水处理生物学

生物划分：界，门，纲，目，科，属，种五界系统：原核生物界，原生生物界，植物界，真菌界和动物界。

林奈双命名法：一种微生物的名称由两个拉丁文单词组成，第一个是属名，用拉丁文名词表示，词首字母大写，它描述微生物的主要特征；第二个是种名，用拉丁文形容词表示，词首字母不大写，它描述微生物的次要特征。

有时候在前面所述的两个单词之后还会有一个单词，这个单词往往是说明微生物的命名人。

底栖小型动物寿命较长，迁移能力有限，且包括敏感种和耐污种，故常称为"水下哨兵"微生物基本特征（10种类多（2）分布广（3）繁殖快.（4）易变异(5)个体微小细菌是一类单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的原核微生物。

基本形态有三种：球状、杆状、螺旋状。

杆菌是细菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。

细菌的基本结构包括细胞壁和原生质体两部分。

原生质体位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜），细胞质，核区，内含物。

革兰氏染色：结晶紫初染，碘液媒染，酒精脱色，蕃红或沙黄复染。

结果：蓝紫色——革兰氏阳性菌，红色——革兰氏阴性菌。

染色机理：1）革兰氏阳性菌的等电点为pH2-3，革兰氏阴性菌的等电点为pH4-5。

G+等电点低，负电荷多，与染料结合紧密，碘-碘化钾溶液媒染时等电点降低幅度>G-，使结合更牢固，不能被乙醇脱色，它的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物不被乙醇提取，呈紫色；G-则相反，革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合力弱，其菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现无色，再复染呈红色。

2）革兰氏染色与细菌细胞壁有关。

革兰氏阳性菌：肽聚糖含量大且交联度高。

遇乙醇脱水，孔径变小，阻止乙醇进入细胞，草酸铵结晶紫-碘化钾复合物滞留在细胞内。

无法复染，呈紫色。

革兰氏阴性菌：肽聚糖少交且联度低，脂类多。

遇乙醇溶解，孔径变大，乙醇进入细胞，草酸铵结晶紫-碘化钾复合物脱离细胞。

再复染呈红色。

细胞膜结构为“镶嵌模型”。

其要点是：（1）磷脂双分子层组成膜的基本骨架（2）磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，因而膜具有流动性（3）膜蛋白以不同方式分布于膜的两侧或磷脂层中。

主要功能为：1）控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送和交换。

2）维持细胞内正常渗透压。

3）合成细胞壁组分和荚膜的场所。

4）进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。

5）许多代谢酶以及电子呼吸链组分的所在地。

6）鞭毛的着生和生长点。

核区又称核质体、原核、拟核或核基因组内含物 1)异染颗粒主要成分为多聚偏磷酸盐，为磷源的贮藏物、能量贮藏物。

易被甲基蓝染成红色。

污水生物除磷工艺中的聚磷菌（PAOs）在好氧条件下，利用有机物分解产生能量，将周围溶液中的磷酸盐转化为多聚偏磷酸盐，以异染颗粒的方式贮存于细胞中。

2）聚-β-羟丁酸（PHB）一种碳源和能源的贮藏物，有机物厌氧代谢的产物。

PAOs在厌氧条件下将细胞内贮存的异染颗粒分解，释放出能量促进细菌代谢和生长，使大量有机物分解并转化为PHB颗粒贮存于细胞内。

荚膜概念：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。

鞘:丝状菌表面的荚膜或粘液层硬化形成的透明、坚韧的硬壳。

负染色法观察菌胶团：细菌间按一定的方式互相粘集，被一个公共荚膜包围，形成一定形状的细菌集团，即菌胶团。

(当荚膜物质融合成一团块，内含许多细菌时，称为菌胶团)芽孢定义：某些细菌在生活史某阶段或遇到外界不良环境时，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体结构，称为芽孢。

注意：芽孢≠孢子或种子特点：壁厚；水分少；不易透水；极强的抗热、抗化学药物、抗辐射能力；芽孢在细胞内的位置、形态与大小相对稳定，有遗传性；休眠力强；难染色。

细菌的繁殖方式主要为裂殖，少数类型营芽殖。

裂殖：一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。

对杆状细胞，有橫分裂（分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈垂直状态）和纵分裂（分裂时细胞间形成的隔膜与细胞长轴呈平行状态）。

芽殖：指在母细胞表面（尤其在其一端）先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式。

凡以这类方式繁殖的细菌，通称为芽生细菌。

菌落是指在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。

如果菌落是由一个单细胞繁殖形成的，则它就是一个克隆。

（纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提）。

放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物（革兰氏阳性细菌）。

介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物放线菌的形态与构造：1）单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；2）菌丝直径与杆菌类似，约1mm；3）细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）；4）细胞的结构与细菌基本相同，按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。

基内菌丝也称营养菌丝，一般无隔膜，长度差别很大，有的可产生色素。

气生菌丝是营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。

在光学显微镜下观察，颜色较深，有的产色素。

孢子丝是气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。

其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。

诺卡氏菌属又名原放线菌属，原核微生物。

有横隔，断裂，多核，无气生菌丝，横隔分裂方式形成孢子丝状细菌：铁细菌、硫细菌和球衣细菌，体外包着圆筒状的黏性皮鞘，称为~。

丝状菌：工程上常把菌体细胞能相连而形成丝状的微生物统称为丝状菌，如丝状细菌、放线菌、丝状真菌和丝状藻类（如蓝细菌）等。

铁细菌（自养丝状细菌）：4FeCO3 + O2 + 6H2O→4Fe(OH)3↓+ 4CO2 + 167.5J Fe(OH)3失水变成Fe2O3，大量堆积－→铁矿。

铁细菌一般生活在含氧少但溶有较多铁质和二氧化碳的水中。

硫磺细菌（自养丝状细菌）：氧化硫化氢、硫磺和其它硫化物为硫酸，同时同化二氧化碳，合成有机成分，体内含有硫粒，化能自养。

如果环境中硫化氢充足，则形成硫磺的作用大于硫磺被氧化的作用，其结果是菌体内累积很多硫粒。

当硫化氢缺少时，硫磺被氧化的作用大于硫磺形成的作用，这时体内硫粒逐渐消失。

完全消失后，硫磺细菌死亡或进入休眠状态，停止生长。

光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的总称。

革兰氏阴性细菌。

生长条件：厌氧光照或好氧黑暗。

不产氧光合细菌是代谢类型复杂，生理功能最为广泛的微生物类群。

蓝细菌也称蓝藻或蓝绿藻，是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素（但不形成叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核生物。

异形胞是存在于丝状生长种类中形大、壁厚、专司固氮功能的细胞。

其特点是壁厚，色浅，适应于在有氧条件下进行固氮，它不含藻胆蛋白，只存在光合系统中，不能产生氧气，但能产生ATP。

支原体，立克次氏体和衣原体是革兰氏阴性菌，原核微生物。

古菌不同于细菌，也不同于原核生物。

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。

生长条件：中温性最适温度：25~40℃；高温性；最适温度：50~60℃；最适 pH：6.8~7.2 pH低于6或高于8生长受影响酵母菌属于真核生物，霉菌属于真核，丝状真菌。

菌丝体：由许多菌丝相互交织而成的一个菌丝集团称菌丝体。

藻类是真核生物（除蓝藻外）。

藻类是具有光合作用色素，并能独立生活的自养低等植物。

其细胞分化远较高等植物低等。

原生生物是动物界中最低等的单细胞动物。

污水处理中常见的原生动物有即肉足类、鞭毛类和纤毛类。

肉足类：大多没有固定形状由体内细胞质不定方向的流动而呈现千姿百态，少数种类为球形。

细胞质可伸缩变动而形成伪足，作为运动和摄食的胞器。

变形虫喜在自然水体的多污带、α-中污带中生活，可作指示生物。

大量出现时预示出水水质差。

鞭毛类植物性鞭毛虫（绿眼虫），动物性鞭毛虫（生活在腐化有机物较多的水体内）。

（植物）鞭毛虫喜在自然水体的多污带、α-中污带中生活——指示生物，污水处理中：活性污泥培养初期或效果差时出现。

在污水处理厂曝气池运行的初期阶段，往往出现动物性鞭毛虫。

纤毛类根据运动情况可分为游泳型、匍匐型、固着型和吸管虫四种。

游泳型纤毛虫如草履虫，豆形虫、肾形虫、漫游虫等。

常见的固着型纤毛虫主要是钟虫类。

小口钟虫在各类废水处理中出现频率最大，数量也是最多。

常见的群体钟虫类有等枝虫和盖纤虫。

固着虫大量出现预示出水水质好，污泥驯化佳。

游泳型纤毛虫多在α-中污带、β-中污带生活。

——活性污泥培养中期出现，污水处理效果变差时出现；固着性纤毛虫，喜在寡污带生存（有的在β-中污带也能生活）例：钟虫：——水体自净程度高，污水生物处理效果好的指示生物。

吸管虫多在β-中污带生活。

——污水生物处理效果一般时出现。

一种生物只能在某一种环境中生长，这种生物就是这一环境的指示生物。

原生动物在废水生物处理中的作用：(一)净化废水作用①直接参与废物的去除捕食水中的悬浮的有机废物颗粒（细菌主要吃溶解性污染物）②吞噬细菌，净化出水水质③产生絮凝物质，促进活性污泥的形成(二) 指示生物作用Ⅰ.指示处理效果鞭毛虫、变形虫、和游泳型纤毛虫大量出现往往表示废水处理效果不好。

固琢型纤毛虫常在细菌数量开始下降时占优势，可固着，大量出现时往往是废水处理效果好的标志。

Ⅱ.指示污泥性质等枝虫在石化印染等工业废水处理时标志水净化程度好。

Ⅲ.指示细菌活力Ⅳ.曝气池处理效果的判断。

后生动物也称多细胞动物。

当活性污泥中出现轮虫时，往往表明处理效果好，但如数量太多，则是污泥膨胀的的前兆。

破坏污泥的结构，使污泥松散而上浮。

轮虫在水源水中大量繁殖时，有可能阻塞水厂的砂滤池。

在无毒污水的生物处理过程中，如无动物生长，往往说明溶解氧不足。

病毒是一类超显微的，非细胞的，没有代谢能力的绝对细胞内寄生性生物。

病毒的繁殖：（1）吸附吸附是病毒感染宿主细胞的前提，具有高度的专一性。

（2）侵入（与脱壳）病毒侵入的方式取决于宿主细胞的性质，尤其是它的表面结构。

（3）复制（生物合成）包括核酸的复制和蛋白质的合成。

（4）装配与释放分别合成好的核酸与蛋白质组成完整的新的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界。

烈性噬菌体：能使细菌细胞裂解的噬菌体。

敏感细菌：被侵染的细菌。

噬菌斑：固体培养基上的细菌，由于噬菌体侵染后出现的透明空斑。

有一些噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸整合到宿主细胞的核酸上同步复制并随宿主细胞分裂而带到宿主细胞内，宿主细胞不裂解。

这些噬菌体称为温和噬菌体。

这一现象称为溶源现象。

被温和噬菌体侵染的细菌称为溶源性细菌。

营养：生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种基本生理功能。

微生物的营养物质：碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐和水。