水处理生物学-第三章ppt文档
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水处理生物学微生物代谢PPT课件
（1）最终电子受体：游离的氧气（O2） （2）反应模式
基质－H2
（葡萄糖） －2e-
－2H+
脱氢酶
－2e —2H+
传递体－2H O2
－2e +2e 氧化酶 —2H+ +2H+
基质
脱氢酶－2H 传递体
第5页/共54页
H2O等
（4）举例
自养微生物硫磺细菌氧化H2S（无机物） ：以无机 物为底物，终点产物也是无机物，同时放出能量。
❖ 该过程是一个产能的过程。 ❖ 这种链状传递系统称为“呼吸链” （RC：respiratory
chain）亦称电子传递链（ETC：electron transport chain）
第17页/共54页
第18页/共54页
第三节 微生物的代谢
• 氢供体/电子供体（electron donor） 能提供氢或电子的化合物。
第23页/共54页
第三节 微生物的代谢
好氧呼吸/有氧呼吸（aerobic respiration） 呼吸链的最终电子受体为氧分子。
第24页/共54页
2 厌氧呼吸（anaerobic respiration)：
最终电子受体：除氧气以外的物质 无机物（NO3-、NO2-、SO4=、CO2=） 有机物（小分子）
基质－H2
（葡萄糖） －2e-
－2H+
脱氢酶
－2e
传递体－2H NO3-
－2e +2e 特殊氧化酶
基质 脱氢酶－2H 传递体
NO2-+H2O
第26页/共54页
第三节 微生物的代谢
厌氧呼吸/ 无氧呼吸 （anaerobic respiration） 最终电子(氢)受体为外源（分子外）化合物的呼吸，它是 一种在无氧条件下进行的产能效率低的呼吸方式。 营养物质脱氢后，经部分呼吸链递氢最终由氢受体接受。 最终氢受体一般为氧化态无机物，特殊情况下为有 机物，如延胡索酸等。
基质－H2
（葡萄糖） －2e-
－2H+
脱氢酶
－2e —2H+
传递体－2H O2
－2e +2e 氧化酶 —2H+ +2H+
基质
脱氢酶－2H 传递体
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H2O等
（4）举例
自养微生物硫磺细菌氧化H2S（无机物） ：以无机 物为底物，终点产物也是无机物，同时放出能量。
❖ 该过程是一个产能的过程。 ❖ 这种链状传递系统称为“呼吸链” （RC：respiratory
chain）亦称电子传递链（ETC：electron transport chain）
第17页/共54页
第18页/共54页
第三节 微生物的代谢
• 氢供体/电子供体（electron donor） 能提供氢或电子的化合物。
第23页/共54页
第三节 微生物的代谢
好氧呼吸/有氧呼吸（aerobic respiration） 呼吸链的最终电子受体为氧分子。
第24页/共54页
2 厌氧呼吸（anaerobic respiration)：
最终电子受体：除氧气以外的物质 无机物（NO3-、NO2-、SO4=、CO2=） 有机物（小分子）
基质－H2
（葡萄糖） －2e-
－2H+
脱氢酶
－2e
传递体－2H NO3-
－2e +2e 特殊氧化酶
基质 脱氢酶－2H 传递体
NO2-+H2O
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第三节 微生物的代谢
厌氧呼吸/ 无氧呼吸 （anaerobic respiration） 最终电子(氢)受体为外源（分子外）化合物的呼吸，它是 一种在无氧条件下进行的产能效率低的呼吸方式。 营养物质脱氢后，经部分呼吸链递氢最终由氢受体接受。 最终氢受体一般为氧化态无机物，特殊情况下为有 机物，如延胡索酸等。
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
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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
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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。
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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。
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（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
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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
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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
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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
§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。
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
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
02.01.2021
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。
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%。
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
➢ 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。
表3-3 光能营养细菌类型
电子供体 电子受体
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）
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02.01.2021
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。
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%。
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
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23
水处理生物(2、3、4章)ppt课件
复习课一
主 要 内 容 要 点
静力学
静力学基本方程 静水总压力（平面、曲面）
连续性方程
三大基本方程 伯努利方程
动量方程
1
需掌握的知识要点：
作用于流体的力：
T A du
dy
绪 流体的性质 惯性、压缩性、膨胀性、黏性 du
论
dy
及
静
流体平衡微分方程
力 流体静力学
学
流体作用于平面和曲面上的力
' 3
Ph
' D
hD' 1.115m
13
hD 3 hD' sin 600 2.03m
图示为在等截面水管A、B两点处接一U型管差压计，差压计内的工作介质为相对密 度为0.8的油，当水在管内流动时，测得Δh=200mm，h1=300mm，h2=600mm，试 求A、B两点的压差，并判断水在管内的流动方向。
Q A 0.951.715 (0.02)2 0.051m3/s
4
K
1 4
d12
2g
d12
d
2 2
2
1
0.036
Q K h 51.3 l/s
20
[例题]一救火水龙带，喷嘴和泵的相对位置如图所示。泵出口 压力（A点压力）为2个大气压（表压），泵排出管断面直径为 50mm；喷嘴出口C 的直径20mm；水龙带的水头损失设为0.5m；喷 嘴水头损失为0.1m。试求喷嘴出口流速、泵的排量及B点压力。
重力加速度 g 9.8m/s 2；hAC 0.5 0.1 0.6m水柱，即
A
C
AC AA
主 要 内 容 要 点
静力学
静力学基本方程 静水总压力（平面、曲面）
连续性方程
三大基本方程 伯努利方程
动量方程
1
需掌握的知识要点：
作用于流体的力：
T A du
dy
绪 流体的性质 惯性、压缩性、膨胀性、黏性 du
论
dy
及
静
流体平衡微分方程
力 流体静力学
学
流体作用于平面和曲面上的力
' 3
Ph
' D
hD' 1.115m
13
hD 3 hD' sin 600 2.03m
图示为在等截面水管A、B两点处接一U型管差压计，差压计内的工作介质为相对密 度为0.8的油，当水在管内流动时，测得Δh=200mm，h1=300mm，h2=600mm，试 求A、B两点的压差，并判断水在管内的流动方向。
Q A 0.951.715 (0.02)2 0.051m3/s
4
K
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2g
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0.036
Q K h 51.3 l/s
20
[例题]一救火水龙带，喷嘴和泵的相对位置如图所示。泵出口 压力（A点压力）为2个大气压（表压），泵排出管断面直径为 50mm；喷嘴出口C 的直径20mm；水龙带的水头损失设为0.5m；喷 嘴水头损失为0.1m。试求喷嘴出口流速、泵的排量及B点压力。
重力加速度 g 9.8m/s 2；hAC 0.5 0.1 0.6m水柱，即
A
C
AC AA
水处理基础知识PPT课件
BOD，COD），去除率可达90%以上，使有机污染物达到
排
放标准的要求。
三级处理 是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和
氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有
生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离
子交换法和电渗析法等。
三级处理是深度处理的同义语，但两者又不完全相同，三级
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2021/3/22
常用术语
➢污水 人类在生活和生产过程中，要使用大量的水。水在使用过程中会
受到不同程度的污染，被污染的水称为污水。污水也包括降水。
按照来源不同，污水可分为三类： 生活污水：人类日常生活中用过的水，包括厕所、厨房、浴室、洗衣房等 处排出的水，来自住宅、公共场所、机关、学校、医院、商店以及工厂中 生活间。生活污水含有较多的有机物如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物 和氨氮等，还含有肥皂和洗涤剂以及病原微生物菌、寄生虫卵等。这类污 水需经处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。 工业废水：在工业生产中排出的污水，来自车间和矿场。由于生产类别、 工艺过程和使用原材料不同，工业废水的水质繁杂多样。 降水：降水是指在地面上流经的雨水、冰雪融化水。这类水虽然较清洁， 但径流量大，若不及时排除，会造成对人类生活、生产的巨大影响。
格栅 沉砂池 沉淀池 气浮池
2021/3/22
格栅
➢格栅
由一组平行的金属栅条制成，一般斜置于污水流经的渠道或泵 站集水池的进口处，用以阻挡截留污水中的呈悬浮或漂浮状态 的大块固体物，防止后续处理设备堵塞或损坏。
2021/3/22
沉砂
➢ 沉砂为从水中分离出砂、煤屑等无机颗粒 。依重力分离方法，将沉砂池内的水流速控制 到只能使比重大的颗粒沉降下来，而不让较轻 的有机颗粒沉降，以便把无机颗粒和有机颗粒 分离开，分别处置。一般沉砂池能够截留的砂 粒粒径在 0.15mm以上。沉砂池的型式很多， 以平流沉砂池的处理效果为最好，应用最广。 目前较先进的技术是曝气沉砂池，即在沉砂池 一侧曝气，使污水在池内呈螺旋状流动前进， 以曝气旋流速度控制砂粒的分离，当流量变化 时仍能保持稳定的除砂效果。同时在曝气作用
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产甲烷古菌是一种极其古老的微生物，能在无氧、无阳 光的条件下生存，借助化学反应的能量或地热等进行新陈 代谢，甲烷是其代谢产物。研究人员分析从格陵兰岛地下 3千多米深处采集的冰芯样本底部，发现其中甲烷浓度异 常高，而周围大致同一深度却只有少量产甲烷古菌生存。 研究人员认为，冰芯中的高浓度甲烷应该就是漫长年代中 积累的产甲烷古菌的代谢产物，他们分析这些产甲烷古菌 的代谢速率后发现古菌已在地下生存了10万年之久，在地 下3千多米的严酷环境下产甲烷古菌的代谢极其缓慢，它 们产生的甲烷却逐渐积累起来。
在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物。然而 在基因转录过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，反而非常接 近真核生物。比如，古菌的转译使用真核的启动和延伸因子，且转 译过程需要真核生物中的TATA框结合蛋白和TFIIB(转录调节因子)。 古菌还具有一些其它特征。
与大多数细菌不同，它们的细胞壁缺少肽聚糖。（假肽聚糖，复 杂多糖）而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由 甘油酯组成，而古菌的膜脂由甘油醚构成。这些区别也许是对超高 温环境的适应。古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。
《伯杰氏系统细菌学手册》（第三卷）， 将古菌分为五大群。
P32
进化和分类
从rRNA进化树上，古菌分为两类：
广古菌(Euryarchaeota) 泉古菌(Crenarchaeota)
另外未确定的两类分别是：
初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌(Nanoarchaeum equitans)
美国黄石公园的间歇泉中漂流的彩色的古细菌
古菌是最古老的生命体，如果将地球约46 亿年的年龄比作一年，那么古菌早在3月20 日就出现了，而人类诞生不过是12月31日 的事。
古菌常被发现生活于各种极端自然环境下， 如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖 等。
在我们这个星球上，古菌代表着生命的极 限，确定了生物圈的范围。
亨氏甲烷螺菌
Methanospirillum hungatei
甲烷短杆菌属
Methanobrevibacter spp.
大部分的甲烷短杆菌生长于反刍动物、人类和其 它动物的肠道中, 或是腐朽的植物, 以及缺氧的废 水烂泥中。
M. smithii是唯一一种生长在人类肠道的甲烷短杆 菌 (图)。
由50S大亚基和30S小亚基50S大亚基含有34种不同的蛋白 质和两种RNA分子，相对分子质量大的rRNA的沉降系数 为23S，相对分子质量小的rRNA为5S。30S小亚基含有21 种蛋白质和一个16S的rRNA分子。
真核细胞核糖体的沉降系数为80S，大亚基为60S，小亚基为 40S。在大亚基中，有大约49种蛋白质，另外有三种 rRNA∶28S rRNA、5S rRNA和5.8S rRNA。小亚基含有 大约33种蛋白质，一种18S的rRNA
单个古菌细胞直径在0.1到15微米之间，有一些种类形成细胞团簇 或者纤维，长度可达200微米。它们可有各种形状，如球形、杆形、 螺旋形、叶状或方形等。它们具有多种代谢类型。值得注意的是， 盐杆菌可以利用光能制造ATP，尽管古菌不能像其他利用光能的生 物一样利用电子链传导实现光合作用。
古菌的分类
按生活习性和生理特征分类 三类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌
膜）、细胞膜、细胞质和核质。
产甲烷菌的培养方法 专性厌氧，需要在特殊环 境下操作； 目前最好的是厌氧手套箱
可进行分装厌氧培养基，倒制 平板，离心厌氧微生物收集菌体， 对氧敏感的酶的分离纯化等
厌氧培养箱
嗜热自养甲烷杆菌
Methanobacterium thermoautotrophicum
0.2 - 1.0 mm x 1.2 - 120 mm Optimum temperature ranges from 35 - 70oC Cells stain Gram negative
主要类群
1、产甲烷古菌 2、极端嗜盐古菌 3、还原硫酸盐古菌 4、无细胞壁古菌——热原体 5、嗜热嗜酸菌
1、产甲烷古菌
产甲烷菌是一群迄今 为止所知的最严格厌氧 的、能形成甲烷的化能 自养或化能异养的古菌群。 产甲烷细菌是都能产生甲烷的一大类群，因此包括了
球形、杆形、螺旋形、长丝状等不同形态。 细胞结构包括：细胞封套（细胞壁、表面层、鞘和荚
古细菌概念
1977年由Carl Woese和George Fox提出的，原因是它们在 16SrRNA的系统发生树上和其它原核生物的区别。这两组 原核生物起初被定为古细菌(Archaebacteria)和真细菌 (Eubacteria)两个界或亚界。Woese认为它们是两支根本不 同的生物，于是重新命名其为古菌(Archaea)和细菌 (Bacteria)，这两支和真核生物(Eukarya)一起构成了生物 的三域系统。
广古菌门(Euryarchaeota)
包含了古菌中的大多数种类，包括了经常能在动 物肠道中发现的产甲烷菌、在极高盐浓度下生活 的盐杆菌、一些超嗜热的好氧和厌氧菌，也有海 洋类群。在16S rRNA系统发育树上，它们组成 一个单系群。
古菌域(Archaea)－广古菌门
盐杆菌纲(Halobacteria) 甲烷杆菌纲(Methanobacteria) 甲烷球菌纲(Methanococci) 甲烷微菌纲(Methanomicrobia) 甲烷火菌纲(Methanopyri) 古球状菌纲(Archaeoglobi) 热原体纲(Thermoplasmata) 热球菌纲(Thermococci)
如： 热网菌（Pyrodictium）能够在高布于各种自然环境中，土壤、
海水、沼泽地中均生活着古菌。很多产甲
烷的古菌生存在动物的消化道中，如反刍
动物、白蚁或者人类。古菌通常对其它生
隐蔽热网菌
物无害，且未知有致病古菌。
Pyrodictium occultum
原核细胞的核糖体较小, 沉降系数为70S（1S=10-13秒 ）
水处理生物学-第三章
本章内容
水处理生物学的研究对象和任务 生物的分类和命名 水处理相关的主要生物类别
微生物种类 微生物的特点 其他水生生物简介
三原界（三域）系统： 沃斯，1978 根据生物的16SrRNA碱 基序列，对生物进行划 分。
真细菌
古细菌
真核生物
产甲烷菌 极端嗜盐菌 极端嗜热菌 无细胞壁的古细菌