1、第八章 微生物生态,Microbial ecology,概述 第一节 自然界中的微生物 第二节 微生物之间的相互关系 第三节 微生物与环境保护,概述,生物圈地球上有生命活动的范围统称为生物圈 生态学：一门研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学 微生物生态学：研究微生物群体微生物区系或正常菌群对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学,生态学研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）。 研究意义 理论：地球进化和生物进化原因 实践：开发菌种资源、防治有害微生物、新的微生物农药、菌肥、医药、混菌发酵
2、、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能等,种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁殖集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。 群落：同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上的连锁而构成相依赖、相制约的生物集团。,生态系统,生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。 生物成分按其在生态系统中的作用，可划分为三大类群：生产者、消费者和分解者。 微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用。,微生物在生态系统中的作用,是有机物的主要分解者 是物质循环中的重要成员 是生态系统中的初级生产者 是
3、物质和能量的贮存者 是地球生物演化中的先锋种类,微生物与生物地球化学循环,碳循环 氮循环 硫循环 磷循环 铁循环 其它元素的循环,生物地球化学循环(biogeochemical cycles) 是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。这种循环是地球化学循环的重要组成部分。,碳在生物圈中的总体循环,氮循环,氮循环由6种氮化合物的转化反应所组成，包括： 固氮作用 氨化(脱氨)作用 硝化作用 硝酸盐还原与反硝化作用,第一节 微生物在自然界中的分布与菌种资源,本节内容： 一、微生物在自然界的分布 二、菌种资源的开发,微生物在自然界的分布,生物体内外的正常菌群 人体微生态 无菌
4、动物与悉生生物 植物微生态 土壤中的微生物 水中的微生物 空气中的微生物 腐败食品中的微生物 极端环境中的微生物,一、生物体内外的正常菌群,人体的正常微生物区系 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 微生态关系 正常菌群之间、正常菌群与宿主之间，正常菌群与环境因子之间的关系,人体的正常微生物区系,有大量微生物的存在部位 皮肤 粘膜 口腔 鼻腔 一切与外界环境相通的腔道：胃肠道、生殖道1014，人体细胞总数的10倍,人体上的微生物,其它生物体,无菌动物
5、（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物 悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物 根际微生物（rhizosphere microorganism）：植物根系经常向周围土壤分泌各种外渗物质，故根际有大量微生物活动。种类组成受植物的种类和植物发育阶段影响。 附生微生物（epibiotic microbe）：指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物。叶面微生物是主要的附生微生物。,二、土壤中的微生物,土壤是微生物的合适生境 土壤中的环境条件：营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度条件都适于微生物的生活，土壤微生物
6、种类齐全、数量多、代谢潜力巨大，是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库” 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，集中分布于土壤表层和土壤颗粒表面。,典型花园土壤不同深度每克土壤的 微生物菌落数 /CFu,土壤中的微生物类群,土壤是自然界微生物活动的主要场所，1g表层土壤中含微生物的数量可达107108个。水分、营养、pH、渗透压、氧、温度 土壤中微生物的分布和数量 分布和数量108109个/克肥沃土，106107个/克贫瘠土细菌放线菌霉菌 酵母菌藻类原生动物 108 107 106 105 104 103个/g 影响因素 有机物含量、湿度、pH、土壤
7、类型、深度、季节、施肥,土壤中微生物的主要类群,细菌：主要异养菌, 在潮湿土壤中生长, pH近中性 放线菌：异养型, pH 6.5-8.0种类数量丰富, 干旱土中较多 真菌：异养型 霉菌：严格好氧类群 酵母菌：几几千个/克，含糖丰富土壤中较多（105个/g） 藻类：光能自养型,土壤中微生物的含量,土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。 表层耕作土中含量最高，耕作层厚度2030cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。 采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。 土壤微生物的作用 改变土壤的性质；进行物质转化；提高土壤肥力,菌种筛选和分离的步骤,调查研究及查阅充分的资料 确定采集样品
8、的生态环境 设计实验方案 确定特定的增殖条件 采样 确定特殊的选择培养基及可能的定性或半定量检测法 增殖培养 平板分离 纯化菌种 性能测定,一. 采样,采样：采集含菌的样品。 采集目标： 由于在土壤中几乎可找到任何微生物，所以土壤一般是首选的采集目标。 除土壤以外，其他各类对象上都有相应的占优势生长的微生物。 采样中应考虑环境条件对土样本中微生物分布的影响。,1. 环境条件对微生物分布影响,土壤中有机物的含量（营养环境） 水分 温度 通风 酸碱度 植被情况,（1）土壤中营养环境,高糖环境（加工蜜饯、糖果、蜂蜜的环境）土壤 耐渗透压酵母，柠檬酸产生菌，氨基酸产生菌 富含淀粉环境污泥、水沟旁土壤中
9、 淀粉酶产生菌 森林中腐叶烂草下土壤 纤维素酶产生菌 富含蛋白质（蚕丝、豆饼、生皮晒厂）土壤 蛋白酶产生菌 油田土 石油分解菌,(2)环境条件对分布的影响,水分 离地表5-15cm土样 含水过多、过少都不理想 温度：采样以秋季为好 通风 酸碱度： 细菌、放线菌：中性或偏碱； 霉菌、酵母：偏酸 植被情况 植被的种类对微生物的分布有密切的关系。,采样方法,采样方法 （1）去除表层土 （2）取5-15cm土样几十克 （3）装入无菌牛皮低袋或塑料袋中 注意 （1）记录：时间，地点，环境情况等 （2）样品袋应封好口，防止水分失去 （3）土样应在分离前破碎 （4）尽快分离,二. 增殖培养（富集培养）,适用
10、对象：样品中目的菌所占比例较低 目的：增加样品中目的菌的数量，增大分离几率 原理：通过控制营养成分或培养条件，使目的菌得以繁殖，而非目的菌的生长受到抑制。 选择性培养基，如在土样中加入纤维素，富集纤维素分解菌,增殖培养的方法,控制培养基的营养成分 控制培养基的pH 控制培养的温度 热处理：增殖芽孢细菌 样品悬浮液经80、10分钟处理，杀死营养体，再添加营养培养，可增殖产芽孢细菌 添加抑制剂,三. 纯种分离,目的：将目的菌从混杂的群体中分离出来，获得纯培养。 纯种分离的一般方法： 稀释平板法：倾注平板或涂布平板 划线分离法 组织培养法：适用于分离高等真菌和植物病原菌 稀释摇管法：适用于分离严格厌
11、氧菌,稀释分离,划线分离,厌氧菌的培养法,去除培养基中的溶解氧，降低Eh值 煮沸法 培养基预还原法 创造无氧的环境 物理学方法 化学方法：试管无氧培养法 P392 生物学方法 混合法：厌氧罐法；厌氧手套箱,厌氧菌的斜面培养法,厌氧培养装置,Hungate滚管技术的厌氧试管,三种厌氧培养皿,厌氧罐及厌氧手套箱,四. 筛选,目的：进行生产性能测定，确定适合要求的菌株。 过程 平皿反应快速检出法 粗筛和复筛两步 培养条件优化 培养基的组成、通风量、pH值、培养温度、培养时间等 分析：定量分析,平皿反应快速检出法,1. 纸片培养显色法 2. 透明圈法 碳酸钙平板透明圈：产酸量 酪蛋白平板透明圈：蛋白酶
12、 3. 变色圈法 淀粉平板喷稀碘液：透明圈，液化型淀粉酶 支链淀粉平板喷稀碘液：蓝色圈，异淀粉酶 支链淀粉平板喷稀碘液：无色圈，液化型淀粉酶 加葡聚糖的刚果红平板：葡聚糖酶,平皿反应快速检出法,4. 生长圈法 适用：氨基酸，核苷酸，维生素产生菌的选育 工具菌： 营养缺陷型，不能合成的物质为目的菌积累的产物 菌落形态明显不同于目的菌 5. 抑菌圈法 适用：抗生素产生菌的选育 工具菌：对目的抗生素敏感的微生物,初筛和复筛的比较,好氧培养,五. 纯种分离及筛选 单细胞（单孢子）分离：获得细胞纯 小滴分离法、显微操纵器进行分离 六. 生产性能试验 培养条件优化，最终菌株可作为生产菌株或进一步育种出发菌
13、株 七. 毒性试验及菌种鉴定,从自然界中分离菌种,举例 设计一种从自然界分离中温型（高温型）淀粉酶高产菌株的方案，并说明主要步骤的基本原理 从粮食加工厂、饭店附近土壤、阴沟（高温堆肥）采样用含淀粉的液体培养基于37（5060）增殖淀粉平板划线或涂布依透明圈大小挑选菌株划线纯化液体摇瓶发酵筛菌株（初筛、复筛）测酶活鉴定菌株获高产菌株,水中的微生物类群,水中微生物的来源土著微生物，来自空气、土壤、污水、垃圾中的微生物 水包括大气水（雨雪） 、地面水、聚集水（河流、湖泊、水库）、地下水、海水 这类微生物类群，会由于阳光的照射、河水的流动以及遇到不利的条件，如水中有机物因消耗而减少，浮游生物及噬菌体的
14、吞噬，迅速死亡。,水生生境的微生物,水生生境主要包括湖泊、池塘、溪流、河流、港湾和海洋。 水体中微生物的数量和分布主要受到营养物水平、温度、光照、溶解氧、盐分等因素的影响。,水体微生物的分类,清水型水生微生物指能生长在含有机物不丰富的清水中的化能自养型或光能自养型的微生物。如硫细菌、铁细菌、衣细菌，蓝细菌、绿硫细菌、紫细菌等。 仅从水域中吸取无机物或少量有机物作营养 发育量一般不大 腐生型水生微生物 指能利用进入水体的废物废水为作为营养的微生物。如变形杆菌、大肠杆菌、产气杆菌、产碱杆菌以及芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。 能利用腐败的有机残体、动物和人类排泄物，生活污水和工业有机废物废水 发育量大,不
15、同水体中的微生物种类,水,淡水海水,地下水：无色杆菌、黄杆菌、革兰氏阳性杆菌、微球菌、诺卡氏菌地表水,溪水：营养少、主要是革兰氏阴性无芽孢杆菌、生丝微菌 河水：出现假单孢菌、芽孢、肠杆菌、弧菌、螺菌、硫细菌、微球菌、八叠球菌、诺卡氏菌、链球菌、螺旋体等污水,生活污水：荧光、绿脓、变形、枯草、阴沟、大肠、粪链球菌、病毒和噬菌体 生产污水：与所含污物有关,：密度大、渗透压高、冰点低。多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌，常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌,水体的自净作用（Self Cleaning）,水体的自净作用 通过稀释、沉降、吸附等物理作用，以及生物学和生物化学的作用，包
16、括好氧菌对有机物的降解、原生动物对细菌的吞噬、噬菌体对宿主的裂解、藻类对无机元素的吸收利用、浮游动物和后生动物通过食物链对有机物的摄取和浓缩作用，水体对有机或无机污染物的自净作用 水体自净作用的实质 除去水中天然微生物类群，其余微生物一般只生存一段时间，很快便死亡,饮用水的微生物指标 细菌总数(CFU)100个/ml 大肠菌群 3 个/L 由水传播的疾病及其检验依据 痢疾、霍乱、伤寒、肠道传染病 检验：直接检验法、大肠菌群法,大肠菌群,肠道正常细菌有三类：大肠菌群、肠杆菌和产气荚膜杆菌 大肠菌群：一群以大肠杆菌为主的需氧及兼性厌氧的G-无芽孢杆菌，能在48h内发酵乳糖产酸产气。 （大肠埃希氏菌
17、、柠檬酸细菌、产气气杆菌、肠杆菌、克雷伯氏菌等）,肠道致病菌,上：痢疾杆菌 右：霍乱弧菌 右上：伤寒沙门氏菌,四、空气中的微生物类群,空气不是微生物产生和生长的良好环境， 大气中没有固定的微生物种类。 因为空气中不含有细菌及其他微生物生长所必须的水分和各种养料；但在空气仍然能找到微生物，它们的存在，在经济上及环境卫生方面有着极大的重要性。 空气中微生物含量的多少与气候条件、人口密度及室内外的清洁卫生状态等许多因素有关. 大气中的微生物来源于土壤、水体和其他微生物源。 空气中检出率较高的微生物类群是抵抗力较强、特别是耐干燥和耐紫外线力强的。 如G+球菌、含芽孢的G+杆菌以及霉菌和酵母菌的孢子。,
18、不同地点大气中的微生物数量,工农业产品上的微生物,工业品： 食品： 农产品：,工业产品的霉腐,造成工业产品霉腐的微生物 用动植物原料、人工合成的有机物、无机物制成的工业品都可被相应微生物分解破坏，常见的为由微生物引起的霉变与腐烂 霉腐微生物（Biodeteriorative Microbiology） 材料劣化 霉变（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化 腐朽（decay） ：木质素和纤维素 腐烂（Putrefaction） ：变软发臭 腐蚀（corrosion） ：金属材料 变质（deterioration）：工农业产品质量下降,防止工业产品霉腐的方法,控制微生物生存的环境条
19、件 控制其温度、湿度、氧气和养料 采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂、物理杀菌剂 在工业产品加工、包装过程中，尽量保持环境卫生并严防杂菌污染,食品上的微生物,影响食品上的微生物的因素 食品本身的性质 环境因素条件 防腐剂：苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素K3、丙酸、二甲基延胡索酸、Nisin 食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装过程中被微生物污染，食品原料在土壤中生长所正常带有的微生物,食品上的微生物,微生物污染的危害：除引起食品变质外，还可能含有各种致病菌和毒素等有害代谢产物，会引起人类的各种严重疾病,食品上的微生物,腐败食品中的微生物 食品分类（按pH分） 酸性食品 pH在4.5
20、以下的食品，包括水果、酸菜、饮料、果酱、部分蔬菜 非酸性食品 pH在4.5以上的食品，包括粮谷类、豆类、乳类、肉、禽、蛋、蔬菜、部分瓜类,pH与微生物的生长 pH4.5以下能生长的微生物 乳酸菌类、酵母、霉菌 pH4.5以上能生长的微生物 所有微生物,防止霉腐的方法： 在加工、制造、包装过程中必须特别注意清洁卫生 控制保藏条件采用低温、干燥、密封等措施 添加少量无毒的化学防腐剂如苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素K、丙酸、二甲基延胡索酸等,罐头制品,罐头食品生产的工艺流程 动植物组织预处理调配装罐真空封藏杀菌成品 罐头的种类 酸性食品罐头： 属于一般酸性食品（pH3.74.5）者，如番茄、梨、无
21、花果、菠萝和其它水果罐头； 属于高酸食品（pH5的食品称低酸食品，如多数肉类、海产品、牛奶、玉米和豌豆等； pH为4.55的食品则称中酸食品，如肉菜混合物、汤料和沙司等 需用100的高压蒸汽灭菌法灭菌，以杀死其中最耐热的致病菌,农产品上的微生物 粮食和饲料上的微生物,导致粮食饲料发生霉变的微生物：以青霉属、曲霉属、镰孢霉属（Fusarium）等的一些种为主 真菌与真菌毒素：凡是被霉菌严重污染的粮食一般都含有多种真菌毒素， 主要真菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青霉素、黄天精、环氯素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族毒素、二氢雪腐镰刀
22、菌烯酮和T2毒素等。,极端环境下的微生物,嗜极菌/极端微生物Extremophiles 依赖于极端环境才能生长的微生物 极端环境下微生物的研究意义 独特的细胞构造 生理、生化和遗传 种系进化,类群 嗜热微生物 嗜冷微生物 嗜酸微生物 嗜碱微生物 嗜盐微生物 嗜压微生物,第二节 微生物与生物环境 之间的相互关系,微生物与任何一种生物之间的关系： 双方获益：共生、互利共栖、协同共栖、互养共栖（+） 单方获益，对方受害：寄生、捕食、拮抗（+ ），（ +） 单方获益，对方无害：偏利共栖、卫星状共栖、互生（代谢共栖）（+0） 互不相扰：无关共栖（00） 一方受害，对方无益无损：偏害共栖（0 ） 双方受损
23、：竞争共栖（ ）,1. 互生 是指两种可以单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。互惠互利A + B A B 或A 或B 互生的类型：可分可合、合比分好 微生物之间的互生 肠道正常菌群与人的互生 互生与发酵混菌培养 二元培养技术,微生物之间的互生,土壤微生物的互生关系 好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌 纤维素分解菌：有机酸 好氧性自生固氮菌：氮素 拉曼毛霉与一种红酵母，都是VB1需求者，都是只能合成硫胺素分子的一半结构；二者共栖时，互相吸收对方分泌物而可以不需要VB1，此为代谢共栖。混菌培养与生产实践酸奶的制作,人体肠道与肠道正常菌群的互生关系,
24、人体的肠道正常菌群 排阻、抑制外来致病菌 提供若干种维生素：如VB1、B2、B6、B12、VK、烟酸、泛酸、生物素、叶酸等 产生若干种酶类 一定程度的固氮作用 产气体和粪臭素,2. 共生 有些具有互利关系的两个微生物群体相互更为密切，甚至形成结构特殊的共生物体，两者绝对互利，分开后有的甚至难以单独生活，而且互相之间具有高度专一性，一般不能由其他种群取代共生体中的组成成员。 A + B A B ,微生物间的共生关系： 地衣 产氢产乙酸菌株（S菌株）与产甲烷细菌（MOH菌株） 微生物与植物间的共生关系： 根瘤菌与豆科植物 放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间的根瘤 菌根
25、，特别多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种 微生物与动物之间的共生关系： 白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物） 反刍动物与其瘤胃微生物,3. 寄生一种生物生活在另一种生物体内，从中摄取营养而进行生长和繁殖，并在一定的条件下使后者受到损害，或被杀死，这种关系称作寄生。前者叫寄生物，后者叫寄主或宿主。A + B A B 各种寄生物对寄主的寄生程度不一样，一般分三类 1.专性寄生 寄主必须是活的寄生物才能生存，如病毒 2. 兼性寄生 以腐生为主，兼营寄生。 3. 兼性腐生 以寄主为主，兼营腐生。,微生物间的寄生,噬菌体与其宿主之间的关系 真菌对真菌的寄生 细菌或真菌寄生于原生动物
26、细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于Pseudomonas phaseolicola（栖菜豆假单胞菌）,微生物与植物之间的寄生关系： 植物病原体 专性寄生物和兼性寄生物 微生物与动物之间的寄生关系： 各种病原微生物 昆虫病原菌生物农药 冬虫夏草,4.拮抗一种微生物在其生命活动过程中，产生某种代谢产物或改变其它条件，从而抑制它种微生物的繁殖，甚至毒害或杀死其它生物的现象。 A +B A B 1.非特异性拮抗 对其它生物没有选择性。 2. 特异性拮抗 如放线菌产生抗生素。 拮抗关系的利用： 筛选抗生素 食品保藏 医疗保健 动植物病害防治,5.捕食 定义：一种较大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其
27、营养需要的相互关系。 微生物间的捕食关系 原生动物吞食细菌和藻类的现象。 真菌捕食线虫和其它原生动物的现象 捕食现象的利用生物防治,第三节 微生物及环境保护,环境污染 指土壤或水体等生态系统的结构、功能受到外来有害因素的影响或破坏失去了平衡，导致物质流、能量流无法正常运转的现象 微生物对污染物的降解与转化 生物降解(biodegradation)是微生物(也包括其他生物)对物质(特别是环境污染物)的分解作用。 降解性质粒 降解难降解化合物的酶类是由质粒控制的，这类质粒被称为降解性质粒(catabolic plasmids) 。,环境中的主要污染物 无毒无机物：酸、碱、无机盐、氮、磷 有毒无机物
28、：重金属、氰化物、氟化物 无毒有机物：多糖、脂肪、蛋白质 有毒有机物：苯酚、多环芳烃、人工合成的有机物,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。,水体污染的表现：无法进行水的自净作用 水的污染源（水污染的原因） 工业废水：金属、酚、甲醛等 农业废水：农药、化肥、粪便 生活废水：代谢废物、食物残渣 有害固形物溶于水、废气溶于水,二、微生物治理污染,污水的微生物处理 微生物治理污水的原理 污水处理的微生物 污水处理的方法和装置,自然界中微生物的分解能力： 分解氰 诺卡氏菌属等14属49种 分解多氯联苯 少数红酵母、假单胞菌无色杆菌属等 分
29、解多环芳烃 产碱杆菌、假单胞菌、棒杆菌、诺卡氏菌 分解硝基炸药 柠檬酸杆菌属、肠杆菌属克雷伯氏菌属、埃希氏菌属 假单胞菌属等若干菌种 降解高分子物质 恶臭假单胞菌、芽孢杆菌,污水处理的有关名词,COD：化学需氧量使用强氧化剂使1 升污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗的氧的毫克数，即有机物所消耗的氧气的量，mg/L。强氧化剂:KMnO4和K2Cr2O7。 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。,BOD5（5日生物需氧量）：使用微生物使1升污水中的有机物在20下进行化学氧化，5日内所消耗的氧的毫克数。 即20时，每升废水在5日内能被微生物降解的
30、有机物彻底氧化所消耗的氧的量，mg/L。 水中有机物含量的一个间接指标 一级水： BOD5值小于1mg/L 二级水： BOD5值小于3mg/L 三级水： BOD5值小于4mg/L 严重污染： BOD5值大于10mg/L,污水处理,微生物处理污水过程的本质是微生物代谢污水中的有机物，作为营养物取得能量生长繁殖的过程 污水处理中的特殊微生物 针对性强 种类多 筛选难 体内有能水解污染物的酶,染色法观察到活性污泥中的各种菌落, 每一种颜色代表一种细菌,TOD：污水中能被氧化的物质在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需要的氧量,三、微生物处理污水的原理,高BOD5的污水进入污水处理装置后，其中的自然微生物区
31、系在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在客观上造成一个选择性的培养条件，随时间推移，发生微生物区系的群落演替，使水中有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降，进而达到净化的目的。,三、微生物处理污水的原理 废气（CO2、NH3、H2S、CH4、等）高BOD5污水 清水（含SO42-、NO3-、PO43-等）废渣（活性污泥、生物膜等）厌氧处理沼气 废渣（有机肥料）,污水处理装置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。,污水处理的方法和装置,（一） 厌氧处理法,沼气（marsh gas或swamp gas）：又称生物气（
32、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。 沼气发酵法 即采用厌氧消化器把微生物可降解的有机物转换成甲烷、CO2、水和其它气体的一种处理方法。 其生化本质是一种由产甲烷细菌进行的甲烷形成（methanogenesis）过程。,分两个阶段： 1产酸菌通过水解和发酵将醪液中的复杂物质（如脂肪、蛋白质、多糖）转变成简单的短链脂肪酸，主要是乙酸和丙酸。 2甲烷菌将有机酸转变成气态终产物（CH4和CO2）,复杂有机物 简单有机物（挥发酸） 甲烷、CO2兼性厌氧菌 甲烷细菌纤维素、淀粉、半纤维素纤维二糖、麦芽糖葡萄糖、 其他糖类H2、CO2、醛类、酮类、脂肪酸
33、,沼气发酵装置1,沼气发酵装置2,（二）好氧处理法,在通气情况下，好氧微生物分解污水中有机物的方法 适用于低浓度（COD1500mg/L）的有机污染物废水处理 根据在人工水处理设备中微生物所处状态的不同，分为活性污泥法和生物膜法。,活性污泥,活性污泥是一种絮状污泥，能吸附和凝集污水中有机物质和其它物质通过构成活性污泥中的好氧微生物来进行有机物的氧化和分解。 活性污泥法：（曝气法）模拟水体自净，利用好氧微生物的活性污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。微生物在设备中呈悬浮状态，与污水接触使之净化的方法；,活性污泥中微生物类群的分布 中心起絮凝作用的细菌形成菌胶团 其上生长着其它微生物，如酵
34、母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和微型后生动物（轮虫及线虫）,活性污泥中微生物类群的组成,用各种废水作培养基，在一定条件下培养的微生物群体组成絮凝物即活性污泥。 但组成活性污泥的微生物不是特定的微生物，而是以在这种条件下最能适宜生长的微生物为中心，在各种微生物密切参与下创造的一种生态系。 已查明泥土中和水中广泛分布的G-为污泥中微生物的主体，已分离的菌胶团是活性污泥絮凝物形成菌，此外还有埃希氏菌和假单孢菌。,活性污泥处理污水的流程污水 筛 稀释槽 曝气槽 沉淀槽 排放水空气 渣 剩余污泥稀释水 活性污泥 进沼气池,完全混合曝气法处理污水的装置,生物膜法,模拟土壤自净，微生物附着于其他物体表面上成薄膜状，与污水接触使之净化的方法。,好氧生物膜的净化作用机理,生物膜法的工艺流程,氧化塘,氧化塘的工艺是特殊的活性污泥法， 是一种人工的、接近自然生态系统的活性污泥法。氧化塘中的生物：藻类和细菌共存于同一环境中，保持互生关系。还有霉菌，放线菌，原生动物，线虫，水生植物等。,国外某城市污水处理厂全景,一种高效率、低能耗的污水处理设施,污水生物处理,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,
