第05章环境工程微生物学课件

微生物 原生动物 真核藻类 真菌 蓝细菌 细菌 古菌 温度 45～50 ～ 56 60 70～73 ＞90 113 ～
几种微生物的生长最高温度
所有微生物中，多部分是嗜中温菌，其他较少。 所有微生物中，多部分是嗜中温菌，其他较少。 污水处理系统中，为了保证微生物能够处于较 污水处理系统中， 好的工作状态，需要为其提供较适合的温度。 好的工作状态，需要为其提供较适合的温度。 一般控制在20～30℃左右。 一般控制在20～30℃左右。 冬天，需要进行加热处理。 冬天，需要进行加热处理。
单细胞 繁殖 多细胞
一个细胞
两个细胞
不只是细胞个数的增长，如果只是细胞个数 不只是细胞个数的增长， 增长，而不是个体数目增长，不叫繁殖， 增长，而不是个体数目增长，不叫繁殖，叫 生长。 生长。 不但细胞个数增加，个体也增加， 不但细胞个数增加，个体也增加，则为繁殖
3.发育：微生物的生长与繁殖是个交替过程， 3.发育：微生物的生长与繁殖是个交替过程， 发育
细 菌 数 目 的 对 数 值
提问：为什么会出现停滞 提问： 期呢？ 期呢？
停滞期
适应环境（ 适应环境（合成相应的 ），营养储备 营养储备（ 酶），营养储备（用于复 制合成） 制合成）
时间t 时间
影响停滞期长短的因素 1.接种龄: 1.接种龄: 接种龄 1)对数期 种子” 停滞期较短； 对数期“ 1)对数期“种子”，停滞期较短； 2)静止期期或衰亡期 种子” 停滞期较长； 静止期期或衰亡期“ 2)静止期期或衰亡期“种子”,停滞期较长； 接种量。 2 接种量。 1)接种量大 停滞期较短； 接种量大， 1)接种量大，停滞期较短； 2)接种量小 停滞期较长。 接种量小， 2)接种量小，停滞期较长。 培养基成分: 3 培养基成分: 培养基成分丰富的，停滞期较短； 1)培养基成分丰富的，停滞期较短； 培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。 2)培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。
少
多
少
生长曲线
将少量菌种接种到准备妥当的培养基中， 将少量菌种接种到准备妥当的培养基中，进行 分批培养，并且定时取样计数。 分批培养，并且定时取样计数。以细菌的个数 或干重质量为纵坐标，以培养时间为横坐标， 或干重质量为纵坐标，以培养时间为横坐标， 将取样数据描点绘图， 将取样数据描点绘图，最终可得该细菌的生长 曲线。 曲线。 生长曲线分期：细分可分为 个时期即停滞期 生长曲线分期：细分可分为6个时期即停滞期 (适应期 、加速期、对数期、减速期、静止期、 适应期)、加速期、对数期、减速期、静止期、 适应期 衰亡期。 衰亡期。 由于加速期和减速期持续时间很短， 由于加速期和减速期持续时间很短，则把加速 期并到停滞期，把减速期放到静止期中。 期并到停滞期，把减速期放到静止期中。故， 将生长曲线粗分为四个生长期。 将生长曲线粗分为四个生长期。
平 推 流 式 活 性 污 泥 法
衰老期
期
期
总结 常规活性污泥法：利用减速期、静止期； 常规活性污泥法：利用减速期、静止期； 生物吸附法：静止期； 生物吸附法：静止期； 高负荷活性污泥法：对数期和减速期； 高负荷活性污泥法：对数期和减速期； 延时曝气法(氧化沟) 延时曝气法(氧化沟)：内源呼吸期
嗜冷菌，最适合在5 15℃ 甚至很多细菌可以在0 嗜冷菌，最适合在5～15℃，甚至很多细菌可以在0℃以 下正常生存。 下正常生存。 冰箱中冷藏的蔬菜、水果发霉变质腐烂的原因。 冰箱中冷藏的蔬菜、水果发霉变质腐烂的原因。
小结： 小结： 微生物的培养应该在最佳温度范围进行。 微生物的培养应该在最佳温度范围进行。 超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡。 超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡。 低温有抑制细菌作用。可以让微生物休眠， 低温有抑制细菌作用。可以让微生物休眠，但不会 导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。 导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。
2.对数期 2.对数期 特点 生长速率最快， • 生长速率最快，细胞呈对数增长 • 生长速率恒定 • 代谢旺盛，细胞成分平衡发展 代谢旺盛， • 群体的生理特性较一致
指数生长公式： 指数生长公式：
N t= N 0×2 n LgNt=lgN0+nlg2 )/lg2 n =（lgNt-lgN0 )/lg2 = 3.3(lgNt-lgN0) 式中N0 为起始细胞数目 ， Nt 为指数生 式中 N 为起始细胞数目， 长某个时刻t时的细胞数目， 长某个时刻t时的细胞数目，n为世代 可由实验获得， 数 。 N0 、 Nt 和 t 可由实验获得 ， n 可通 过上式计算得出。 过上式计算得出。
细菌 嗜冷菌 嗜中温菌 嗜热菌 嗜超热菌
最低温度 －5 ～0 5～10 30 55℃以上 55℃以上
Baidu Nhomakorabea
最适温度 5～10 25～ 25～40 50～ 50～60 70～ 70～105
最高温度 20～ 20～30 45～ 45～50 70～ 70～80 110～ 110～113
低温、中温和高温细菌的生长温度范围 低温、
第五章 微生物的生长繁殖 与生存因子
第一节
微生物的生长繁殖
一、微生物的生长繁殖的基本概念 1.生长 微生物新陈代谢，同化作用大于异化作用， 生长： 1.生长：微生物新陈代谢，同化作用大于异化作用， 微生物的细胞不断迅速增长的现象。 增长的现象 微生物的细胞不断迅速增长的现象。
2.繁殖： 2.繁殖： 繁殖 什么是微生物的繁殖？ 什么是微生物的繁殖？
1）恒浊连续培养
恒浊——培养基浊度恒定（实质是细菌数量恒定） 培养基浊度恒定（实质是细菌数量恒定） 恒浊 培养基浊度恒定 以浊度为控制指标。 以浊度为控制指标。 当浊度大时，加大进水流速，降低浊度； 当浊度大时，加大进水流速，降低浊度； 当浊度小时，降低流速，提高浊度。 当浊度小时，降低流速，提高浊度。
微生物生长曲线
1.停滞期 停滞期 停滞期特点 停滞期特点 • 生长速率等于零 •细胞合成新的成分 细胞合成新的成分 – 补充消耗的材料 – 适应新的培养基或别的培养条件 • 细胞形态变大或变长 • 对外界不良环境敏感
停滞期－ 万事开头难” 停滞期－“万事开头难”
特征： 不立即进行细胞分裂、增殖， 特征： 不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少
从生长到繁殖的量变到质变的过程是发
育。
4.世代时间：细菌两次分裂之间的时间。 4.世代时间：细菌两次分裂之间的时间。 世代时间 当微生物的培养时间一定时， 当微生物的培养时间一定时，它的世代时间基 本上也是稳定的。但是如果外界条件发生变化， 本上也是稳定的。但是如果外界条件发生变化， 世代时间也会变化。 世代时间也会变化。 世代时间越短，繁殖速度越快。一般，原核微 世代时间越短，繁殖速度越快。一般， 生物的繁殖速度大于真核微生物。 生物的繁殖速度大于真核微生物。好氧微生物 快于厌氧微生物。 快于厌氧微生物。
二、pH 微生物也有最适应的pH 范围，微生物不同，pH范围不同 范围不同。 微生物也有最适应的pH 范围，微生物不同，pH范围不同。 多数细菌：最佳6.5～7.5，适应范围4～10；一般要求中 多数细菌：最佳6.5～7.5，适应范围4 10； 性或偏碱性； 性或偏碱性； 放线菌：最佳7.5 8.0，一般要求中性或偏碱性； 7.5～ 放线菌：最佳7.5～8.0，一般要求中性或偏碱性； 霉菌和酵母菌：可在酸性或偏碱性环境生活，最喜欢3 霉菌和酵母菌：可在酸性或偏碱性环境生活，最喜欢3～6 的环境。生长极限：1.5～10。 的环境。生长极限：1.5～10。
三、生长曲线在污水处理中的应用 污(废)水连续处理中的细菌生长状态跟具体 的生物处理方法有关， 的生物处理方法有关，不同的生物反应构筑 细菌的生长状态可能不同， 物，细菌的生长状态可能不同，甚至在同一 个构筑物中， 个构筑物中，不同位置的细菌生长状态也不 但要以某种状态为主。 同，但要以某种状态为主。
2）恒化连续培养
恒化——进料营养物总量恒定 恒化——进料营养物总量恒定 —— 恒定的流速进水， 恒定的流速进水，恒定流速出水 尤其适合污水生物处理
目前, 污水连续生物处理法均类似于恒 目前, 污水连续生物处理法均类似于恒 化连续培养；（流速不完全恒定） ；（流速不完全恒定 化连续培养；（流速不完全恒定）
为什么常规活性污泥法不利用对数期而用静止期微生物？ 为什么常规活性污泥法不利用对数期而用静止期微生物？ 对数期微生物： 对数期微生物：
生长繁殖快，代谢活力强， 生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机 相应的，要求进水有机物浓度高。 物，相应的，要求进水有机物浓度高。 由于进水有机物浓度高，出水有机物浓度也相应提高， 由于进水有机物浓度高，出水有机物浓度也相应提高， 且这时期微生物不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差， 且这时期微生物不易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差， 导致出水水质差。 导致出水水质差。
二、研究微生物生长的方法
单个体微生物生长 生长 群体微生物生长 连续培养 分批培养
（一）分批培养 分批培养概念： 分批培养概念：将定量的微生物接种到封闭的具有
定量培养基的容器中，保持一定的温度、 、 定量培养基的容器中，保持一定的温度、pH、DO， ， 微生物进行生长繁殖。 微生物进行生长繁殖。
（二）连续培养 一方面连续进料，另一方面又连续出料。 一方面连续进料，另一方面又连续出料。 原理：进料=补足营养(“污染物” (“污染物 原理：进料=补足营养(“污染物”) 出料=稀释菌浓度、 出料=稀释菌浓度、毒物浓度 它又分为两种： 它又分为两种： 1)恒浊连续培养 1)恒浊连续培养 2)恒化连续培养 恒化连续培养。 2)恒化连续培养。
静止期微生物： 静止期微生物：
代谢活力比对数期差，但仍有相当的代谢活力， 代谢活力比对数期差，但仍有相当的代谢活力，且 生物吸附能力强，泥水分离效果好，出水水质好。 生物吸附能力强，泥水分离效果好，出水水质好。
第二节 微生物的生存因子 微生物正常生存，需要营养，除此以外，还需要 微生物正常生存，需要营养，除此以外， 合适的温度、pH、氧气等环境条件。 合适的温度、pH、氧气等环境条件。
影响指数期的因素 菌种： 菌种： 不同菌种的代时差异极大 • 营养成分：营养越丰富，代时越 营养成分：营养越丰富， 短 • 营养物浓度：影响微生物的生长 营养物浓度： 速率和总生长量 • 培养温度：影响微生物的生长速 培养温度： 率
•
3）静止期 ） 特点： 特点： •活细胞总数维持不变，即新繁殖的细胞 活细胞总数维持不变， 活细胞总数维持不变 数与衰亡的细胞数相等， 数与衰亡的细胞数相等，菌体总数达到 最高点。 最高点。 •细胞生理上处于衰老，代谢活力钝化， 细胞生理上处于衰老，代谢活力钝化， 细胞生理上处于衰老 细胞成分合成缓慢。 细胞成分合成缓慢。 •细胞生长速率为零 细胞生长速率为零
一、温度 温度对于微生物有那些影响？ 温度对于微生物有那些影响？ 温度是微生物最重要的生存条件之一。 温度是微生物最重要的生存条件之一。 当处于最佳范围时，每上升10℃，酶促反应速度 10℃， 当处于最佳范围时，每上升10℃ 提高1 代谢速率和生长速率也提高， 提高1～2倍。代谢速率和生长速率也提高，繁殖 能力最强，微生物进行大量繁殖。 能力最强，微生物进行大量繁殖。 不同微生物对温度的要求不同。可将微生物分为 不同微生物对温度的要求不同。 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。
营养物质被消耗不能满足生长需要 • 代谢废物或有害物质积累到抑制生长水平 • pH、氧化还原势等物化条件越来越不适应 、 •新生率等于死亡率 新生率等于死亡率
4）衰亡期 特点： 特点： 细胞以指数速率死亡； • 细胞以指数速率死亡； • 细胞变形退化。 细胞变形退化。
影响衰亡期的因素
•与菌种的遗传特性有关: 有些细菌的培养经历所 与菌种的遗传特性有关: 与菌种的遗传特性有关 有的各个生长时期， 几天以后死亡, 有的各个生长时期 ， 几天以后死亡 , 有些细菌 培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞； 培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞； •与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源， 与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源， 与营养物质和有毒物质有关 以及中和环境毒性， 以及中和环境毒性 ， 可以减缓死亡期细胞的死亡 速率，延长细菌培养物的存活时间。 速率，延长细菌培养物的存活时间。