1、第八章微生物生态学,第一节微生物在生态系统中的作用第二节生态环境中的微生物第三节人体微生物及病原微生物的传播第四节微生物与环境保护,第八章微生物生态学,第一节、微生物在生态系统中的作用,微生物在生态系统中的角色,微生物与生物地球化学循环,碳循环,氮循环,硫循环,其他元素的微生物转化,磷循环,铁循环,微生物在生态系统中的角色,微生物是有机物的主要分解者,微生物是物质循环中的重要成员,微生物是生态系统中的初级生产者,微生物是物质和能量的贮存者,微生物是地球生物演化中的先行者,碳循环,碳在生物圈中的总体循环,微生物在碳循环中的作用,CO2+H2O,CO2+CH2O,醇有机酸 CO2+H2,CH4,光
2、合作用,发酵作用,呼吸作用,化石燃料,碳在生物圈中的总体循环,氮循环,自然界中的氮素循环,微生物在氮素循环中的作用,固氮,氨化作用,硝化作用,硝酸盐还原和反硝化作用,生物体有机酸,NO3-,NH4+,NO2-,NO,N2O,大气N2,同化作用,氨化作用,硝化作用,硝化作用,反硝化作用,生物固氮,同化作用,还原作用,自然界中的氮素循环,生物固氮：据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5 107吨，林地4.0 108吨，海洋3.6 108吨，其它土壤0.6 108吨。根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。,硝化作用（nitrification）,定义：土壤或
3、水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。过程：两阶段（1）由亚硝化细菌参与，铵亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸硝酸。意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,氨化作用（ammonnification）,定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。分解蛋白质的微生物种类：Proteus vulgaris（普通变形杆菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌），Clostridium putrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌：Sporosarcina ureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacillus
4、 pasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌：Bacterium chitinophilum（嗜几丁杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,反硝化作用,定义：由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）。菌种：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps. stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。意
5、义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,硫循环,生物体有机硫,SO42-,H2S,原素S,硫酸盐还原,脱硫作用,硫氧化作用,硫氧化作用,同化作用,异化性硫酸盐还原,微生物在硫素循环中的作用,硫的氧化,硫酸盐还原,有机硫化物的矿化（硫化氢释放）,其他元素的微生物转化,有机质的分解作用,无机离子的固定或同化作用,无机离子和化合物的氧化作用,氧化态还原态的还原作用,陆生生境的微生物,水生生境的微生物,大气生境的微生物,工农业产品上的微生物及生物性酶腐的控制,第二节、生态环境中的微生物,极端环境下的微生物,生
6、物体内外的正常菌群,微生物群落,一、微生物群落,种群：具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群，种群是组成群落的基本部分。群落：一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松散结合的一种结构和功能单位。,互生,共生,竟争,寄生,捕食,中立生活、偏利作用、偏害作用,种群的相互作用,有利关系：互生 共生：互惠共生和偏利共生 有害关系：拮抗（偏害共生） 寄生 捕食 竞争,第三章 微生物的生态,微生物与人类健康,互生,两种生物可以独立生活。也可以形成松散的联合，对一方有利，或双方都有利。,微生物间的互生关系,微生物与高等植物之间的互生关系,微生物与人及动物间的互生关系,固氮菌,纤维素分解菌,固氮,碳源,
7、微生物与高等植物之间的互生关系,根际微生物与高等植物：高等植物为微生物提供所需的营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物的生长。,微生物与人及动物间的互生关系,某些种类微生物在数量极少的情况下对人及动物物体是有益的。一般不会致病。,二、共生,二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。共生一般有二种情况：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）,1. 微生物间的共生关系,地衣藻类或蓝细菌和真菌的共生体 生理上的共生：其中蓝细菌和绿藻进行光合作用，为真菌提供有机养料，而
8、真菌则以其产生的有机酸分解岩石为藻类提供矿质元素。 结构上的共生：形成有固定形态的叶状结构。细菌与原生动物间的共生关系：细菌栖息于原生动物细胞内，获得营养和保护环境；原生动物通过共生菌获得生长所需要的维生素及其它生长因子。,2.微生物和植物间的共生关系,根瘤根瘤菌与豆科植物间的共生体。根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。菌根：土壤真菌与植物根形成的共生结构。具有改善植物营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能。,微生物与植物共生体菌根,侵入线,根瘤的形成过程,3. 微生物与动物的共生关系,与昆虫的共生关
9、系 外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生。 内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌。与反刍动物的共生关系：反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿等。深海火山口细菌与蠕虫的共生关系,微生物与动物共生,微生物和昆虫的共生,瘤胃共生,发光细菌和海洋鱼类共生,牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。,竟争,一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。,非特异性拮抗作用指一种微生物通过自身的代谢活动改变环境条件,非特异性地抑制其他微生物的作用。其作用方式：产
10、酸。腌制泡菜、酸菜或青贮饲料产生乙醇。抑制除醋酸菌以外的其它微生物的生长改变氧分压。,特异性拮抗作用 是一种微生物在代谢活动中专门产生的一些特殊次生代谢产物能在低浓度下有选择性地抑制或杀死另一种微生物的作用。 细菌素 抗生素,寄生,一种生物能侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象叫寄生。,微生物间的寄生关系,微生物对植物的寄生,微生物对人与动物的寄生,微生物间的寄生关系,细菌间：一种细菌可以寄生在另一种细菌体内，如食菌蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多-菌体内。,真菌间：一种真菌寄生在另一种真菌间较普遍。,寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，
11、然后再缠绕致死。,有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸收营养使之死亡。,还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行生长繁殖。,一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。 微生物间的寄生: 噬菌体细菌；蛭弧菌细菌；真菌真菌；真菌、细菌原生动物。微生物与动植物间的寄生关系: 各种各样的致病菌多是行寄生生活。,第三章 微生物的生态,微生物对植物的寄生,微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因。,能引起植物病
12、害的微生物称为植物病原微生物。,植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状。,能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。,植物病害以真菌病害为主，占。细菌性植物病害占。,微生物对人与动物的寄生,微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等,病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。,猎食,原生动物以水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类为食，这种关系即为猎食关系。,二、陆生生境的微生物,土壤是微生物良好的生活场所,土壤中的微生物,细菌,放线菌,真菌,藻类和原
13、生动物,微生物在土壤中的分布的影响因素,土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。土壤微生物的数量和分布受季节影响；微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。土壤中的微生物以细菌最多，其次位放线菌和霉菌。,2.土壤中的微生物分布特点,(1)参与自然界的物质循环. (2)分解动植物的尸体、排泄物及化学污染物等。 (3)固定大气中的氮气,促进植物的生长. (4)土壤中有不少微生物常被用来生产各种抗生素等药物.,土壤中存在的大多数微生物对人类是有益的.,但是土壤中少数的病原菌,则是造成
14、各种传染病的病因.,土壤是微生物良好的生活场所,1、为微生物提供了良好的源、源、能源。,2、为微生物提供有机物、无机盐、微量元素。,4、土壤值范围5.58.5之间。,5、温度、季节与昼夜温差不大。,6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。,7、适宜的渗透压。,3、满足了微生物对水分的要求。,细菌,生物量：单位体积内活细胞的重量。,每克肥土可含亿个细菌。,以每亩半尺深耕作层土壤重30万计，细菌活重约100450斤。,放线菌,多分布在有机物较丰富的碱性土壤中。,(几万-几百万)/克土壤,土壤中放线菌数量仅次于细菌,由于菌体大，其生物量与细菌接近。,真菌,真菌主要分布在接近地面的土层中，以丝状体和孢子体
15、形式存在于土壤中，(几千几十万个)/每克土壤。,由于菌体粗大，其生物量不低于细菌，放线菌，为0.6mgg土壤，菌丝最长可达40米。如酵母在果园土壤里含量几十万个g土壤。,藻类和原生动物,藻 类 （万个克土）原生动物 （万个克土）,纤毛虫，鞭毛虫、肉足虫等为主，它们以其它微生物和有机物碎片为食，对其它几类微生物的数量起调节作用。,微生物在土壤中的分布的影响因素,土壤深度对微生物分布的影响,有机物含量对微生物分布的影响,碳源对微生物分布的影响,酸碱度影响微生物分布,土壤中微生物的数量：按种类递减细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物耕作土壤中，细菌湿重约90 225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所
16、含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。,微生物的水域环境,水中无机盐,水中有机物,值,温度,光线,三、水生生境的微生物,淡水中的微生物,海水中的微生物,淡水中的微生物,细菌总数不得超过：100个/毫升,饮用水消毒常用方法：,大肠菌群指数不得超过：3个/升,我国相关法规对饮用水微生物指标的规定：,加入液态氯或次氯酸盐,3.饮用水的细菌学指数,细菌总菌数： 100个/ml 大肠菌群数： 3 个/L,目前,我国规定的生活用水的标准是:,海水中的微生物,平均含盐
17、量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低。微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌；形态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小；生理：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏感；分布：不均匀，与水深成反比，010米少；1050米呈上升变化；50米以下数量减少；海底沉积物上多；常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌,清水型水生微生物,洁净湖泊和水库，微生物数量少(10-103/ml)，以化能自养型和光能自养型微生物为主，部分腐生细菌，如色杆菌、无色杆菌和微球菌等；霉菌中如水霉、绵霉等的一些种；以及单细
18、胞和丝状的藻类和一些原生动物常在水面生长，数量较少。以上微生物种类可以认为是水中的“土著”菌群。根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三类：贫营养细菌（1-15mgC/L）、兼性贫营养细菌（指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌）、富营养细菌（10gC/L）,类型及环境情况：流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟水；流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，有机物含量大增。微生物数量和类群：数量：大量外来的腐生细菌，使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量达到107108个；类群：革兰氏阴性无芽孢杆菌，纤毛虫类、鞭毛虫类和根
19、足虫类等原生动物，还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌繁殖及后果：通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。,腐败型水生微生物,水的自净作用,污水中的微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物，同时它们的数量随之减少，污水也就逐步净化变清。水源的饮用价值：良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。在自然水体尤其是快速流动的水
20、中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。其原因是多方面的，有稀释、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各种生物学和生物化学作用，这种作用称为水的自净作用。是流水不腐的原因。,空气干燥，不利于微生物生命活动，不是微生物生长繁殖的场所但却飘浮着相当数量的微生物，来自地面、动植物、尘土。,四、大气生境的微生物,城市街道、医院、畜舍等公共场所空气中含量高；森林、海洋、高纬度地带的空气中微生物含量很少。,微生物在空气中只能短时间停留，就要落地，大部分死亡，包括一些人体病原菌。,但结核、白喉，炭疽等杆菌和肺炎双球菌、葡萄球菌、流或病毒、脊髓灰质炎病毒抗性比较强。能传染疾病。,微生物在空气传播的距离是无限的，因
21、而其分布是世界性的。,空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一,五、极端环境下的微生物,嗜热菌,嗜冷菌,嗜酸菌,嗜碱菌,嗜盐菌,嗜压菌,抗辐射的微生物,六、生物体内外的正常菌群,人体：正常微生物区系；,植物体表：分泌物可被微生物利用；,动物体表：为动物体正常菌群。,七、工农业产品上的微生物及生物性酶腐的控制,粮油食品中的微生物,工业材料上的微生物,鲜肉：假单胞杆菌,大肠杆菌,球菌,肠球菌蛋类：环境中细菌、霉菌可进入蛋壳使蛋变臭菜果：细菌、真菌、病毒、酵母菌鱼 ：水体中的微生物类群,粮油食品中的微生物,罐头食品是人仍然用来长期保存食品的一种方法，主要通过密封如热杀死微生物，即可长期保存，但有
22、些耐热的芽孢杆菌，芽孢梭菌能形成芽孢，引起罐头变质。,所贮粮食含水量低于造成低温缺氧环境（密闭）使用防霉化学药剂,防止粮食污染霉变的办法是,微生物引起的劣化种类：霉变（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化腐朽（decay）泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象，常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象腐烂（或腐败，Putrefection，rot）主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化腐蚀（corrosion）主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化变质（deterioration）指由各种生物或非生物因素引起的工农业产品质
23、量下降的现象,霉腐微生物学,定义：工农业产品的劣化主要是霉变与腐烂，故研究危害各种工农业产品的微生物种类、分布、作用机理以及如何防治其危害的科学。霉腐微生物的作用机理：通过微生物酶系分解各种工农业产品中的相应组分产生危害；在矿物油中生长，不仅因大量菌体阻塞机件，代谢产物会腐蚀金属器件；硫细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌会对金属制品、管道和船体外壳等产生腐蚀；菌体和代谢物属于电解质，对电讯、电机器材等会危及其电学性能；有些霉菌分泌的有机酸能腐蚀玻璃以致严重降低光学仪器的性能；烟叶、中药材、化妆品建材、图书、文物、档案、艺术品、生物标本。,工业材料上的微生物,腐蚀木材：担子菌类、多孔目、多孔菌、层孔菌腐
24、蚀金属：铁细菌、细菌腐蚀纺织品：细菌、霉菌,防腐方法：,用防菌物隔离：沥青涂管道,用杀菌剂处理材料：纸浆中加入五氯酚，有机汞,改变材料分子结构使之具抗菌性能：如把棉花纤维素分子乙酰化或氰乙基化,第三节、人体微生物及病原微生物的传播,正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大，种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。,正常菌群与人体的关系：一般能维持平衡，菌群内部的各种微生物之间，也是相互制约而维持相对稳定。,变化情况：正常菌群是相对的、可变的、有条件的。,机体防御机能减弱时，一部分正常菌群会成为病原微生物；正常菌群在非正常部位时也可引起疾病；由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互
25、制约关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。,正常菌群在微生态平衡时主要表现对宿主有巨大生理功能，甚至是必不可少的。但是一旦出现微生态失调时，它又可产生对宿主不利作用。,三、正常菌群的主要生理功能,1.生物屏障,双歧杆菌等生理性细菌的胞壁脂磷壁酸能特异地黏附于人肠上皮细胞受体，形成了生物膜样屏障结构，电镜下显示这些定植微生物与肠上皮细胞几乎融为一体，构成所谓膜菌群生物屏障。 正常菌群第一重要的生理功能是抵御有害细菌及毒素对肌体的损害，保持机体内环境的稳定即构成生物屏障定植抗力。,2.化学屏障作用,这些膜菌群不仅具有占位、营养争夺，还具有空间位阻作用，使许多外来的致病微生物无法定植和入侵机体。
26、,构成生物屏障的大量生理性细菌定植、生长和繁殖产生大量的短链脂肪酸、酶、细菌素类活性物质（如乳链球肽、乳酸菌素以及一些活性生物肽类物质等等），这些物质都参与了化学屏障的构建，可以直接抑制或杀死致病菌的生长。,3.免疫屏障作用,肠内免疫系统既包括特殊黏膜免疫防御系统，还包括由肠内细菌抗原引发的机体体液免疫和细胞免疫。 黏膜免疫，肠壁特殊区域如潘氏盘 对微生物成分应答以后 经淋巴细胞转移到肠壁的各个部分 将免疫反应信息传递给整个免疫系统和器官。肠黏膜产生一种在结构上特异的抗体如分泌性免疫球蛋白覆盖肠黏膜表面 阻止病原菌入侵黏膜内。,4.正常微生物群促进机体代谢和营养作用,此外肠内细菌抗原刺激产生体
27、液免疫而分泌的IgG和 IgM抗体，以及刺激细胞免疫产生的细胞因子都参与了免疫屏障的构成 。,（1）肠道微生物在肠道脂类和固醇类代谢方面起重要作用。（2）双歧杆菌等正常菌群参与蛋白质代谢。（3）肠道菌群参与胆固醇和胆汁酸代谢。（4）参与一些营养素如维生素合成。,（5）肠道正常菌群参与体内药物代谢过程。,6.正常菌群参与诱发和拮抗肿瘤作用,（1）一些物质（主要是食物）经肠道菌群作用后形成癌肿的诱导物。（2）双歧杆菌或乳杆菌又参与拮抗肿瘤作用。（3）正常菌群在诱发肿瘤细胞凋亡方面也发挥相当作用。,7.正常菌群保持“三流”的正常运转，维持内环境稳定,8.正常微生物群的生物拮抗作用,（1）占位保护作用
28、（2）正常微生物群的空间位阻与免疫作用相互协调（3）正常微生物群的占位保护作用与化学屏障作用密不可分（4）正常微生物群的生物拮抗和营养争夺作用,9.正常微生物群抗衰老的生理作用,（1）氨的产生（2）胺的产生（3）酚类物质（4）色氨酸及同类物质,正常微生物群有害代谢产物促进了衰老的进程。,正常微生物群有具有抗衰老的生理作用。,（1）产生一定量的SOD（超氧化物歧化酶）及谷胱甘肽-过氧化物酶（2）可使氨转变成尿素，降低血氨浓度（3）使腐败菌有毒代谢产物减少，从而大大延缓了衰老的进程。,10.正常微生物群促进微生态平衡,正常微生物群对宿主健康具有相互保护作用，这也是人类和动物健康赖以生存的主要条件之
29、一，这种微生态平衡的一个重要标志就是宿主的健康状态。 正常微生物群对宿主发挥生理作用是有条件的，这个条件就是栖居微生物群与宿主与环境保持动态生理性生态平衡。,第四节、微生物与环境保护,环境中的主要污染物,微生物对污染物的降解与转化,污染物的微生物的处理污水处理,无毒有机物,有毒有机物,无毒无机物,有毒无机物,重金属的转化,一、微生物对污染物的降解与转化,微生物对无毒有机物的降解,微生物对有毒有机物的降解,微生物对重金属的转化,生物降解（biodegradation）：是微生物对物质（特别是环境污染物）的分解作用。,微生物对有毒有机物的降解,农药,石油,洗涤剂,多氯联苯,氰和腈,2002.11.
30、19巴哈马籍油轮“威望号”在西班牙发生断裂沉没导致燃料油泄漏。这艘船共装有7.7万吨燃料油。,动物保护者在为鸟清洗身上的油污,二、重金属的转化,微生物不能降解重金属，微生物作用于重金属主要是改变金属在环境中的存在状态从而改变它们的毒性。,三、污染物的微生物处理污水处理,污水,污水处理中的特殊微生物,污水生物处理原理,污水生物处理类型,污水当进入水体的外来污染物质数量，超过了水体的自净能力，并达到破坏水体原有用途的程度，即为水污染。,污水处理中的特殊微生物,针对性强,筛选难,种类多,体内有能水解污染物的酶,一种高效率、低能耗的污水处理设施,污水生物处理原理,二、微生物处理污水的原理,污水处理装置
31、是一个小型生态系统，在其中利用各种生理生化性能的微生物类群间的互相配合而进行的一种物质循环过程。,高BOD5的污水进入处理装置后，其中的自然微生物区系在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在可观上造成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推移，发生了微生物区系的有规律的更迭，从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降，进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。其废渣经过厌氧发酵生产沼气和有机肥。,污水处理的有关名词,BOD5（biological oxygen demand）：五日生化需氧量。表示水中有机物含量的间接指标。一般指在20下，1L污水中所含的有机物（主要是有
32、机碳源），在进行微生物氧化时，5日内所消耗的分子氧的毫克数（或ppm数）。测定方法：取一定量被测水样，用加有磷素营养和经氧饱和的稀释用水稀释到一定浓度，然后放在密封瓶中，在20 恒温培养5天，测定水中残留溶解氧的量。COD（chemical oxygen demand）：即化学需氧量。使用强氧化剂使1L污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。实际上许多无机物也能被氧化而影响COD值。COD能在短时间内测得，有利于指导现场操作。常用的氧化剂是K2Cr2O7，测得为CODCr。,三、污水处理的主要装置,国家重点建设项目浦东污水处理工程,污水生物处理类型,生物膜法,活性污泥法,氧化塘法,
33、厌氧处理法,土壤灌溉法,北京高碑店污水处理厂,活性污泥法,滨洲污水处理厂 8万方/日,氧化塘法,1. 在微生物净化污水过程中，由于微生物的生长繁殖而形成的表面积较大的菌胶团或絮状微生物群体叫作活性污泥。活性污泥中的成分主要为微生物细胞及其代谢产物，此外还含有废水中的有机物及少量无机物等。其中微生物细胞主要是细菌、真菌、藻类、原生动物和简单的后生动物等。活性污泥可以净化污水是因为污水中含有丰富的有机物，这些有机物大分子可以作为活性污泥中微生物的生长所必需的碳源、氮源及能源。活性污泥原理当活性污泥与污水混合后，活性污泥中的微生物向胞外分泌分解污水中有机大分子的水解酶，有机大分子降解产生的小分子透过
34、细胞膜进入微生物细胞内，进入细胞内的小分子通过微生物的代谢，一部分构成微生物细胞的组成部分，另一部分为微生物的生长提供能量，最后的终产物是对环境没有污染的无机小分子。通过活性污泥反应，可以达到降低或消除污水的潜在污染作用，从而保护了我们美丽的生态环境。,2、好氧生物膜法利用固着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法称为生物膜法，是一种重要的生物处理方法。亦称固着膜法，主要结构是生物滤池 英国称为溶滤池，美国称为滴滤池。,3、 氧化塘法被世界广泛采用的主要处理方法。规模可从处理小于1000人的污水到大于10万人的污水。美国约有3500个氧化塘，约占人口的7。我国从1950年初开始应用氧化塘处
35、理城市污水和工业废水。1950年代西安利用古运河建立了污水库，70年代武汉修建了鸭儿湖氧化塘处理化工废水，到90年代初发展到100多座。,特殊的活性污泥法。氧化塘是人工的、接近自然水生生态系统，在氧化塘(或氧化沟)内，各种生物共存于同一环境中，保持互生关系。其食物链与自然水体基本相同。,4、氧化塘的基本形式厌氧塘、好氧塘、兼性塘和曝气塘1）厌氧塘一般表面积小、深度大(可达4.5m)，使池塘处于厌氧状态，主要反应是酸化和甲烷发酵，一般作为高温高负荷污水的预处理，停留2050d。,氧化塘净化污水的原理1、表层好氧菌或兼性厌氧菌氧化分解有机物，释放出氮、磷和CO2。表层的藻类利用氮、磷和CO2，光合
36、作用，释放出氧气。溶解氧又为好氧菌所利用，这样构成藻菌“共生”体系。 2、塘下层和污泥层进行厌氧过程，形成CH4、CO2、NH3，和H2S，还有多种可溶性降解产物。,5、沼气发酵与环保,沼气（marsh gas或swamp gas）：又称生物气（biogas），是一种混合可燃气体，其中主要成分为甲烷、还含有少量H2、N2、CO2等。沼气发酵：其生化本质是一种由产甲烷细菌进行的甲烷形成（methanogenesis）过程。甲烷形成的阶段理论：1906年，Omeliansky提出，由纤维素等复杂有机物经甲烷菌分解直接产生CH4和CO2；1930年代有人将其分为产酸和产气两阶段；1979年Bryan
37、t提出三阶段理论。即：大分子降解产酸，厌氧和兼性厌氧菌，产物为有机酸、氨、H2、CO2；产氢产乙酸细菌，产物为乙酸和H2；产甲烷菌群，严格厌氧产物为甲烷。,沼气发酵的意义,生物量的概念：某一时刻存在于一个生态系统中的全部生物体有机物质的总和，称为生物量。植物秸杆和其它动植物残体是含量最高的生物量，是一类可再生资源（renewable）或永续资源。一步利用燃烧，快速取得其中约10%左右的热能和草木灰梯级利用方式：粉碎做牲畜饲料畜粪沼气发酵，利用其中约90%化学能固体残渣可做优质肥料，甚至添加到饲料中产甲烷菌是自然界碳素循环中厌氧生物链的最后一个成员,二、粪便污染指示菌,人畜粪便中常常带有大量的微
38、生物，其中有些属于正常的、对人体无害的肠道微生物，有些则是病原微生物，进入水体后，可造成水体的污染，从而引发各种肠道疾病。因此，水质的卫生学检验，对于保护人群健康，具有重要意义。致病菌数量少，检测比较复杂，故选用间接指标即粪便污染的指示菌为代表。常用肠道正常细菌在水中的存在及数量情况作为粪便污染的指示。,健康成人粪便内的微生物数量,二、诱变及化学致癌物质的检测Ames试验,“生物化学统一性”法则： 人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。,Ames试验的依据,诱变剂的共性原则： 化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。,Ames试验,Ames试验,斑点试验和平板掺入试验,发光细菌法,自 1672 年 RBoyle 观察到发光的菌体所发出的光易被化学物质抑制后，许多科学家 相继对细菌的发光效应进行了大量的研究。本世纪 70 年代至80 年代初，国外科学家首次从 海鱼体表分离和筛选出对人体无害，对环境敏感的发光细菌，用于检测水体生物毒性，现已 成为一种简单、快速的生物毒性检测手段。80 年代初我国引进了这项技术，并先后分离出 海水型和淡水型（青海弧菌）的发光细菌，用以检测环境污染物的急性生物毒性。,
