气法、污泥减容——处于内源代 谢期
活性污泥法的基本工艺流程
进水 初沉池
曝气池
二沉池 出水
污泥
回流污泥
➢专性厌氧：不能有氧存在（没有过 氧化氢酶）
➢耐氧厌氧：不利用氧也不中毒（具 有氧化物歧化酶）
4 应用
生物处理系统中,利用混合菌群按一定 比例同时存在的好处
不同DO条件下,不同菌种发挥优势 各菌种间相互竞争、制约、互惠、协
调
五、紫外线对微生物的影响
UV(200~400)nm
UVC(200~280nm) UVB(280~320nm) UVA(320~400nm)
本章作业
➢ P200：1、6 ➢ 补充： 1. 细菌的生长曲线可分为哪几个时期?各时期的细菌
生长各有什么特点? 2. 如何用生化法处理pH=4的废水？ 3. 假设从t0到tx的24h内细菌处于对数增长期。t0时
的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当的 温度条件下培养24h后，再测tx=24h的细菌总数 为1017CFU/mL，计算世代时间G。
化
硝
酸
细
酸
细
菌
细
菌
菌
二、共生关系
——不能单独生活相的依微为生物命共同生活后，各
自执行优势的生理分功工能，协在作营养上互为有利 所组成的共生体。难分难解
➢地衣(真菌与藻类的共生体)
三、寄生关系
——一种微生物生活在另一种微生物体内，从
中摄取营养才得以住生别长繁人殖的。家 吃别人的粮食 使别人受害
四、偏害关系（拮抗关系）
或互相创造有利条件。
➢ 一种微生物的生命活动抑制或损害、杀害 另一种微生物的生命活动。
一、互生关系（原始共生、原始合作关系）
——可单独生活的两种微生物共同生活在 一起，一方为另一方提供有利条件或双 方互为有利。
可分可合， 合比分好
氧化塘中的细菌与藻类
➢ 好氧固氮菌与纤维素分解菌
➢含N有机物→氨 NH3-N →亚NO2- 硝→ NO3-
➢湿热灭菌
➢间歇灭菌法 ➢高压蒸汽灭菌法
6、低温的抑菌作用
➢ 通常﹤5℃细菌代谢受阻呈休眠状态，只能维 持生命而不发育。
➢ 百度文库存菌种： 4℃冰箱保存 冷冻真空干燥保存
二、微生物与pH 1、微生物对pH的要求
➢ 放线菌最适pH7～8 ➢ 大多数细菌、藻类、原生动物最
适pH 6.5～ 7.5 ➢ 酵母菌、霉菌最适pH3～6 ➢ 氧化硫硫杆菌最适为pH3
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
§1 微生物的生长繁殖
➢ 生长——同化作用大于异化作用，微生物细胞质量 或数量的增长。
➢ 繁殖——微生物个体数量的增加。 ➢ 发育——从生长到繁殖这个由量变到质变的过程 。 ➢ 世代时间——细菌两次细胞分裂之间的时间。
一、研究微生物的生长的方法
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，保持一定温度、pH和溶解 氧量。培养基一次加入，不予补充，不再更换。
思考题
分批培养和连续培养在提供营养条件方面有什么区 别?这种区别造成微生物的生长状态的何种不同?
细菌的生长曲线可分为哪几个时期?各时期的细菌生 长各有什么特点?
不同的生化法运行模式在生长曲线上是一点或一线 段取决于什么?
活性污泥运行系统往往采用细菌生长曲线的哪个时 期?为什么?
恒化器中的控制因素是什么?
连续培养
——在恒定容积的流动系统中培养微生物，以一定流 速不断加入新的培养基，又以相同的流速流出培养 物，使系统中细胞数量和营养状态保持稳定。 ➢ 恒浊器 ➢ 恒化器
（一）分批培养的细菌生长曲线
1、停滞期 加速期 2、对数期 3、减速期 静止期 4、衰亡期
1、停滞期（适应期）
➢ 特点：
➢ 细菌一部分生长，一部分死亡。细菌数基本不增加， 生长速率接近于零；
➢ 合成代谢活跃，核糖体，酶类和ATP合成加快，易产 生诱导酶；
➢ 对外界不良条件反应敏感。 ➢ 影响停滞期时间长短的因素：
➢ 接种量 ➢ 接种菌龄 ➢ 营养
2、对数期（指数期）
➢ 特点：
➢ 底物分解速度快，生长速率最大，群体菌龄小， 世代时间最短；
➢ 菌体内各种成分最为均匀； ➢ 酶系活跃，代谢旺盛，繁殖快，活性大 。 ➢ 菌体的菌胶团尚未形成，污泥沉降性能差。
➢ Eh受代谢产物影响很大
四、微生物与DO 1、 好氧菌（需充足DO）
➢ 供氧不足，絮体内部会缺氧 ➢ DO过高（高于0.2atm ），会中毒 ➢ 供氧方式：机械搅拌、鼓风曝气等
2、兼性厌氧菌 （既有氧化酶又有脱氢酶）
酵母菌： ➢好氧呼吸 ➢厌氧呼吸
产物：CO2+H2O 产物：乙醇+ CO2
3、厌氧菌
2、 极端pH对微生物的影响 P191
➢ 引起微生物体表电荷改变，影响营养吸收
➢ 引起培养基中有机化合物离子化作用
CH3COOH ➢ 酶有其最适pH
CH3COO-+H+
➢ 过高过低pH都会降低微生物对高温的抵抗力
3 、 PH与微生物代谢产物的关系
酸性发酵（产生CO2）→碱性发酵（产生NH3）
4、 应用
剩余污泥
A/B/C活性污泥法处理工艺
调节池出水
高 负 荷
沉淀池
中
等
低
负
负
荷
荷
A/B/C曝气池
污泥回流
四、微生物生长量的测定方法
➢测定微生物总数
➢ 记数器直接计数 ➢ 染色涂片计数 ➢ 比浊法测定细菌悬液浓度
➢测定活细菌数
➢稀释培养计数 ➢薄膜过滤计数 ➢平板菌落（CFU）计数
➢计算生长量
➢测细胞干重法 ➢测细胞含氮量确定细胞浓度 ➢DNA的测定算出细菌浓度 ➢生理指标法
2、高温灭菌的原因
➢ 蛋白质核酸不可逆失活 ➢ 细胞膜上的脂类受热溶解
3、高温灭菌的指标
➢致死温度——10分钟内杀死微生物 所需的最低温度
➢致死时间——某一温度下杀死微生 物所需的最短时间
4、高温灭菌的影响因素
➢种类 ➢生理状态（菌龄） ➢有无芽孢 ➢含水量
5、高温灭菌的方法
➢干热灭菌（耐热物品）：灼烧、烘箱
G tx t0 n
世代时间（G）的计算
P166、167
Nx N0 2n
G tx t0 n
n lg Nx lg N0 0.301
G 0.301(tx t0 ) lg N x lg N0
G=1/k，k——生长速率常数（代/h）
3、减速生长期（静止期）
➢ 特点：
➢ 细菌的生长速率逐渐下降甚至到零，新生菌数 =死亡菌数，菌体产量达到最高点，活菌数达 到最高峰；
➢紫外线的杀菌作用 260nm处杀菌力 最强
➢紫外线的穿透力极差
六、其它因素
➢ 化学物质对微生物的影响
➢ 重金属 ➢ 强氧化剂 ➢ 有机化合物
➢ 渗透压微生物的影响
➢ P太高，细胞失水，质壁分离死亡 ➢ P太低，细胞吸水，膨胀而破裂
§3微生物之间的相互关系
可概括为： ➢ 一种微生物为另一种微生物创造有利条件
过低pH的废水（会导致污泥上浮）： P178
➢ 预处理 ➢ 用酵母菌、霉菌来处理
三、微生物与氧化还原电位(Eh)
➢ 不同微生物对Eh的要求
➢ 好氧菌
Eh=+300～ 400mv
➢ 兼性厌氧菌 ➢ 专性厌氧菌
Eh=+100mv左右 Eh=-200～ -250mv
➢ Eh与PH的关系
Φ= Φ0-0.0592 PH/n
§2 微生物的生存因子
灭菌——用物理的、化学的因素将所有微生 物的营养细胞、芽孢、孢子全部杀死。
消毒——用物理的、化学的因素杀死营养细 胞或一部分芽孢。
防腐——抑制微生物生长繁殖的方法。
一、微生物与温度的关系
1、微生物生长的温度范围
➢嗜冷菌 5-10℃ ➢嗜中温菌 25-40℃ ➢嗜热菌 50-60℃ ➢嗜超热菌 70-105℃
4、衰亡期（内源代谢期）
➢ 特点：
➢ 菌体以储存物质及死菌为营养，死亡 率逐渐增加，活菌数目急剧下降；
➢ 细胞呈现各种形态，细胞出现老化， 自溶，异形胞；
➢ 有的细菌形成芽孢
（二）连续培养
➢ 恒浊连续培养
➢培养液中细菌浓度恒定（浊度恒定） ➢常用于发酵工业
——一种微生物的代谢产物对另一种或另
一类微生物生长不利，或杀死或抑制对方。
➢特异性拮抗
微生物间 的化学战术
➢非特异性拮抗
——地盘战
五、竞争关系 ——不同的微生物种群在同一环境中，
对食物等营养、溶解氧、空间和其 他共同要求的物质互相竞争，互受 到不利影响。
六、捕食关系
本章重点
微生物生长曲线的四个时期及特点 生长曲线在废水生物处理中的应用 温度、PH、Eh、DO与微生物的关系 微生物之间的相互关系
➢稀释率
➢营养物浓度
细菌流出量
➢稀释率 ➢恒化器中细菌的浓度
稀释率
➢ 除SBR(Sequencing Batch Reactor)法外, 污水生物处理大多采用恒化连续培养
➢ 连续培养中微生物的生长状态和规律相 当于分批培养中生长曲线的某一生长阶 段
➢ 食微比（F/M)决定了不同的运行模式在生长 曲线上是一点或一线段。
➢ 恒化连续培养
➢营养成分恒定（恒定流速） ➢常用于污水生物处理 ➢稀释率（D）=流量/体积（h-1）
新鲜的培养液 空气
控制流速的阀门
培养液
含微生物 的流出物
——
连 续 培
恒 化 器
养 用 的 装
置
恒化器中稀释率与静止期细菌浓度的关系 P170
恒化器中细菌浓度
营养物质
➢ 恒化器中细菌生长速率
浓度
图6－3 推流式曝气池
推流式曝气池
二、 生长曲线在废水生物处理 中的应用 P171
➢ 接种、驯化阶段——处于停滞期 ➢ 高负荷活性污泥法——处于对数期
➢常规活性污泥法—— 处于静止期？
➢ 延时曝气法、污泥减容——处于内源代 谢期
活性污泥法的基本工艺流程
进水 初沉池
曝气池
二沉池 出水
污泥
回流污泥
➢专性厌氧：不能有氧存在（没有过 氧化氢酶）
➢耐氧厌氧：不利用氧也不中毒（具 有氧化物歧化酶）
4 应用
生物处理系统中,利用混合菌群按一定 比例同时存在的好处
不同DO条件下,不同菌种发挥优势 各菌种间相互竞争、制约、互惠、协
调
五、紫外线对微生物的影响
UV(200~400)nm
UVC(200~280nm) UVB(280~320nm) UVA(320~400nm)
本章作业
➢ P200：1、6 ➢ 补充： 1. 细菌的生长曲线可分为哪几个时期?各时期的细菌
生长各有什么特点? 2. 如何用生化法处理pH=4的废水？ 3. 假设从t0到tx的24h内细菌处于对数增长期。t0时
的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当的 温度条件下培养24h后，再测tx=24h的细菌总数 为1017CFU/mL，计算世代时间G。
化
硝
酸
细
酸
细
菌
细
菌
菌
二、共生关系
——不能单独生活相的依微为生物命共同生活后，各
自执行优势的生理分功工能，协在作营养上互为有利 所组成的共生体。难分难解
➢地衣(真菌与藻类的共生体)
三、寄生关系
——一种微生物生活在另一种微生物体内，从
中摄取营养才得以住生别长繁人殖的。家 吃别人的粮食 使别人受害
四、偏害关系（拮抗关系）
或互相创造有利条件。
➢ 一种微生物的生命活动抑制或损害、杀害 另一种微生物的生命活动。
一、互生关系（原始共生、原始合作关系）
——可单独生活的两种微生物共同生活在 一起，一方为另一方提供有利条件或双 方互为有利。
可分可合， 合比分好
氧化塘中的细菌与藻类
➢ 好氧固氮菌与纤维素分解菌
➢含N有机物→氨 NH3-N →亚NO2- 硝→ NO3-
➢湿热灭菌
➢间歇灭菌法 ➢高压蒸汽灭菌法
6、低温的抑菌作用
➢ 通常﹤5℃细菌代谢受阻呈休眠状态，只能维 持生命而不发育。
➢ 百度文库存菌种： 4℃冰箱保存 冷冻真空干燥保存
二、微生物与pH 1、微生物对pH的要求
➢ 放线菌最适pH7～8 ➢ 大多数细菌、藻类、原生动物最
适pH 6.5～ 7.5 ➢ 酵母菌、霉菌最适pH3～6 ➢ 氧化硫硫杆菌最适为pH3
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
§1 微生物的生长繁殖
➢ 生长——同化作用大于异化作用，微生物细胞质量 或数量的增长。
➢ 繁殖——微生物个体数量的增加。 ➢ 发育——从生长到繁殖这个由量变到质变的过程 。 ➢ 世代时间——细菌两次细胞分裂之间的时间。
一、研究微生物的生长的方法
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，保持一定温度、pH和溶解 氧量。培养基一次加入，不予补充，不再更换。
思考题
分批培养和连续培养在提供营养条件方面有什么区 别?这种区别造成微生物的生长状态的何种不同?
细菌的生长曲线可分为哪几个时期?各时期的细菌生 长各有什么特点?
不同的生化法运行模式在生长曲线上是一点或一线 段取决于什么?
活性污泥运行系统往往采用细菌生长曲线的哪个时 期?为什么?
恒化器中的控制因素是什么?
连续培养
——在恒定容积的流动系统中培养微生物，以一定流 速不断加入新的培养基，又以相同的流速流出培养 物，使系统中细胞数量和营养状态保持稳定。 ➢ 恒浊器 ➢ 恒化器
（一）分批培养的细菌生长曲线
1、停滞期 加速期 2、对数期 3、减速期 静止期 4、衰亡期
1、停滞期（适应期）
➢ 特点：
➢ 细菌一部分生长，一部分死亡。细菌数基本不增加， 生长速率接近于零；
➢ 合成代谢活跃，核糖体，酶类和ATP合成加快，易产 生诱导酶；
➢ 对外界不良条件反应敏感。 ➢ 影响停滞期时间长短的因素：
➢ 接种量 ➢ 接种菌龄 ➢ 营养
2、对数期（指数期）
➢ 特点：
➢ 底物分解速度快，生长速率最大，群体菌龄小， 世代时间最短；
➢ 菌体内各种成分最为均匀； ➢ 酶系活跃，代谢旺盛，繁殖快，活性大 。 ➢ 菌体的菌胶团尚未形成，污泥沉降性能差。
➢ Eh受代谢产物影响很大
四、微生物与DO 1、 好氧菌（需充足DO）
➢ 供氧不足，絮体内部会缺氧 ➢ DO过高（高于0.2atm ），会中毒 ➢ 供氧方式：机械搅拌、鼓风曝气等
2、兼性厌氧菌 （既有氧化酶又有脱氢酶）
酵母菌： ➢好氧呼吸 ➢厌氧呼吸
产物：CO2+H2O 产物：乙醇+ CO2
3、厌氧菌
2、 极端pH对微生物的影响 P191
➢ 引起微生物体表电荷改变，影响营养吸收
➢ 引起培养基中有机化合物离子化作用
CH3COOH ➢ 酶有其最适pH
CH3COO-+H+
➢ 过高过低pH都会降低微生物对高温的抵抗力
3 、 PH与微生物代谢产物的关系
酸性发酵（产生CO2）→碱性发酵（产生NH3）
4、 应用
剩余污泥
A/B/C活性污泥法处理工艺
调节池出水
高 负 荷
沉淀池
中
等
低
负
负
荷
荷
A/B/C曝气池
污泥回流
四、微生物生长量的测定方法
➢测定微生物总数
➢ 记数器直接计数 ➢ 染色涂片计数 ➢ 比浊法测定细菌悬液浓度
➢测定活细菌数
➢稀释培养计数 ➢薄膜过滤计数 ➢平板菌落（CFU）计数
➢计算生长量
➢测细胞干重法 ➢测细胞含氮量确定细胞浓度 ➢DNA的测定算出细菌浓度 ➢生理指标法
2、高温灭菌的原因
➢ 蛋白质核酸不可逆失活 ➢ 细胞膜上的脂类受热溶解
3、高温灭菌的指标
➢致死温度——10分钟内杀死微生物 所需的最低温度
➢致死时间——某一温度下杀死微生 物所需的最短时间
4、高温灭菌的影响因素
➢种类 ➢生理状态（菌龄） ➢有无芽孢 ➢含水量
5、高温灭菌的方法
➢干热灭菌（耐热物品）：灼烧、烘箱
G tx t0 n
世代时间（G）的计算
P166、167
Nx N0 2n
G tx t0 n
n lg Nx lg N0 0.301
G 0.301(tx t0 ) lg N x lg N0
G=1/k，k——生长速率常数（代/h）
3、减速生长期（静止期）
➢ 特点：
➢ 细菌的生长速率逐渐下降甚至到零，新生菌数 =死亡菌数，菌体产量达到最高点，活菌数达 到最高峰；
➢紫外线的杀菌作用 260nm处杀菌力 最强
➢紫外线的穿透力极差
六、其它因素
➢ 化学物质对微生物的影响
➢ 重金属 ➢ 强氧化剂 ➢ 有机化合物
➢ 渗透压微生物的影响
➢ P太高，细胞失水，质壁分离死亡 ➢ P太低，细胞吸水，膨胀而破裂
§3微生物之间的相互关系
可概括为： ➢ 一种微生物为另一种微生物创造有利条件
过低pH的废水（会导致污泥上浮）： P178
➢ 预处理 ➢ 用酵母菌、霉菌来处理
三、微生物与氧化还原电位(Eh)
➢ 不同微生物对Eh的要求
➢ 好氧菌
Eh=+300～ 400mv
➢ 兼性厌氧菌 ➢ 专性厌氧菌
Eh=+100mv左右 Eh=-200～ -250mv
➢ Eh与PH的关系
Φ= Φ0-0.0592 PH/n
§2 微生物的生存因子
灭菌——用物理的、化学的因素将所有微生 物的营养细胞、芽孢、孢子全部杀死。
消毒——用物理的、化学的因素杀死营养细 胞或一部分芽孢。
防腐——抑制微生物生长繁殖的方法。
一、微生物与温度的关系
1、微生物生长的温度范围
➢嗜冷菌 5-10℃ ➢嗜中温菌 25-40℃ ➢嗜热菌 50-60℃ ➢嗜超热菌 70-105℃