微生物學(xué)課件：第八章 微生物的生態(tài)3

1、第四節(jié) 微生物與環(huán)境保護(hù)一、水體的污染富營(yíng)養(yǎng)化富營(yíng)養(yǎng)化：是指水體中因氮、磷等元素含量過高而引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過度生長(zhǎng)繁殖的現(xiàn)象。這時(shí)，下層水體不但因缺光而少氧，而且大量死藻因細(xì)菌的分解而進(jìn)一步造成了厭氧和有毒 的環(huán)境?！八A和赤潮”就是由富營(yíng)養(yǎng)化而引起的典型事例。水華：指發(fā)生在淡水水體中的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。赤潮： 指發(fā)生在河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。 二、用微生物治理污染1、污水的微生物處理（1）微生物處理污水的原理是： 多種微生物群體 氣體：CO2,NH3,H2S,CH4,H2,CO等污水(高BOD) 分層 清水：含SO42-,NO3-,PO43-等無機(jī)離子 O2 殘?jiān)?

2、厭氧發(fā)酵 沼氣 廢渣 用微生物處理、凈化污水的過程中，當(dāng)高BOD的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)后，其中的自然菌群在好氧條件下，根據(jù)污水這一“選擇性培養(yǎng)基”的性質(zhì)和成分，隨著時(shí)間的推延，發(fā)生著有規(guī)律的群落演替，從而使污水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附、沉降，進(jìn)而達(dá)到消除污染和降解、分層效果。于是在廢氣自然逸出后，BOD較低的清水可重新流入河道，而處理后留下的少量固體殘?jiān)ɑ钚晕勰唷⑸锬ぃ﹦t可進(jìn)一步通過污泥消化（沼氣發(fā)酵）等厭氧處理法產(chǎn)生沼氣燃料和濃縮的有機(jī)肥供人們利用。（2）污水處理中的常用名詞BOD(biochemical oxygen demand)：即五日生化需氧量。在20下

3、，1L污水中所含的有機(jī)物，在進(jìn)行微生物氧化時(shí)，5日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)（單位為mg/L）。COD(chemical oxygen demand)：即化學(xué)需氧量，指1L污水中所含的有機(jī)物在用強(qiáng)氧化劑將它氧化后，所消耗氧的毫克數(shù)（單位為mg/L）。TOD(totol oxygen demand)：即總需氧量，指污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機(jī)物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時(shí)所需的氧量。 DO(dissolved oxygen) ：即溶解氧量，指溶于水體中的分子態(tài)氧，是評(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，DO值大小是水體能否進(jìn)行自凈作用的關(guān)鍵。天然水的DO值一般為5-10mg/L。我國(guó)規(guī)定地面水水質(zhì)的合格標(biāo)

4、準(zhǔn)為DO4mg/L。SS（suspend solid）即懸浮物含量，指污水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的含量。TOC（total organic carbon） 即總有機(jī)碳含量，指水體內(nèi)所含有機(jī)物中的全部有機(jī)碳的量?？赏ㄟ^把水樣中的所有有機(jī)物全部氧化成CO2和H2O，然后測(cè)定生成CO2的量來計(jì)算。（2）、用于污水處理的特種微生物 異生物質(zhì)(xenobiotic)：一些天然條件下并不存在的由人工合成的化學(xué)物質(zhì)。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人類已合成出了大量的復(fù)雜有機(jī)化合物，其中有些化合物如多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、塑料、染料等都屬于難生物降解的頑固化合物，常規(guī)微生物很難對(duì)其降解或降解速度很慢。目前人們通過從自然界分離、選育并

5、進(jìn)行遺傳改造的方法，獲得了一些能降解特定污染物的高效微生物菌株，有些高效菌株已成功用于含某特殊污染物環(huán)境的治理或修復(fù)。 （3）、污水處理的方法和裝置 節(jié)能型 氧化塘法 灑水濾床法 活性污泥法 推流式曝氣法 污水處理裝置 耗能型 完全混合曝氣法 生物膜法 生物轉(zhuǎn)盤法、 塔式濾池法 產(chǎn)能型： 厭氧消化法（即沼氣發(fā)酵） 活性污泥法活性污泥（activated sludge）：由細(xì)菌、原生動(dòng)物和其它微生物群體與污水中的懸浮有機(jī)物、膠狀物和吸附物質(zhì)在一起構(gòu)成的凝絮團(tuán)，在污水處理中具有很強(qiáng)的吸附、分解和利用有機(jī)物或毒物的能力。生物膜法生物膜（biofilm）是指生長(zhǎng)在潮濕、通氣的固體表面上的一層由多種活微

6、生物構(gòu)成的粘滑、暗色菌膜，能氧化、分解污水中的有機(jī)物或某些有毒物質(zhì)。 在生物膜的小環(huán)境中，表面為好氧層，以芽孢桿菌屬和假單胞桿菌等細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)；內(nèi)層為厭氧層，能找到脫硫弧菌屬等專性厭氧菌；中層則生長(zhǎng)大量的兼性厭氧菌，在生物膜上還有豐富的動(dòng)物群落，主要是原生動(dòng)物，如鞭毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲等，它們可吞食有機(jī)物和細(xì)菌，在污水處理中也發(fā)揮著重要的作用。生物脫氮示意圖生物脫氮示意圖 氨化菌氨化菌 亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌 硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌 反硝化菌反硝化菌有機(jī)氮有機(jī)氮 氨氮氨氮 NO2- NO3- N2O N2 （異養(yǎng)）異養(yǎng)） （自養(yǎng)）（自養(yǎng)） （自養(yǎng)）（自養(yǎng)） （異養(yǎng)）異養(yǎng)）（厭氧或好氧（厭氧或好氧,需有機(jī)

7、物需有機(jī)物,堿增加）（好氧堿增加）（好氧,不需有機(jī)物不需有機(jī)物,堿減少）（缺氧堿減少）（缺氧,需有機(jī)物需有機(jī)物,堿增加）堿增加） （氨化作用（氨化作用） （硝化作用）硝化作用） （反硝化作用）（反硝化作用）2、固體有機(jī)垃圾的微生物處理 世界各國(guó)目前處理固體垃圾的方法主要是填埋、焚燒和堆肥3種傳統(tǒng)處理及好氧反應(yīng)器等新式處理。三、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)1、沼氣發(fā)酵的意義 沼氣（marsh gas，swamp gas）又稱生物氣，是一種混合可燃?xì)怏w，主要成分為甲烷，另有少量H2、N2和CO2。沼氣發(fā)酵又稱甲烷形成（methanogenesis）,其生物化學(xué)本質(zhì)是：產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下，利用H2還原CO2

8、等碳源營(yíng)養(yǎng)物以產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)、能量和代謝廢物-CH4的過程。 2、沼氣發(fā)酵的3個(gè)階段（1）水解階段由厭氧和兼性厭氧的水解性細(xì)菌或發(fā)酵性細(xì)菌將纖維素、淀粉等糖類水解成單糖，并進(jìn)而形成丙酸、乙酸、丁酸、琥柏酸、乙醇、H2、和CO2。（2）產(chǎn)酸階段由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群得用第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸，分解成乙酸，氫氣和CO2（3）產(chǎn)氣階段由嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌群(methane-producing bacteria)來完成，這群細(xì)菌只能利用一碳化合物（CO2，甲醇，甲酸，甲基胺和CO）、乙酸和氫氣形成甲烷。3、甲烷形成的生化機(jī)制四、微生物與環(huán)境監(jiān)測(cè)1、大腸菌群數(shù) 大腸菌群數(shù)是1L水樣中含有的大腸菌群數(shù)，它是水質(zhì)的衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)于保護(hù)人群健康，具有重要的意義。2、艾姆氏試驗(yàn)(Ames test) 其原理是利用鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)生回復(fù)突變的性能，來檢測(cè)物質(zhì)的致突變性3、發(fā)光細(xì)菌檢測(cè) 發(fā)光是發(fā)光菌健康狀況的一個(gè)反映，當(dāng)環(huán)境條件不良或有毒物存在