微生物学原理(培训讲义)
《微生物学》讲义
微生物学第一章第一章绪言一、一、微生物概述1、1、什么是微生物微生物(microbe，microorganism)通常是描述一切不借助显微镜用肉眼看不见的微小生物。
这类微生物包括病毒、细菌、古菌、真菌、原生动物和某些藻类。
微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。
因此，微生物通常包括病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、原生动物和单细胞藻类，它们的大小和特征见表1.1所示。
但是有些例外，如许多真菌的子实体、蘑菇等常肉眼可见；相同的，某些藻类能生长几米长。
一般来说微生物可以认为是相当简单的生物，大多数的细菌、原生动物、某些藻类和真菌是单细胞的微生物，即使为多细胞的微生物，也没有许多的细胞类型。
病毒甚至没有细胞，只有蛋白质外壳包围着的遗传物质，且不能独立存活。
表1.1 微生物形态、大小和细胞类型2、2、生物中哪些是微生物物生非细胞生物病毒、亚病毒细胞生物原核生物真细菌、古细菌真核生物生动物真菌、单细胞藻类、原3、3、微生物的特点a a 个体微小，结构简单在形态上，个体微小，肉眼看不见，需用显微镜观察，细胞大小以微米和纳米计量。
b b 繁殖快生长繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代。
c c 代谢类型多，活性强。
d d 分布广泛有高等生物的地方均有微生物生活，动植物不能生活的极端环境也有微生物存在。
e e 数量多在局部环境中数量众多，如每克土壤含微生物几千万至几亿个。
f f 易变异相对于高等生物而言，较容易发生变异。
在所有生物类群中，已知微生物种类的数量仅次于被子植物和昆虫。
微生物种内的遗传多样性非常丰富。
所以微生物是很好的研究对象，具有广泛的用途。
二、二、微生物学的重要性微生物与人类生活所有方面紧密联系，下面仅列出几个：1、1、环境微生物在碳循环、氮循环和磷循环(地球化学循环)中承担主要作用，构成生物体的所有基本成分。
微生物学讲义
绪论一、什么是微生物非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。
是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。
一般只有借助显微镜才能其进行观察。
三界（域）系统Woese提出将生物分成为三界(后来改称三个域)：古细菌、真细菌和真核生物。
1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。
并构建了三界(域)生物的系统树。
微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
微生物是人类的朋友微生物是自然界物质循环的关键环节；体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；微生物可以为我们提供很多有用的物质；微生物是现代生物技术使用的重要宿主和工具。
少数微生物也是人类的敌人！认识微生物的四大障碍：个体过于微小；群体外貌不显；种间杂居混生；形态与作用后果很难被认识。
二、人类对微生物世界的认识过程（一）、微生物的发现——形态学时期荷兰人列文虎克（1632-1723）首次观察到了细菌。
（二）、微生物学的奠基——生理学时期法国人巴斯德（1822-1895）（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。
（2）免疫学——预防种痘（3）发酵的研究——相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。
不同的发酵是由不同的微生物引起的。
（4）发明巴斯德消毒法。
德国人柯赫（1843-1910）1、建立微生物学研究基本技术（1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。
（2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。
（3）设计了细菌染色技术2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。
柯赫准则（1）某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。
（2）必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。
（3）用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。
(4) 必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。
微生物学知识培训PPT课件
如何培养良好的个人卫生习惯
勤洗手、勤剪指甲 定期洗澡、勤理发 勤换衣服、勤洗工作服 在生产区内做到三个严禁 ：禁止吃东西、 禁止吸烟、禁止大声喧哗
洁净区生产人员要求
洁净区工作人员要尽可能少而精，只有工作需 要时才能进入； 操作人员在洁净区动作尽量要缓慢，避免剧烈 运动，以减少人的发尘量； 洁净区的门应关紧，避免不必要的移动，以保 持洁净区的风速、风量、风型和风压； 如果是无菌区的话，操作人员的自我约束就更 多，要严格按无菌操作规程执行。
绝大多数微生物对人和动物是有益的， 有些还是必不可少的。 微生物已广泛应用于农业、食品、医药、 酿造、化工、制革、石油等行业，发挥 了越来越重要的作用。 抗生素、酸奶、疫苗、酒类等等；
微生物的危害
微生物中也有一部分能引起人或动植物病害， 这些具有治病性的微生物，称为病原微生物。 如人类的许多传染病（如感冒、伤寒、痢疾、 结核、脊髄灰质炎、病毒性肝炎等），均是由 病原微生物引起的。 从药品生产的卫生学而言，微生物对药品原料、 生产环境和成品的污染是造成生产失败、成品 不合格、直接或间接对人类造成危害的重要因 素。
传播污染的四大媒介－表面
表面包括：天花板、墙壁、地面、设备、容器、 工具或桌子； 由于空气中的湿度，所有表面都包上一层含水 的薄膜。这层薄膜由于静电吸引而饱含尘埃微 粒，有很多时候，表面还覆盖一层油状物质， 此层油膜易受到尘粒污染。 表面因尘埃微粒和微生物由空气传播的回降而 受到污染。
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2020/12/30
请记住：一个表面看起来很干净，而实 际上已经被千百万个微生物所污染，除 非已经做了正确的消毒灭菌。
传播污染的四大媒介－人
人是最常见的传染源。事实上，人们常 说，人是药厂中最不清洁的成份，最大 的污染源。为什么呢?一个原因，人体是 一个永不休止的污染媒介。当您每天来 药厂上班时，您也许随身将几百万细菌 带入工厂。 以下举出一些由你、我、他把污染带入 工作场所的一些途径和方式 ：
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☞微生物的特点
❖ 微生物是结构简单、繁殖快、分布广、个体最小的生物。 ❖ 2.1 结构简单：微生物多数是单细胞； ❖ 2.2 生长旺，繁殖快（大肠杆菌在它的适宜37-44℃之间，20-30分钟繁
殖一代） ❖ 2.3 分布广.种类多（10万多种） ：自然界中到处都有，如水、空气、
土壤等。 ❖ 2.4 个体小：小于0.1mm。肉眼不可见。 ❖ 2.5 适应性强，易变异 ❖ 2.6 代谢强，转化快
❖ 3、有机物的存在：有机物中的蛋白质易和许多消毒剂结合， 严重降低消毒的效果。对物体进行消毒必须先洗净油污。
❖ 4、温度：温度升高，杀菌力加强。温度升高10℃杀菌力增 加2-5倍。
❖ 5、接触时间：细菌与消毒剂接触时间愈久，消毒效果好。
消毒剂的正确使用方法
❖ 洗净杀菌要同时进行，顺序必须是清洗之后再杀菌。因为经过清洗后 污浊消失，进行杀菌效果明显。另外，清洁剂与杀菌剂混淆使用的话， 两者的效果就会减弱。因此清洗与杀菌之间，要进行充分的洗濯，清洗 净后再杀菌，特别是带油污的，如果油污去除不净的话，油污就会做为 一层保护膜，保护细菌而影响杀菌的效果。
❖ 3、臭氧的杀菌作用受多种因素包括温度、 相对湿度和有机物等的影响。
2023/12/5
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控制微生物污染
❖ 上厕所后不洗手消毒的话最容易把大肠菌群 和大肠杆菌带入车间
❖ 鸡蛋不经清洗消毒在产品中最容易污染沙门 氏菌和大肠杆菌
❖ 如果工人手上有伤口，生产食品时容易污染 金黄色葡萄球菌
控制微生物污染
气消毒的目的，用乳酸熏蒸或用其他消毒剂喷雾，以达到空 气消毒的目的。
加工人员的微生物控制
❖ 加工人员有疾病，伤口或其他症候； 应离开食品生产和相关区域
❖ 加工人员戴着珠宝或其他物品，是导致微生物迅速 增长的理想部位； 严禁携带个人物品进入生产区
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和RNA，细胞器有核蛋白体 DNA or RNA
（70s）
立克次体及衣原体需在活 细胞或鸡胚中培养，其他 可用培养基培养
有些可在活细胞中 增殖，有些可在动 物体内复制传代
三菌、四体、一毒
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二、微生物学（Microbiology）
微生物学是研究微生物的形态、结构、 生命活动规律以及与人类、动物、植 物等相互关系的一门科学。
次计，则每小时可分裂3次，24h可分裂72次
，后代数为:4 722 366 500万亿个（重约 4
722吨），48h为22×1046个（约等于4 000个
•能否地允球重许）细。菌以这样的速度繁殖下去？No!
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4.适应强，易变异
适应强：微生物对环境条件尤其是恶劣的“ 极端环境”所具有的惊人适应力，堪称生物 界之最。
比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6 设定：
设球菌半径ｒ＝2μｍ
1 人的比表面积=
球菌面积(S)＝50.3μｍ2 球菌体积(V)＝33.5μｍ3
则： (与人等重)
30万 比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5 微生物学概述培训
大肠杆菌比表面积=
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2、吸收多，转化快
吸收多
人（50kg） 500~1000g/d
在海洋深处的某些硫细菌可在250℃甚至在
300℃的高温条件下正常生长；有的细菌能耐
0～-196℃（液氮）的任何低温；一些嗜盐菌
甚至能在32％的饱和盐水中正常生活；许多
微生物尤其是产芽胞的细菌可在干燥条件下
保藏几十年、几百年甚至上千年。
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易变异 微生物易变异，对人类有利 方面，可从不良菌种诱变为优良菌种， 大大提高质量、数量；不利方面，使 优良菌种退化成劣质菌株，或者突变 一个人类不能对付的菌株而遭灾。
微生物学知识讲义
微生物学基础知识培训一、概述1、微生物的定义微生物是一群在光学或电子显微镜下放大几百倍甚至几万倍才可见到的微小生物。
2、微生物的基本特征●体积极小，但有一定的形态结构和生理功能；●对外界环境适应性强；能迅速吸收营养物质，很快繁殖；●种类繁多并广泛分布于土壤、水、空气、动植物的有机体等；●和人类关系极为密切。
3、微生物的作用●自然界存在的微生物，绝大多数对人类是无害有益的，微生物在自然界的物质循环中起着重要作用。
例：✧土壤中的微生物能将动植物蛋白包括动物的尸体和排泄物及死去的植物转化为氨、亚硝酸盐、硝酸盐等无机含氮化合物，以供植物需要。
✧空气中的氮，必须有固氮菌作用后，植物才能利用，而后植物再被人类利用。
✧如碳、硫、磷等元素也必须依靠微生物的生命活动，才得以循环和为动植物所利用。
如果没有微生物，植物就不能新陈代谢，人和其他生物将难以生存。
工农业方面，可利用微生物为人类造福。
例：✧农业：用固氮菌、根瘤菌制造菌肥、利用杀螟杆菌消灭病虫害。
✧工业：食物发酵、制革、纺织、石油化工、冶金等。
✧医药：几乎所有抗生素都是微生物的代谢产物。
●只有一小部分微生物可引起人类和动植物的疾病。
例：痢疾杆菌引起痢疾；霍乱弧菌引起霍乱；感冒病毒引起感冒等鉴于微生物和人类的密切关系，有必要研究微生物，利用其有利的一面，克服其有害的一面，为人类造福。
微生物学应运而生，它是生物学的一个分支，是研究微生物在一定条件下的形态、结构、生命活动及其规律、进化、分类以及与人类、动植物、自然界相互关系等问题的一门科学。
微生物学发展简史●我国早在公元前2000多年就利用微生物来酿酒；自古以来就把灵芝、冬虫夏草、茯苓等真菌用于医疗；●1676年,荷兰人创造了第一架原始显微镜,从而打开了显微镜下的另一个世界；●1798年英国医生创造了牛痘苗预防天花,为预防医学开辟了广阔途径;●19世纪末,俄罗斯学者观察了吞噬细胞的吞噬作用,创造了细胞免疫学派;●1892年,俄罗斯学者证实了自然界还有更小的微生物——病毒的存在;●1929年，发现青霉素，1943年发现链霉素，此后化学治疗剂和抗生素不断出现，为传染病的防治提供有力武器。
微生物学讲义
微生物学讲义主讲人鞠宝2004年9月目录第一章绪论一、微生物与人类的关系二、微生物科学三、微生物的发现和微生物学的发展四、20世纪的微生物学五、21世纪的微生物学展望第二章微生物细胞的结构与功能第一节原核微生物的基本结构与特殊结构第二节真核微生物的细胞结构第三章微生物的营养第一节微生物的营养要求第二节培养基第三节营养物质进入细胞第四章微生物的代谢第一节微生物的能量代谢第二节微生物代谢的调节第三节微生物次级代谢与次级代谢产物第五章微生物的生长繁殖及其控制第一节微生物的分离和纯培养生长第二节微生物的群体生长规律第三节环境对微生物生长的影响第四节微生物生长繁殖的控制第六章病毒—非细胞型生物第一节病毒的概述第二节病毒学研究的基本方法第三节病毒的复制第四节病毒与宿主的相互作用第五节亚病毒因子第七章微生物遗传第一节遗传的物质基础第二节微生物的基因组结构第三节微生物的遗传变异第四节基因突变与诱变育种第五节基因重组第六节菌种的保藏与复壮第八章微生物基因表达的调控第一节转录水平的调控第二节转录后调控第九章微生物与基因工程第一节基因工程概述第二节微生物与克隆载体第三节微生物与基因工程工具酶第四节微生物作为克隆载体的宿主第五节表达载体的构建第六节DNA的合成、体外扩增和定位诱变第七节基因工程的应用及其展望第十章微生物的生态第一节微生物在自然界物质循环（生物化学循环）中的作用第二节微生物与环境保护第十一章微生物的进化、系统发育和分类鉴定第一节进化指征的选择第二节微生物的分类及命名鉴定第三节微生物分类鉴定的特征和技术第一章绪论一、微生物与人类的关系人类喝的酸奶、酒等发酵饮料，吃的面包、馒头甚至呼吸的新鲜空气都是微生物带来的恩惠；而我们所遭受的感冒和其它传染病等病魔的折磨，则是有害微生物侵蚀了身体所致，但服用或注射抗生素类药物后恢复健康，又要感谢微生物，因为这类药物是微生物的“奉献”。
微生物是一把双刃剑：一方面给人类带来巨大的利益，如：许多微生物产品疫苗、维生素、酶制剂、酒和抗生素等重要产品，物质循环中的重要组成成员以及以基因工程为代表的生物技术也是微生物对人类做出的又一重大贡献；另一方面又“残忍”地给人类带来巨大灾难，如：1347年的瘟疫（鼠疫耶森氏菌）几乎毁灭整个欧洲，今天的艾滋病（AIDS）、癌症、SARS 以及已被人类征服了的传染病（如肺结核、疟疾、霍乱等）也有“卷土重来”之势。
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二、微生物定义
微生物(microorganism) 是指存在于自然界的一大群形体微小、结构 简单、进化低级、肉眼直接看不见，必须借 助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数 千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。
二、微生物的特征
小（形体微小）：μm（微米）级在光学显微 镜下可见、nm（纳米）级在电子显微镜下可 见 简（结构简单）：单细胞、简单的多细胞、 非细胞 低（进化低级）：原核类、真核类、非细胞 类
三、微生物的五大共性
1、体积小，面积大 为五大共性的基础。小体积大面积系统必然有一个 巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面、环境信 息的接收面。 2、吸收多，转化快 为其高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分 的物质基础。 3、生长旺，繁殖快 微生物具有极高的生长和繁殖速度。
三、微生物的五大共性
细菌的结构：
细胞质：无色透明，呈粘液状。其内含有某 些结构和内含物。 细胞核：细菌的核位于细胞质内，没有核膜、 核仁，没有固定形态，结构也很简单，因而 称之为原核。 荚膜：有些细菌在一定营养条件下，可向细 胞壁表面分泌一层松散透明、粘度极大、粘 液状或胶质状的物质称为荚膜。
细菌的结构：
（一）5个基本概念
⑶ 消毒：杀灭物体上病原微生物的方法。并 不一定杀死含芽孢的细菌或非病原微生物。 用来消毒的药品叫消毒剂。一般消毒剂在常 用浓度下只对细菌的繁殖体有效，对其芽孢 则需提高消毒剂的浓度和延长作用时间。
（一）5个基本概念
⑷ 无菌：不存在活菌。
⑸ 灭菌：杀灭物体上所有微生物的方法。比 消毒要求高，它杀灭了包括细菌芽孢在内的 全
2、口腔 口腔中有很多微生物。常见的主要有唾液链 球菌、溶血链球菌、乳酸杆菌、流感杆菌、 类白喉棒杆菌等，它们组成口腔内的正常微 生物群落。
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二、2）活性污泥法的运行方式
a.推流式活性污泥法
池首到池尾的动态变化
活性污泥增长速率 有机物的浓度 有机物的降解速率 需氧速率 溶氧浓度
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b.塔式生物滤池 20世纪50年代初 特点： 通风好 污水水流紊动强烈
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （3）生物膜反应器运行方式
c.生物转盘
生物转盘
盘片 接触反应槽 转轴 驱动装置
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三、厌氧处理的基本原理
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4)利用H2和CO2产甲烷菌（30%） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
b.完全混合活性污泥法 主要优点： 能够承受高浓度废水
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （2）活性污泥法的运行方式
c.氧化沟（循环曝气池） 20世纪50年代，荷兰，巴斯维尔
特点： 构造： 形式多样化，运行灵活。
水流混合： 流态介于完全混合与推流之间
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产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
1、活性污泥法 （1）活性污泥的基本特性
性质： 含水率99% 具沉降性； 具生物活性 絮体大小为0.02—0.2mm 具一定pH缓冲能力
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （1）活性污泥的基本特性 微生物分布状态：
完合混合式曝气池：分布均匀 推流式曝气池：各区段之间存在种群和数量差异
二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （2）活性污泥法的运行方式
a.推流式活性污泥法 优点： BOD5去除率可达90% 适于处理净化程度和稳定程度要 求较高的污水 对污水处理程度比较灵活
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （2）活性污泥法的运行方式
a.推流式活性污泥法 缺点： 溶解氧的供求矛盾
1、活性污泥法 （3）活性污泥运行的影响因素及其控制
b.水温 最适温度：15—30℃ 最低温度：10℃
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （3）活性污泥运行的影响因素及其控制
c.营养物质 一是各种营养物质比例要适宜。 二是营养物质的浓度要适中
有机负荷率（BOD污泥负荷）F/M： 表示曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有 机基质的量。[kg/(kg·d)]
二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法
（3）活性污泥运行的影响因素及其控制
a.溶解氧（OD）
供氧不足
溶解氧浓度过低
微生物代谢受阻 净化功能下降
易于滋生丝状菌 产生污泥膨胀现象
溶解氧浓度过高 氧的利用效率降低 增加动力费用
在曝气池出口处的混合液中的溶解氧保持在2mg/L左右
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二、好氧处理的种类及特征
一、好氧处理的基本原理
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法
1914年的在英国曼彻斯特
依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物
（1）活性污泥的基本特性
组成：
好氧微生物 兼性厌氧微生物 专性厌氧微生物
絮状体或绒粒
有机和无机的固体
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二、好氧处理的种类及特征
第四讲 废水微生物处理原理与应用
有机污染物种类
来源 天然成分 分子量 复杂
固态 形态 液态
气态
浓度 低浓度
降解能力
可生物降解 非生物降解
决定了是否采用微生物处理以及选用哪种微生物处理方法
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一、好氧处理的基本原理 有机污染物好氧微生物处理的一般途径
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （3）活性污泥运行的影响因素及其控制
d.pH 最适pH介于6.5~8.5之间 低于4.5：原生动物消失，丝状菌占优势 高于9.0，微生物的代谢受抑制
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （4）活性污泥运行常见的微生物学问题
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （2）活性污泥法的运行方式
b.完全混合活性污泥法 特点： 反应器参数的均一性
混合液的组成 F/M值 微生物数量和组成 有机物降解速率 耗氧速率
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法 （2）活性污泥法的运行方式
二沉池中泥水分离 a.不凝聚 b.微小絮体 c.起泡沫 d.丝状菌污泥膨胀
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物（附着生长反应器 ）
碎石 卵石 焦炭 塑料材料
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （1）生物膜的基本特性
a.生物组成：微生物种类多，食物链长而复杂（教材P233） 上层生物膜: 生物膜生物(细菌、其它微生物)
生物膜面生物（鞭毛虫） 下层生物膜：生物膜生物（菌胶团、固着型纤毛虫）
滤池扫除生物（轮虫、线虫等）
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （1）生物膜的基本特性
b.结构 液 层：流动水层、附着水层 生物膜：好氧层、厌氧层
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （2）生物膜的基本流程
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （3）生物膜反应器运行方式
a.普通生物滤池 优点： 处理效果好 出水水质稳定 运行稳定
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二、好氧处理的种类及特征
2、生物膜法 （3）生物膜反应器运行方式
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二、好氧处理的种类及特征
1、活性污泥法
（1）活性污泥的基本特性 污泥中微生物的浓度
混合悬浮固体（MLSS）： 1L活性污泥中含干固体的毫克数
一般的城市污水处理：2000~3000mg/L 工业废水处理：3000mg/L左右 高浓度的工业废水生物处理：3000~5000mg/L。