环境工程微生物学_05微生物的生长繁殖Word

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　第五章 微生物的生长繁殖 与生存因子

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　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， 微生物的细胞不断迅速增长的现象。

　　2.繁殖： 什么是微生物的繁殖？

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　　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 增长，而不是个体数目增长，不叫繁殖，叫 生长。 不但细胞个数增加，个体也增加，则为繁殖

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　　3.发育：微生物的生长与繁殖是个交替过程，

　　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。 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， 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 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。

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　　二、研究微生物生长的方法单个体微生物生长 生长 分批培养

　　群体微生物生长连续培养

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　　(一)分批培养

　　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、pH、DO, 微生物进行生长繁殖。

　　少

　　多

　　少

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　　生长曲线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。以细菌的个数 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，最终可得该细菌的生长 曲线。 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、 衰亡期。 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。故， 将生长曲线粗分为四个生长期。

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　　微生物生长曲线

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　　1.停滞期 停滞期特点 生长速率等于零 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

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　　停滞期-“万事开头难”

　　特征： 不立即进行细胞分裂、增殖，数量不变甚至减少细 菌 数 目 的 对 数 值

　　提问：为什么会出现停滞 期呢？

　　停滞期

　　适应环境(合成相应的 酶),营养储备(用于复 制合成)时间t

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　　影响停滞期长短的因素 1.接种龄: 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； 2 接种量。 1)接种量大，停滞期较短； 2)接种量小，停滞期较长。 3 培养基成分: 1)培养基成分丰富的，停滞期较短； 2)培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。

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　　2.对数期特点

　　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 群体的生理特性较一致

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　　指数生长公式：

　　N t= N 02 n LgNt=lgN0+nlg2 n =(lgNt-lgN0 )/lg2 = 3.3(lgNt-lgN0)式中 N0 为起始细胞数目， Nt 为指数生 长某个时刻t时的细胞数目，n为世代 数。 N0 、 Nt 和 t 可由实验获得， n 可通 过上式计算得出。

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　　影响指数期的因素 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 短 营养物浓度：影响微生物的生长 速率和总生长量 培养温度：影响微生物的生长速 率

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　　3)静止期 特点：

　　活细胞总数维持不变，即新繁殖的细胞 数与衰亡的细胞数相等，菌体总数达到 最高点。 细胞生理上处于衰老，代谢活力钝化， 细胞成分合成缓慢。 细胞生长速率为零

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　　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

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　　4)衰亡期 特点： 细胞以指数速率死亡； 细胞变形退化。

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　　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 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；

　　与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源， 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。

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　　(二)连续培养

　　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”) 出料=稀释菌浓度、毒物浓度它又分为两种： 1)恒浊连续培养 2)恒化连续培养。

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　　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)以浊度为控制指标。 当浊度大时，加大进水流速，降低浊度； 当浊度小时，降低流速，提高浊度。

　　2)恒化连续培养恒化——进料营养物总量恒定 恒定的流速进水，恒定流速出水 尤其适合污水生物处理

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　　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)

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　　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，不同的生物反应构筑 物，细菌的生长状态可能不同，甚至在同一 个构筑物中，不同位置的细菌生长状态也不 同，但要以某种状态为主。

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　　平 推 流 式 活 性 污 泥 法

　　衰老期

　　稳定期

　　占优势

　　对数期

　　进水

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　　总结 常规活性污泥法：利用减速期、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； 延时曝气法(氧化沟):内源呼吸期

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　　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：生长繁殖快，代谢活力强，能大量去除废水中的有机 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， 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。

　　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，且 生物吸附能力强，泥水分离效果好，出水水质好。

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　　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 合适的温度、pH、氧气等环境条件。

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　　一、温度 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。 当处于最佳范围时，每上升10℃,酶促反应速度 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。 不同微生物对温度的要求不同。可将微生物分为 嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌、嗜超热菌。

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　　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

　　最适温度 5~10 25~40 50~60 70~105

　　最高温度 20~30 45~50 70~80 110~113

　　低温、中温和高温细菌的生长温度范围

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　　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

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　　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 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。冬天，需要进行加热处理。

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　　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。 冰箱中冷藏的蔬菜、水果发霉变质腐烂的原因。

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　　小结： 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。 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。

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　　二、pH 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 性或偏碱性； 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3~6 的环境。生长极限：1.5~10。

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　　小结 1.污水处理生物处理构筑物内pH控制在6.5~8.5 之间。 2.微生物培养基中应该加入缓冲物质。 3.污泥厌氧处理时，也要控制好pH,一般在 6.6~7.6,最好控制在6.8~7.2之间。

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　　三、氧化还原电位 用Eh表示，单位为V或mV。 氧化环境时， Eh为正，充满氧气时，上限为+820mV;还 原环境时，mV为负，充满氢气时，下限为-400 mV。不同微生物要求的氧化还原电位不同： 1.一般好氧微生物：+300~+400 mV ,大于+100 mV,才 能生活。 2.兼性菌：+100 mV为界，大于时进行好氧呼吸，小于 时进行无氧呼吸。 3.厌氧菌：-200~-250 mV。

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　　对于好氧生物处理系统，Eh 处于+200~+600mV视为正 常。

　　如果，出水中Eh下降，处理效果不佳。

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　　氧化还原电位的影响因素 受氧分压的影响：氧分压高，氧化还原电位高；氧分 压低，氧化还原电位低。 在培养微生物过程中，由于微生物生长繁殖消耗了大 量氧气，分解有机物产生氢气，使氧化还原电位降低， 在微生物对数生长期中下降到最低点。 受环境中pH的影响： pH低时，氧化还原电位低， pH高时，氧化还原电位高。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　四、溶解氧

　　专性好氧微生物

　　好氧微生物微量好氧微生物 微生物 与O 的 关系 专性厌氧微生物 厌氧微生物 耐氧厌氧微生物

　　兼性微生物

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　(一) 好氧微生物 必须有氧才能生存，氧气对于好氧微生物的作用： 1.最终电子受体；2.参与物质合成 好氧微生物做好氧呼吸时，会产生毒害物质如：过氧 化氢、过氧化物和羟自由基等。但由于好氧微生物体 内也有相应的酶可以分解上述物质，因此，好氧微生 物可以在氧气条件下正常生存。 好氧微生物所需要的氧气是溶解在水中的氧气， 即DO。 溶解氧与大气压力及温度有关，温度越高，溶解 氧越低。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　好氧生物处理系统中，为了保证微生物的正常工作， 必须为它们提供足够的溶解氧。 工程上，通常采用鼓风曝气的形式向水中强制充氧， 对于生活污水厂，BOD5200~300mg/L。如果曝气池的 活性污泥浓度在2000~3000mg/L时，溶解氧必须保证 在2mg/L以上。通常控制在3~4mg/L。

　　当供氧不足时，也会造成污泥的丝状菌膨胀。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　(二)厌氧微生物 可分为两种，一种有氧就要死亡；另一种，有氧无 氧无所谓，生活过程中，不会中毒也不利用氧。 通常说的厌氧菌多指第一种，称为专项厌氧菌。它 在有氧条件下，代谢过程中会产生过氧化氢，但体 内不具有过氧化氢酶，专性厌氧微生物将被过氧化 氢杀死。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　厌氧微生物在培养时，培养基必须保证无氧。 方法：惰性气体驱氧：氮气或氦气。 用胶塞密封培养装置，并在容器中加入氧化还原性颜 料(甲基蓝或刃天青),当在还原态时无色，氧化态 时显色。一旦显色，说明有氧存在。 可在培养装置中预先加入些兼性微生物混合培养，一 旦有氧，可被兼性细菌消耗掉。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　(三)兼性菌 有氧无氧都能生存。 兼性菌的作用： 1.积极作用： a.污水处理 溶解氧充足时，好氧菌与兼性菌都起作用，当供 氧故障时，兼性菌仍可起作用，但不如有足够溶 解氧时处理效果好。 b.水解酸化 c.脱氮。 2.消极作用 a.土壤脱氮，N素损失，土壤肥力下降。 b.产生亚硝酸胺 污水必须脱氮。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　氧气与微生物的关系类型 与O2关系 代谢类型

　　专性好氧微好氧 兼性

　　必须有氧有氧，含量低 可有、可无

　　好氧呼吸好氧呼吸 有氧呼吸或发酵

　　专性厌氧 耐氧

　　氧有毒害或致死 可在有氧下存活， 不用氧气

　　无氧呼吸 发酵

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　五. 水活度水分对微生物很重要，但是，水对微生物的影响，不但取 决于环境中水的含量，更取决于水的有效性。 环境中水的有效性用水的活度α w表示。 α w指在一定温度和压力下，溶质蒸气压与纯水蒸气压之 比。 环境中的α w介于0~1之间，溶液浓度越大， α w越小。 微生物一般在α w为0.65~0.99的条件下生长, α w过 低时,大多数微生物将停止生长。 不同微生物的α w也不同。

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　六、渗透压 用半透膜将两种不同浓度溶液隔开后即可产生渗透压。

　　渗透压与浓度有关。 说明：浓度相同时，分子小的物质溶液渗透压大。 离子溶液比分子溶液渗透压大。

　　微生物喜欢怎样的渗透压环境呢？

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　　微生物在不同渗透压环境中的状态

　　a.5~8.5g/L的NaCl(生理盐水0.9%) b.0.1g/L的NaCl c.200g/L的NaCl

　　第一篇为微生物学基础,介绍微生物的个体、群体特征;生理生化特性;生长特征、遗传变异等分子生物学和分子遗传学基本原理;第二篇为微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,介绍在环境工程中各种生物处理方法的微生物机理;如何应用微生物基础知识分析和解决工程中发现和出现的问题;介绍固定化微生物、微生物絮凝剂、沉淀剂等的开发与应用,以及微生物能源的开发与应用。第三篇为实验,其内容具有基础性、可操作性和实用性。

　　a.等渗溶液，细胞形态与大小不变。 b.低渗溶液，溶液中水分进入细胞内部，细胞膨胀。 c.高渗溶液，细胞内水分流出，细胞发生质壁分离。人们常吃的咸菜、腌肉可以存放很长时间而不变质， 为什么呢？