环境工程微生物学五章以后答案

第五章 微生物的生长繁殖与生存因子

1．微生物与温度的关系如何？高温是如何杀菌的？高温杀菌力与什么有关系？ 答：温度是微生物的重要生存因子。在适宜的温度范围内，温度毎升高10摄氏度，酶促反应速度将提高1~2倍，微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养温度使微生物以最快的生长速率生长，过高或过低的温度均会降低代谢速率和生长速率。

高温主要破坏微生物的机体的基本组成物质——蛋白质，酶蛋白和脂肪。。蛋白质被高温严重破坏而发生凝固，为不可逆变性，微生物经超高温处理后必然死亡。细胞质膜含有受热易溶解的脂类，当用超高温处理时，细胞质膜的脂肪受热溶解使膜产生小孔，引起细胞内含物泄漏而死亡。

高温的杀菌效果和微生物的种类，数量，生理状态，芽孢有无及pH都有关系。

2．什么叫灭菌？灭菌方法有哪几种？试述其优缺点。

答：灭菌是通过超高温或其他的物理、化学因素将所有的微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死。

灭菌的方法有干热灭菌法和湿热灭菌法。

湿热灭菌法比干热灭菌法优越，因为湿热的穿透力和热传导都比干热的强，湿热时微生物吸收高温水分，菌体蛋白易凝固变性，所以灭菌效果好。

3．什么叫消毒？加热消毒的方法有哪几种？

答：消毒是用物理、化学因素杀死致病菌，或是杀死所有微生物的营养细胞或一部分芽孢。

方法有巴斯德消毒法和煮沸消毒法两种。

4．嗜冷微生物为什么能在低温环境生长繁殖？

答：嗜冷微生物具备更有效的催化反应的酶，其主动传送物质的功能运转良好，

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使之能有效地集中必需的营养物质，嗜冷微生物的细胞质膜含有大量的不饱和脂肪酸，在低温下保持半流动性。

5．高温菌和中温菌在低温环境中的代谢能力为什么减弱？

答：在低温条件下，微生物的代谢极微弱，基本处于休眠状态，但不致死。嗜中温微生物在低于十摄氏度的温度下不生长，因为蛋白质合成的启动受阻，不能合成蛋白质。又由于许多酶对反馈抑制异常敏感，很易和反馈抑制剂紧密结合，从而影响微生物的生长。处于低温下的微生物一旦获得适宜温度，即可恢复活性，以原来的生长速率生长繁殖。

6．细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、藻类和原生动物等的正常生长繁殖分别要求什么样的pH？

答：大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜pH为6.5~7.5，它们的pH适应范围在4~10之间。放线菌为7.5~8.0。酵母菌和霉菌在3~6。

7．试述pH过高或过低对微生物的不良影响。用活性污泥法处理污（废）水时为什么要保持在pH6以上？

答：(1) pH过低，会引起微生物体表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收。(2) 过高或者过低的pH还可影响培养基中的有机化合物的离子作用，从而间接影响微生物。因为细菌表面带负电，非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞。(3) 酶只在最适宜的pH时才能发挥其最大活性，极端的pH使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程，甚至直接破坏微生物细胞。(4) 过高或者过低的pH均降低微生物对高温的抵抗能力。

8. 在培养微生物过程中，什么原因使培养基pH下降？什么原因使pH上升？在生产中如何调节控制pH？

答：微生物在培养基中分解葡萄糖，乳产生有机酸会引起培养基的pH下降，培

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养基变酸。微生物在含有蛋白质、蛋白胨及氨基酸等中性物质培养基中生长，这些物质可经微生物分解，产生NH3和胺类等碱性物质，使培养基pH上升。 在生产过程中，处理城市生活污水、污泥中含有蛋白质，可不加缓冲性物质。如果不含蛋白质、氨等物质，处理前就要投加缓冲物质。缓冲物质有碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化铵及氨等。以碳酸氢钠最佳。

霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。pH较低的工业废水可用霉菌和酵母菌处理，不需要碱调节pH，可节省费用。

9. 微生物对氧化还原电位要求如何？在培养微生物过程中氧化还原电位如何变化？有什么办法控制？

答：各种微生物要求的氧化还原电位不同。一般好氧微生物要求的Eh为+300~+400mV；Eh在+100mV以上，好氧微生物生长。兼性厌氧微生物在Eh为+100mV以上进行好氧呼吸，在Eh为+100mV一下时进行无氧呼吸。专性厌氧菌要求Eh为-200~-250mV，专性厌氧的产甲烷菌要求的Eh更低，为-300~-400mV，最适为-330mV。

在培养微生物的过程中，由于微生物繁殖消耗了大量氧气，分解有机物产生氢气，使得氢气还原电位降低，在微生物对数生长期降到最低点。

氧化还原电位可用一些还原剂加以控制，使微生物体系中的氧化还原电位维持在低水平上。这类还原剂有抗坏血酸、硫二乙醇钠、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫化氢及金属铁。

10. 好氧微生物需要氧气作何用？充氧效率与微生物生长有什么关系？ 答：氧对好氧微生物有两个作用：(1) 作为微生物好养呼吸的最终电子受体；(2)参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成。

充氧量与与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。

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11. 兼性厌氧微生物为什么在有氧和无氧条件下都能生长？

答：兼性厌氧微生物既有脱氢酶也有氧化酶，所以，既能在无氧条件下，又能在有氧条件下生存。在好痒条件下生长时，氧化酶活性强，细胞色素及电子传递体系的其他组分正常存在。在无氧条件下，细胞细胞色素及电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶无活性；一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。

12. 专性厌氧微生物为什么不需要氧？氧对专性厌氧微生物有什么不良影响？ 答：因为专性厌氧微生物一遇到氧就会死亡。

在氧气存在时，专性厌氧微生物代谢产生的NADH2和O2反应生成H2O2和NAD，而专性厌氧微生物没有过氧化氢酶，它将被生成的过氧化氢杀死。O2还可以产

??生游离O?,由于专性厌氧微生物没有破坏O的超氧化物歧化酶而被O杀死。耐222氧的厌氧微生物虽具有超氧化物歧化酶，能耐O2然而他们缺乏氧化氢酶，仍会被氧化氢杀死。

13. 紫外线杀菌的机理是什么？何谓光复活和暗复活现象？

答：紫外辐射的波长范围是200~390nm，紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶、及蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外辐射的吸收峰在280nm处.紫外辐射能引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不能复制，导致微生物死亡。

经紫外辐射照射的菌体或孢子悬液，随即暴露于蓝色可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力，这种现象叫光复活。在黑暗条件下修复DNA链称为暗复活。

14. 几种重金属盐如何起杀菌作用的？

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答：重金属汞、银、铜、铅及其化合物可以有效的杀菌，它们都是蛋白质的沉淀剂。其杀菌机理是与酶的-SH基结合，使酶失去活性；或与菌体蛋白质结合使之变性或沉淀。

15. 氯和氯化物的杀菌机理是什么？

答：氯和氯化物对细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制徽生物蛋白质的合成来破坏微生物。

16. 有哪几种有机化合物杀菌剂？它们的杀菌机理死是什么？

答：(1) 醇：醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水，变性，溶解细胞质膜的脂类物质，进而杀死微生物机体。(2) 甲醛：甲醛可与蛋白质的氨基结合而干扰细菌的代谢能力。(3) 酚：酚与其衍生物能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜。(4)新洁而灭：是一种表面活性强的杀菌剂。对许多非芽孢型的致病菌、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌有着极强的致死作用。(5) 合成洗涤剂：去污能力强，还有杀菌作用。(6) 染料：有抑菌作用。

17. 为何渗透压？渗透压有与微生物有什么关系？

答：任何两种浓度的液体被半渗透膜隔开，均会产生渗透压。当两液面高差产生的压力足够阻止水在流动时，渗透停止，这时出现的两液面高差间的压力就是渗透压。

在等渗透压中的微生物生长得很好，在低渗透压中溶液中的水分子大量渗入微生物体内，使微生物发生膨胀，严重者破裂，在高渗透压溶液中，微生物体内水分子大量渗到体外，使细菌质壁分离。

18. 水的活度与干燥对微生物有什么影响？

答：大多数股微生物在aw为0.95~0.99时生长最好。嗜盐细菌属的细菌很特殊，

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它们在低于0.80的含NaCl的培养基中生长最好。少数霉菌和酵母菌在aw为0.60~0.70时仍能生长。在aw为0.60~0.65时大多数微生物停止活动。 干燥能使细菌体内的蛋白质变性，引起代谢活动停止，所以干燥会影响微生物的活性以及生命力。

19. 何谓表面张力？它对微生物有什么影响？

答：表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，如图所示。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。

表面张力是润湿的函数。如果细菌不被液体培养基润湿，它们将在表面生成一层薄菌膜。如果它们被润湿，则在培养基中均匀生长、培养基变混浊。若要使那些在液体培养基中均匀生长的细菌呈膜状生长，则可增加类脂质含量，保护菌体不受润湿，细菌则可呈膜状生长。 20. 抗生素是如何杀菌和抑菌的？

答：抗生素是通过四个方面杀菌和抑菌的：(1) 抑制微生物细胞壁合成；(2) 破

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坏微生物的细胞质膜；(3) 抑制蛋白质合成；(4) 干扰核酸的合成。

21. 在天然环境和人工环境中微生物之间存在哪几种关系？举例说明。 答：有种内关系和种间关系，包括：

(1) 竞争关系：在好氧生物处理中，当溶解氧或营养成为限制因子时，菌胶团细菌和丝状菌表现出明显的竞争关系。

(2) 原始合作关系（互生关系）：固氮菌具有固定空气中氮气的能力，但不能利用纤维素作碳源和能源，而纤维素分解菌分解纤维素为有机酸对他本身的生产繁殖不利，但当两者一起生活时，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源，也为纤维素分解菌解毒。

(3) 共生关系：原生动物中的纤毛虫类、放射虫类、有孔虫类与藻类共生。 (4) 偏害关系：乳酸菌产生乳酸使pH下降，抑制腐败细菌生长。 (5) 捕食关系：大原生动物吞食小原生动物。

(6) 寄生关系：蛭弧菌属有寄生在假单胞菌等菌体中的种。

第六章 微生物的遗传和变异

1. 什么是微生物的遗传性和变异性？遗传和变异的物质基础是什么？如何得以证明？

答：微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界条件产生的一定反应，或出现的一定性状传给后代，并相对稳定的一代一代传下去。这时微生物的遗传。

微生物从它适应的环境迁移到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶，从而适应新环境并良好生长，这是遗传的变异。

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DNA是遗传和变异的物质基础。可以从格里菲斯经典的转化实验和大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌的实验得到证明。

2. 微生物的遗传基因是什么？微生物的遗传信息是如何传递的？

答：微生物的遗传基因是微生物体内储存传递信息的、有自我复制功能的单位。从分子遗传学的角度看，微生物的遗传信息是通过DNA将决定各种遗传性状的信息传递给子代的。

3. 什么叫分子遗传学的中心法则？什么叫反向转录？

答：DNA的复制和遗传信息传递的基本规则，称为分子遗传学的中心法则。 只含RNA的病毒其遗传信息储存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA，这叫反向转录。

4. DNA是如何复制的？何谓DNA的变性和复性？

答：DNA的自我复制大致如下：首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链；然后各自以原有的多核苷酸链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。新合成额一条多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。

当天然双链DNA受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA，即称为DNA的变性。

变性的DNA溶液经适当处理后重新形成天然DNA的过程叫复性。

5.微生物有几种RNA？它们各有什么作用？

答：RNA有4种：tRNA，rRNA，mRNA，反义RNA。

mRNA叫幸事RNA，作为多聚核苷酸的一级结构，其上带有指导氨基酸的信息密码，它反义氨基酸，具传递遗传性的功能。

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tRNA叫转移RNA，其上有和mRNA互补的反密码子，能识别氨基酸及识别mRNA上的密码子，在tRNA-氨基酸合成酶的作用下传递氨基酸。

反义RNA起调节作用。决定mRNA翻译合成速度。 rRNA和蛋白质合成的核糖体为合成蛋白质的场所。 由tRNA，rRNA，mRNA，反义RNA协作合成蛋白质。 6. 微生物生长过程中蛋白质是如何合成的？细胞是如何分裂的？

答：(1) DNA复制：首先，决定某种蛋白质分子结构的相应一段DNA链的自我复制。

(2) 转录mRNA：转录是双链DNA分开，以它其中一条单链为模板遵循碱基配对的原则转录出一条mRNA。新转录的mDNA链的核苷酸碱基的排列顺序与模板DNA链的核苷酸碱基排列顺序互补。转录后，mRNA的顺序又通过三联密码子的方式由tRNA翻译成相应的氨基酸排列顺序，产生具有不同生理特性的功能蛋白。

(3) 翻译：翻译由tRNA完成，tRNA链上有反密码子与mRNA链上对氨基酸顺序编码的核苷酸碱基顺序互补。tRNA具有特定识别作用的两端：tRNA的一端识别特定的氨基酸，并与之暂时结合形成氨基酸-tRNA的结合分子。另一端上有三个核苷酸碱基顺序组成的反密码子。它识别mRNA上的互补的三联密码子，并与之暂时结合。

(4) 蛋白质合成：通过两端的识别作用，把特定氨基酸转送到核糖体上，使不同的氨基酸按照mRNA上的碱基顺序连接起来，在多肽合成酶的作用下合成多肽链，多肽链通过高度折叠形成特定的蛋白质结构，最终产生具有不同生理特性的功能蛋白。

由于DNA复制和蛋白质合成而使两者成倍增加后的一个有秩序的过程，即微生物细胞的分裂。微生物将成倍增加的核物质和蛋白质均等地分配给两个子细胞，在细胞的中部合成横膈膜并逐渐内陷，最终将两个子细胞分开，细胞分裂完成。

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7. 微生物变异的实质是什么？微生物突变类型有几种？变异表现在哪些方面？ 答：微生物变异的实质是基因突变。突变的类型有自发突变和诱发突变。表现在个体形态的变异、菌落形态的变异、营养要求的变异、对温度，pH要求的变异，毒力的变异，抵抗能力的变异，生理生化特性的变异以及代谢途径产物的变异等。

8. 废水处理中变异现象有哪几方面？

答：废水处理中变异现象有：有营养要求的变异；对温度，pH要求的变异；对毒物的耐毒能力的变异；个体形态和菌落形态的变异及代谢途径产物的变异等。

9. 什么叫定向培育和驯化？

答：定向培育是人为用某一特定环境长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。 定向培育在环境工程中称为驯化。

10. 试述紫外辐射杀菌的作用机理。

答：紫外辐射的波长范围是200~390nm，紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶、及蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外辐射的吸收峰在280nm处.紫外辐射能引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不能复制，导致微生物死亡。

11. DNA损伤修复有几种形式？各自如何修复？

答：(1) 光复活和暗复活：一部分损伤的DNA在蓝色区域可见光处，尤其510nm波长的光照的条件下，DNA修复酶将损伤区域两端的磷酸酯键水解，切割受损的DNA，将新的核苷酸插入，由连接好形成正常的DNA，这叫光复活。受损伤

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的DNA也可能在黑暗时被修复成正常的DNA。这叫暗复活。(2) 切除修复：在有Mg2?和ATP存在的条件下，uvrABC核酸酶在同一条单链上的胸腺嘧啶二聚体两侧位置，将包括胸腺嘧啶二聚体内的有12~13个核苷酸额单链切下。通过DNA多聚酶Ⅰ的作用，释放出被切割的12~13个核苷酸额单链。DNA连接酶缝合新合成的DNA片段和原有的DNA链之间的切割，完成修复。(3) 重组修复：受损伤的DNA先经复制，染色体交换，使子链上的空隙部分面对正常的单链，DNA多聚酶修复空隙部分成正常链。留在亲链上的胸腺嘧啶二聚体依靠切除修复过程去除掉。(4) sos修复：在DNA收到大范围重大损伤时诱导产生一种应急反应，使细胞内所有的修复酶增加合成量，提高酶活性。或诱导产生新的修复酶修复DNA受损伤的部分而成正常的DNA。(5) 适应性修复：细菌由于长期接触低剂量的诱变剂会产生修复蛋白（酶），修复DNA上因甲基化而遭受的损伤。

12. 何谓杂交、转化和转导？各自有什么实践意义？

答：杂交是通过双亲细胞的融合，使整套染色体的基因重组，或者是通过双亲细胞的沟通，使部分染色体基因重组。杂交育种将固氮基因转移给不固氮的微生物使它们具有固氮能力，对农业生产和缺氮的工业废水生物处理是很有意义的。

受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组里，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象，称为转化。遗传和变异物质基础的经典实验是转化的突出例子。

通过温和噬菌体的媒介作用，把供体细胞内特定的基因携带至受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。

13. 什么是质粒？在遗传工程中有什么作用？举例说明。

答：在原核微生物中，除有染色体外，还有令一种较小的，携带少量遗传基因的环状DNA分子叫质粒，也叫染色体外DNA。

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质粒可以用来培育优良菌种，在基因工程中常被用作基因转移的运载工具——载体。

例：(1) 多功能超级细菌的构建。(2) 解烷抗汞粒菌的构建。(3) 脱色工程菌的构建。(4) Q5T工程菌。

14. 何谓基因工程？它的操作有几个步骤？

答：基因工程是指基因水平上的遗传工程。是用人工的方法把所需要的某一供体生物的DNA提取出来，在离体的条件下用限制性内切酶将离体DNA切割成带有目的基因的DNA片段，每一段平均长度有几千个核苷酸，用DNA连接酶把它和质粒的DNA分子在体外连接成重组的DNA分子，然后将重组体导入某一受体细胞中，以便外来的遗传物质在其中进行复制扩增和表达；而后进行重组体克隆筛选和鉴定；最后对外源基因表达产物进行分离提纯，从而获得新品种。它包括5个步骤：(1) 先从供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA片段；(2) 将目的DNA的片段和质粒在体外重组；(3) 将重组体转入受体细胞；(4) 重组体克隆筛选和鉴定；(5) 外源基因表达产物的分离提纯。

15. 什么叫PCR技术？有几个操作步骤？

答：PCR技术称DNA多聚酶链式反应。是DNA体外扩增的技术。

步骤：(1) 加热变性：将待扩增的DNA置于94~95摄氏度的哥嫂问水浴中加热5分钟，使双键DNA解链为单链DNA，分开的两条单链DNA作为扩增的模板。 (2) 退火：将加热变性的单链DNA溶液的温度缓慢下降至55摄氏度后，在这过程中将引物DNA的碱基与单链模板DNA一端碱基互补配对。

(3) 延伸：在退火过程中，当温度下降至72摄氏度时，在耐热性TaqDNA多聚酶、适应的pH和一定的离子强度下，寡核苷酸引物碱基和模板DNA结合延伸成双链DNA。经过30~35次循环，扩增倍数达106，可将长达2kb的DNA由原来的1pg扩增到0.5~1μg。若经过60次循环，DNA扩增倍数可达109~1010。

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16. 基因工程和PCR技术在环境工程中有何实践意义？举例说明。

答：在环境保护方面利用基因工程获得了分解多种有毒物质的新型菌种。若采用这种多功能的超级细菌可望提高废水生物处理的效果。并在废水生物处理模拟实验中也取得一些成果。

PCR技术广泛运用于法医鉴定、医学检疫、环境监测等方面。

第二篇 微生物生态 第一章 微生物生态

1. 什么叫生态系统？生态系统有什么功能？什么叫生态圈？什么叫生态平衡？ 答：生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物、植物和微生物的个体、种群、群落）与它们的生境（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。它的功能有生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。

生存在地球陆地以上和海面以下约10km之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有生物群落和人以及它们生存环境的总体，叫生态圈。即使有外来感染，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态，这就是生态系统的平衡，即生态平衡。

2. 为什么说土壤是微生物最好的天然培养基？土壤中有哪些微生物？ 答：因为土壤具有微生物所必需的营养和微生物生长繁殖及生命活动所需要额各种条件，所以说土壤是微生物最好的天然培养基。土壤中的微生物有细菌，放线菌，真菌，藻类，原生动物和微型动物。

3. 什么叫土壤自净？土壤被污染后其微生物群落有什么变化？

答：土壤对施入其中的一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能

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力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称为土壤自净。

土壤被污染后，土壤的微生物区系和数量发生改变，并诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。

4. 土壤是如何被污染的？土壤污染有什么危害？

答：土壤污染的主要来在含有有机毒物和重金属的污水和废水的农田灌溉；来自含有有机毒物和重金属的污、废水的土地处理；来自固体废物的堆放和填埋等的渗漏液；来自地下储油罐泄漏和以及农药喷洒。

危害：(1) 有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤的理化性质，使土壤盐碱化，板结。毒害植物和土壤微生物，破坏土壤生态平衡。(2) 土壤中的毒物被植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，会转移到人体；或被雨水冲刷流入河流、湖泊或渗入地下水，进而造成水体污染。污染物又随水源进入人体，毒害人类。(3) 污水和废水中含有的各种病原微生物虽然有些在土壤中不适应而死亡，但有些可在土壤中长时间存活，它们可以通过各种途径转移到水体，进而进而人体，引起人的疾病。

5. 什么叫土壤生物修复？为什么要进行土壤修复？

答：土壤生物修复是利用土壤中土壤中的天然微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，使土壤恢复其天然功能。

因为土壤受污染后会造成：(1) 有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤的理化性质，，使土壤盐碱化，板结。毒害植物和土壤微生物，破坏土壤生态平衡。(2) 土壤中的毒物被植物吸收、富集、浓缩，随食物链迁移，会转移到人体；或被雨水冲刷流入河流、湖泊或渗入地下水，进而造成水体污染。污染物又随水源进入人体，毒害人类。3.污水和废水中含有的各种病原微生物虽然

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有些在土壤中不适应而死亡，但有些可在土壤中长时间存活，它们可以通过各种途径转移到水体，进而进而人体，引起人的疾病。所以要进行土壤修复。

6. 土壤生物修复技术关键有哪些方面？

答：土壤生物修复的技术的关键有四个方面：(1) 微生物物种；(2) 微生物营养：一般土壤微生物额碳氮比25：1, 污水好氧生物处理的BOD5：N：P=100：5：1；(3) 溶解氧；(4) 微生物的环境因子。

7. 空气微生物有哪些来源？空气中有哪些微生物？

答：空气中微生物的来源很多，尘土飞扬可将土壤微生物带至空中，小水滴飞溅将水中微生物带至空中，人和动物身体的干燥脱落物，呼吸道口腔内含微生物的分泌物通过咳嗽、打喷嚏等方式飞溅到空气中。敞开的污水生物处理系统通过机器搅拌，鼓风曝气等可使污水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空气中。

主要有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物和微型后生动物的胞囊。

8. 空气中有哪些致病微生物？以什么微生物为空气污染指示菌？

答：空气中有白色葡萄球菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、白喉杆菌、肺炎球菌及结核杆菌、病毒粒子、阿米巴胞囊、立克次氏体等。以绿色链球菌为空气污染指示菌。

9. 水体中微生物有几方面来源？微生物在水体中的分布有什么样的规律？ 答：水体中微生物的来源有：水体中固有的微生物、来自土壤的微生物、来自生产和生活的微生物、来自空气的微生物。据海面0~10m的深处因受阳光照射含菌量较少，浮游藻类较多。5~10m以下至25~50m处的微生物数量较多，而且随海水深度的增加而增加，50m以下微生物的数量随海水深度增加而减少。

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10. 什么叫水体自净？可根据哪些指标判断水体自净程度？

答：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理、化学和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫做水体自净。判断水体自净程度的指标有P/H指数和氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

11. 水体污染的指标有哪几种？污化系统分为那几“带”？各“带”有什么特征？ 答：水体污染的指标有：BIP指数、细菌菌落总数、总大肠菌群。

多污带：多污带位于排污口之后的区段，水呈暗灰色，很浑浊，含有大量有机物，BOD高，溶解氧极低，为厌氧状态。

α-中污带：α-中污带在多污带的下游，水为灰色，溶解氧少，为半厌氧状态，有机物量减少，BOD下降，水面上有泡沫和浮泥，有NH3、氨基酸及H2S，生物种类比多污带稍多。细菌数量较多。

β-中污带：β-中污带在α-中污带之后，有机物量较少，BOD和悬浮物含量低，溶解氧浓度升高，NH3和H2S含量减少，细菌数量减少，藻类大量繁殖，水生动物出现。

寡污带：寡污带在β-中污带之后，标志者河流自净过程已完成，有机物全部无机化，BOD和悬浮物含量极低，细菌极少，水的浑浊度低，溶解氧恢复到正常含量。

12. 什么叫水体富营养化？评价水体富营养化的方法有几种？

答：水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

评价方法有：观察蓝藻等指示生物，测定生物的现存量，测定原初生产力，测定透明度，测定氮磷等导致富营养化的物质。

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13. AGP是何意？如何测定AGP？

答：AGP是藻类生产的潜在能力。把特定的藻类接种在天然水体或废水中，在一定的光照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳定期为止，通过测干重或细胞数来测其增长量。

将培养液用滤膜或高压蒸汽灭菌器除去SS和杂菌。取500ml置于L型培养管，接入羊角月牙藻，将培养管放在往复振荡器上，在20°C，光照度为4000~6000lx条件下震荡培养7~20d后，取适量培养液用滤膜过滤，置于105°C烘至衡重，称干重，计算一升藻类中的干重为该水样的AGP。

第二章 微生物在环境物质循环中的作用

1. 什么叫生态系统？生态系统有什么功能？什么叫生态圈？什么叫生态平衡？ 答：生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物、植物和微生物的个体、种群、群落）与它们的生境（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。它的功能有生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。

生存在地球陆地以上和海面以下约10km之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有生物群落和人以及它们生存环境的总体，叫生态圈。即使有外来感染，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态，这就是生态系统的平衡，即生态平衡。

2. 为什么说土壤是微生物最好的天然培养基？土壤中有哪些微生物？ 答：因为土壤具有微生物所必需的营养和微生物生长繁殖及生命活动所需要额各种条件，所以说土壤是微生物最好的天然培养基。土壤中的微生物有细菌，放线菌，真菌，藻类，原生动物和微型动物。

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3. 什么叫土壤自净？土壤被污染后其微生物群落有什么变化？

答：土壤对施入其中的一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称为土壤自净。

土壤被污染后，土壤的微生物区系和数量发生改变，并诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。

4. 空气中微生物的分布数量与什么因素有关？空气中有哪些微生物？又有哪些致病微生物？

答：室外空气中的微生物数量和环境卫生状况、环境绿化程度有关。室内的与人员密度、空气流通程度。室内卫生状况有关。空气中主要有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物和微型后生动物的胞囊。空气中有白色葡萄球菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、白喉杆菌、肺炎球菌及结核杆菌、病毒粒子、阿米巴胞囊、立克次氏体等致病微生物。

5. 水体中微生物分布有什么样的规律？

答：据水面0~10m的深处因受阳光照射含菌量较少，浮游藻类较多。5~10m以下至25~50m处的微生物数量较多，而且随水深度的增加而增加，50m以下微生物的数量随水深度增加而减少。

6. 什么叫水体自净？可根据哪些指标判断水体自净程度？

答：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理、化学和水生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫做水体自净。判断水体自净程度的指标有P/H指数和氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。

7. 污化系统分为那几“带”？各“带”有什么特征？

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答：多污带：多污带位于排污口之后的区段，水呈暗灰色，很浑浊，含有大量有机物，BOD高，溶解氧极低，为厌氧状态。

α-中污带：α-中污带在多污带的下游，水为灰色，溶解氧少，为半厌氧状态，有机物量减少，BOD下降，水面上有泡沫和浮泥，有NH3、氨基酸及H2S，生物种类比多污带稍多。细菌数量较多。

β-中污带：β-中污带在α-中污带之后，有机物量较少，BOD和悬浮物含量低，溶解氧浓度升高，NH3和H2S含量减少，细菌数量减少，藻类大量繁殖，水生动物出现。

寡污带：寡污带在β-中污带之后，标志者河流自净过程已完成，有机物全部无机化，BOD和悬浮物含量极低，细菌极少，水的浑浊度低，溶解氧恢复到正常含量。

8. 水体污染的指标有哪几种？什么叫水体富营养化？

答：水体污染的指标有：BIP指数、细菌菌落总数、总大肠菌群。

水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

9. 在环境工程中有哪些人工生态体系？

答：活性污泥和生物膜是环境工程中的人工生态体系。 10. 活性污泥是什么？活性污泥有哪些微生物群落？

答：活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物与污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。

微生物群落有酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物。

11.生物膜是什么？生物膜有哪些微生物群落？

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答：生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。

微生物群落有浮游球衣菌、藻类、固着性纤毛虫、游泳性纤毛虫、轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等。

12. 菌胶团和原生动物在污水生物处理和水体自净过程中各起什么作用？ 答：菌胶团：有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境。具有指示作用：可以衡量活性污泥的性能。

原生动物：有指示作用、净化作用、促进絮凝和沉淀的作用。

13. 详述纤维素的好氧和厌氧分解过程。有哪些微生物和酶参与?

答：纤维素好氧分解：纤维素在纤维素酶的作用下分解为纤维二糖，在纤维二糖酶的作用下分解为葡萄糖，再进入三羧酸循环成为ATP、水、二氧化碳。

微生物与酶：粘细菌、镰状纤维菌、纤维弧菌。纤维素酶、纤维二糖酶、氧化酶、脱氢酶、脱羧酶细胞色素氧化酶。

厌氧分解：厌氧发酵成为葡萄糖，葡萄糖经丙酮丁醇发酵成为：丙酮、丁醇、乙酸、水、二氧化碳。葡萄糖经丁酸发酵，生成丁酸、乙酸、水、二氧化碳。

微生物：产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、嗜热纤维芽孢梭菌。

14.详述淀粉的好氧和厌氧分解过程。有哪些微生物和酶参与?

答：在好氧条件下，淀粉水解成葡萄糖，进而发酵成丙酮酸，经三羧酸循环完全氧化成水、二氧化碳。在厌氧条件下。淀粉经乙醇发酵，生成乙醇和二氧化碳。在专性厌氧菌的作用下葡萄糖经丙酮丁醇发酵成为：丙酮、丁醇、乙酸、水、二氧化碳。葡萄糖经丁酸发酵，生成丁酸、乙酸、水、二氧化碳。

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微生物和酶：好氧条件下：枯草芽孢杆菌、根酶、曲霉、α-淀粉酶、脱支酶。厌氧条件下：丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、丁醇梭状芽孢杆菌、丁酸梭状芽孢杆菌、β-淀粉酶、葡萄淀粉酶。

15. 脂肪酸是如何进行β-氧化的？其能量如何平衡？

答：脂肪酸先是被脂酰硫激活酶激活，然后α、β碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水，最后在α、β碳位之间的碳链断裂，生成1mol乙酰辅酶A和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。乙酰辅酶A经三羧酸循环完全氧化成水、二氧化碳。剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复一次β-氧化，以至完全形成乙酰辅酶A而告终。

第一次β-氧化可以得到16molATP，其后的每次可以得到17molATP。

16.复杂有机物的沼气发酵三阶段理论内容是什么？甲烷可通过哪些途径形成？ 答：第一阶段：水解酸化阶段，微生物为水解和发酵细菌，包括纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质分解菌，为专性、兼性厌养菌，分解产物为简单小分子的单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2、H2等。

第二阶段：产氢产乙酸阶段，微生物为产氢产乙酸菌（为专性、兼性厌养菌），分解产物为乙酸、丙酸、甲酸、乙醇、丙醇和CO2、H2等。

第三阶段：产甲烷阶段，微生物为二组生理作用不同的产甲烷菌，为绝对厌养菌，包括甲烷杆菌、球菌、八叠球菌等。其中一组把氢和CO2转化为甲烷和水；另一组使乙酸脱羧产生甲烷和CO2。

形成途径：由酸和醇的甲基生成；由醇的氧化使二氧化碳还原形成；脂肪酸有时用水做还原剂或供氢体产生；利用氢使二氧化碳还原；在氧和睡存在时，巴氏甲烷八叠球菌与甲酸甲烷杆菌能将一氧化碳还原成甲烷。

17. 何谓氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用？它们各由哪些微生物起

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作用？

答：氨化作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨。微生物：梭状芽孢杆菌。

硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧条件下，经亚硝酸细菌和亚硝酸细菌的作用转化为硝酸。微生物：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属、亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属、亚硝酸弧菌属、硝化杆菌属、硝化杆球属。

反硝化作用：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原成氮气。微生物：施式假单胞菌，脱氮假单胞菌，荧光假单胞菌，紫色杆菌，脱氮色杆菌。

固氮作用：在固氮微生物的固氮没催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成有机氮化合物。微生物：根瘤菌、园褐固氮菌、黄色固氮菌、拜叶林克氏菌属、万氏固氮菌。

18. 什么叫硫化作用？参与硫化作用有哪些微生物？

答：硫化作用：在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为元素硫，再进而氧化成硫酸。参与的微生物：硫化细菌、硫磺细菌。

19. 什么叫硫酸盐还原作用？它有什么危害？

答：硫酸盐还原作用：土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时，硫酸盐，亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物还原作用下形成硫化氢。在混凝土排水管和铸铁排水管中，硫酸盐还原作用产生的硫化氢上升到污水表层，与污水表层溶解氧相遇，被氧化成硫酸使混凝土排水管和铸铁排水管受到腐蚀。

20. 铁的三态是如何转化的？有哪些微生物引起管道腐蚀？

答：二价的亚铁盐易被植物微生物吸收利用，转变成含铁有机物。二价和三价铁的化学转化受pH和氧化还原电位的影响。pH为中性和有氧时，二价铁氧化为三价的氢氧化物。无氧时，存在大量二价铁，二价铁还能被细菌氧化为三价

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铁。铁细菌、纤发菌和球衣菌可以引起管道腐蚀。

21. 磁性细菌是一类什么样的微生物？

答：趋磁细菌是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。

22. 氧化铁和锰的细菌有哪些？

答：氧化铁和锰的细菌有：覆盖生金菌、共生生金菌、土微菌属。

第三章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理

1. 什么叫活性污泥？它的组成和性质是什么？

答：由多种多样的微生物与污废水中的有机的和无机的固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或绒粒。

好氧活性污泥组成：好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物）与其上吸附的有机无机固体杂质组成。

好氧活性污泥性质：含水率99%，密度1.002~1.006，具有沉降性能。有生物活性，有吸附、氧化有机物的能力。有自我繁殖的能力。成弱酸性。

厌氧活性污泥组成：兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成颗粒污泥。

厌氧活性污泥性质：颜色呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定沉降能力。污泥直径在0.5mm以上。

2. 好氧活性污泥中有哪些微生物？

答：好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量厌氧微生物），多数是革兰氏阴性菌，还有其他的革兰氏阳性菌。

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3. 叙述好氧活性污泥净化废水的机理。

答：类似于水处理中混凝剂的作用，同时又能吸收和分解水中溶解性污染物。第一步，在有氧条件下活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附水中的有机物；第二步，活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细胞。废水中的溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化；第三步，其他的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。

4. 叙述氧化塘和氧化沟处理废水的机制。 答：一般用于三级深度处理。机理：

有机物流入氧化塘，其中细菌吸收水中溶解氧，将有机物氧化分解为H2O，CO2，NH3，NO3-，PO43-，SO42-。细菌利用自身分解含氮有机物产生的NH3和环境中的营养物合成细胞物质。藻类利用H2O和CO2进行光合作用合成碳水化合物，再吸收NH3和SO42-合成蛋白质、吸收PO43-合成核酸。并繁殖新藻体。

5. 菌胶团原生动物和微型后生动物有哪些作用？ 答：

a) 指示作用 b) 净化作用

c) 促进絮凝和沉淀作用

6. 在废水生物处理过程中如何利用原生动物的演替和个体变化判断处理效果？ 答：

活性污泥培养初期 鞭毛虫、变形虫

活性污泥培养成熟期 钟虫等固着型纤毛虫、楯游泳型纤毛虫、鞭毛虫 纤虫、轮虫 24

活性污泥培养中期

7. 如何培养活性污泥和进行微生物膜的挂膜？

答：间歇式曝气培养和连续曝气培养。1. 取菌种 2. 驯化：间歇曝气，先进低浓度水，曝气，沉淀，倾去上清液，再进同浓度的新鲜废水，继续曝气培养 3. 培养：驯化好的活性污泥用连续曝气法培养。

有自然挂膜法，活性污泥挂膜法，优势菌种挂膜法。活性污泥挂膜法：取活性污泥做菌种，将废水和污泥混合，慢慢将混合液打入滤池，循环，然后变为慢速连续进水，这一过程中，活性污泥附在滤料上以废水中的有机物为营养，生长繁殖。逐渐形成带粘性的生物膜。

8. 叙述生物膜法净化废水的作用机理。

答：上层生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的水分子有机物进入体内，并氧化分解它，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解成CO2和H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。废水得到净化。

9. 什么叫活性污泥丝状膨胀？引起活性污泥丝状膨胀的微生物有哪些？ 答：由于丝状菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀。经常出现的有诺卡氏菌属，浮游球衣菌，微丝菌属，发硫菌属，贝日阿托氏菌属等。

10. 促使活性污泥丝状膨胀的环境因素有哪些？ 答：主要有：

a) 温度：最适宜在30摄氏度左右。 b) 溶解氧

c) 可溶性有机物及其种类 d) 有机物浓度（或有机负荷）

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e) pH变化

11. 为什么丝状细菌在废水生物处理中能优势成长？

答：在单位体积中，成丝状扩展生长的丝状细菌的表面积与容积之比较絮凝性菌胶团细菌的大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状菌就能大量繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。

12. 如何控制活性污泥丝状膨胀？

答：根本是要控制引起丝状菌过度生长的环境因子。(1) 控制溶解氧 (2) 控制有机负荷 (3) 改革工艺。

13. 含碳含硫的高浓度有机废水有几种处理方法？ 答：厌氧消化法，有机光合细菌处理。

14. 叙述高浓度有机废水厌氧沼气（甲烷）发酵的理论及其微生物群落。 答：第一阶段：水解和发酵性细菌群将复杂有机物水解发酵。微生物群落是水解发酵性细菌群，有专性厌氧的，有兼性厌氧的。

第二阶段：产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。微生物群落是产氢，产乙酸细菌，只有少数被分离出来。

第三阶段：将第一阶段发酵的三碳以上的有机酸，长链脂肪酸，芳香族酸及醇等分解为乙酸和氢气的细菌和硫酸还原菌。微生物群落是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。

第四阶段：为同型产乙酸阶段，是同型产乙酸细菌将氢气和二氧化碳转化为乙酸的过程。正在研究中。

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第四章 污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理 1. 污、废水为什么要脱氮除磷？

答：氮和磷是生物的重要营养源。但水体中氮磷过多，危害极大。最大的危害是引起水体富营养化。蓝藻、绿藻等大量繁殖后引起水体缺氧，产生毒素，进而毒死鱼虾等水生生物和危害人体健康。使水源水质恶化。不但影响人类生活，还严重影响工农业生产。

2. 微生物脱氮工艺有哪些？

答：有A/O、A2/O、A2/O2、SBR等。

3. 叙述污、废水脱氮原理。

答：脱氮首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌的消化作用，将NH3转化为NO3—N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO3—N反硝化还原为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界物质循环。水中含氮物质大量减少，降低出水潜在危险性。

4. 参与脱氮的微生物有哪些？它们有什么生理特征？ 答：硝化作用段微生物：

氧化氨的细菌：专性好氧菌，在低氧压下能生长。氧化NH3为HNO2，从中获得能量共合成细胞和固定CO2。温度范围5~30摄氏度，最适温度25~30摄氏度，pH范围5.8~8.5，最适pH为7.5~8.0。

氧化亚硝酸细菌：大多数在pH为7.5~8.0，温度为25~30摄氏度。 反硝化作用段细菌：

反硝化细菌：所有能以NO3为最终电子受体，将HNO3还原为氮气的细菌。

5. 什么叫捷径反硝化？在生产中它有何意义？

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答：即消化作用产生HNO2后就转入反硝化阶段。可缩短曝气时间，节省运行费用。

6. 脱氮运行管理中要掌握哪几个关键才能获得高的脱氮效果？ 答：硝化段运行操作： (1) 泥龄 (2) 要供给足够氧

(3) 控制适度的曝气时间（水力停留时间）

(4) 在硝化过程中，消耗了碱性物质NH3，生成HNO3，水中pH下降，对硝化细菌生长不利。 (5) 温度

反硝化段运行操作： (1) 碳源（电子供体/供氢体） (2) pH（由碱度控制） (3) 最终电子受体NO2-和NO3- (4) 温度 (5) 溶解氧

7. 何谓积磷菌？有哪些积磷菌？叙述它的放磷和吸磷的生化机制。

答：某些微生物在好氧时能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成储能的多聚磷酸盐颗粒于体内，供其内源呼吸用。称这些细菌为聚磷菌。有深红红螺菌，着色菌属，浮游球衣菌，贝日阿托氏菌属等。

厌氧释放磷的过程：产酸菌在厌氧或缺氧条件下分解蛋白质。脂肪、碳水化合物等大分子有机物为三类可快速降解的基质。聚磷菌则在厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的三类基质进入细胞内合成PHB。与此同时，释放出PO43-于环境中。

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好氧吸磷过程：聚磷菌在好氧条件下，分解机体内的PHB和外源基质，产生质子驱动力，将体外的PO43-输送到体内合成ATP和核酸，将过剩的PO43-聚合成细胞储存物：多聚磷酸盐。

8. 有哪些除磷工艺？在运行操作中与脱氮有何不同？

答：Bardenpho生物除磷工艺，Phoredox工艺，A/O及A2/O，UCT工艺，VIP工艺，旁硫除磷——Phostrip工艺，SBR法等。

在一种废水中同时除磷和脱氮，就要合理调整泥龄和水力停留时间，兼顾硝化细菌和反硝化细菌及除磷菌的生理要求，使其和谐生长繁殖。若只需除磷不需脱氮用化学法加药剂除磷。

9. 为获得好的除磷效果要掌握哪些运行操作条件？

答：要求NO2-和NO3-极低，溶解氧在0.2mg/L以下，氧化还原电位低于150mV，温度30摄氏度左右，pH在7~8。

10. 为什么要对微污染水源水预处理？有哪些预处理工艺？

答：尽管污染物浓度低，但经自来水厂原有的混凝，沉淀，过滤，消毒的传统工艺处理后，未能有效去除污染物，只能去除20%~30%COD。尤其是致癌物的前体物如烷烃类残留在水中，经加氯处理后产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等三致物。氨氮较高，导致供水管道中亚硝化细菌增生，促使NO2-浓度增高，残留有机物还可能引起管道中异养菌滋生。导致水中细菌不达标，长期饮用影响健康。

采用膜法生物处理：生物滤池，生物转盘，生物接触氧化法，生物接触氧化法，生物流化床等。

11. 在微污染水源水中大概有些什么污染物？来自何处？

答：污染物：有机物，氨氮，藻类分泌物，挥发酚，氰化物，重金属，农药等。

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污染源：未经处理的工业废水，生活污水，农业灌溉和养殖业排放水，还有未达排放标准的处理水。

12. 在微污染水源水预处理系统中有哪些微生物群落？举一例。

答：需要一个由适应贫营养的异样除碳菌，硝化细菌和反硝化细菌，藻类，原生动物和微型后生动物组成的生态系。

在东江—深圳微污染水源水预处理系统中，微生物有贫营养异养菌，亚硝化细菌，硝化细菌，反硝化细菌，藻类，霉菌。原生动物有：钟虫，变形虫，太阳虫等。微型后生动物有：旋轮虫等。

13. 哪些水需要消毒？有哪些消毒方法？

答：饮用水，游泳池水，医院污水，桶装矿泉水，优质水，纯净水等需要消毒。 方法：煮沸法，加氯消毒，臭氧消毒，过氧化氢消毒，紫外辐射杀菌，微电解杀菌杀藻等。

14. 加氯消毒怎么会产生“三致”物？

答：致癌物的前体物如烷烃类残留在水中，经加氯处理后产生卤代烃三氯甲烷和二氯乙酸等三致物。

第五章 有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落

1. 何谓堆肥法、堆肥化和堆肥？

答：堆肥法俗称堆肥。农村将秸秆，落叶，和禽畜粪便和尿用土坑堆集，依靠现存其上的微生物和土壤微生物发酵腐熟后施农田。其产品即称堆肥。后来堆肥法用来处理城市的生活垃圾，延至处理城市所有的有机固体废弃物。 堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌，放线菌和真菌等微生物，有控制的促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。

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堆肥是堆肥化的产品。是优质的土壤改良剂和农肥。

2. 叙述好氧堆肥的机理。参与堆肥发酵的微生物有哪些？

答：在通气条件下，好氧微生物分解大分子有机固体废弃物为小分子有机物，部分有机物被矿化成无机物。并放出大量的热量，使温度升高至50~65摄氏度，如不通风，温度会高到80~90摄氏度。这期间发酵微生物不断的分解有机物，吸收利用中间代谢产物合成自身细胞物质，生长繁殖。以其更大数量的微生物群体分解有机物，最终有机固体废弃物完全腐熟成稳定的腐殖质。

微生物：发酵初期有中温好氧的细菌和真菌，分解碳水化合物等，同时释放热量，使温度升至50摄氏度；好热性的细菌，放线菌和真菌分解纤维素和半纤维素。温度升至60摄氏度时，真菌停止活动，继续由好热的细菌和放线菌分解纤维素和半纤维素。温度升至70摄氏度时，致病菌和虫卵被杀死，此时，一般的嗜热高温细菌和放线菌也停止活动，堆肥腐熟稳定。

3. 好氧堆肥的运行条件有哪些？ 答：

a) C：N在25：1~30：1发酵最好，有机物含量若不够，可馋杂粪肥； b) 湿度适当，30℃时，含水率在45%，45℃时，含水率在50%左右； c) 氧供应充分； d) 有一定数量的氮和磷；

e) 嗜温菌发酵最适宜温度30~40℃，嗜热菌发酵最适宜温度55~60℃，5~7天能达卫生无害化。pH在5.5~8.5，可自行调节，不需添加中和剂； f) 发酵周期为7天。

4. 好样堆肥法有几种工艺？简述各个工艺过程。 答：

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a) 静态堆肥工艺：发酵周期50天。操作条件差。用人工翻动，第2，7，12天各翻动一次。在以后35天的腐熟阶段每周翻动一次。在翻动同时可喷洒适量水以补充蒸发水分。

b) 高温动态堆肥工艺：两个阶段。前5~7天为动态发酵，机械搅拌，通入充足空气，好氧菌活性强，温度高，快速分解有机物。发酵7天绝大部分致病菌死亡。7天后用皮带将发酵半成品输送到另一车间进行静态二次发酵，垃圾进一步降解稳定，20~25天完全腐熟。

c) 立仓式堆肥工艺：仓高10~15米，分隔6格。经分选，破碎后的垃圾由皮带输送至仓顶一格，受自重力和栅板的控制，逐日下降至下一格。一周全下降至底部，出料运送到二次发酵车间继续发酵使之腐熟稳定。从顶部至以下五格均通入空气，从顶部补充适量水，温度高，发酵过程极迅速，24h温度上升到50℃以上，70℃可维持3天。之后温度逐渐下降。

d) 滚筒式堆肥工艺：达诺生物稳定法。滚筒直径2~4米，长度15~30米，转速0.4~2.0r/min。滚筒横卧稍倾斜。经分选，粉碎的垃圾送入滚筒，旋转滚筒垃圾随着翻动并向滚筒尾部移动。在旋转过程中完成有机物生物降解，升温，杀菌等过程。5~7天出料。

5. 厌氧堆肥和卫生填埋的机理是什么？

答：厌氧堆肥的原理和废水厌氧消化原理相同。有机固体废弃物经分选和粉碎以后，进入厌氧处理装置，在兼性厌氧微生物和厌氧微生物的水解酶作用下，将大分子降解为小分子的有机酸，腐殖质和CH4，CO2，NH3，H2S等。 卫生填埋处理原理与厌氧堆肥原理相同，均利用好氧微生物，兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理。

6. 为什么废气要处理？其处理工艺有哪些？

答：废气中含有许多有毒污染物，散发挥发性有机污染“三致”物，还有恶臭，强

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刺激性，强腐蚀及易燃易爆的组分，导致空气污染。

处理工艺：吸附，吸收，氧化及等离子体转化法。还有生物净化法。

7. 恶臭污染物有哪些？分别有哪些微生物处理？叙述其代谢途径。

答：含硫恶臭污染物，包括H2S，甲硫醇（MM），二甲基硫醚（DMS），二甲基二硫醚（DMDS），二甲基亚矾（DMSO），及NH3等。

二甲基亚矾（DMSO）由生丝微菌属S处理，代谢结果是产生硫酸和二氧化碳，而其中间代谢产物HCHO经丝氨酸途径同化，合成细胞物质。

DMDS是由排硫硫杆菌E6代谢，DMS由硫杆菌属SN-1代谢，与一般硫化细菌的代谢一致。

8. 有一个工厂的废气含甲苯，另一个工厂的废气含CO2和NH3，你如何处理这答：两个厂的废气？试设计一个工艺流程处理之。

采用活性污泥为菌源驯化甲苯降解菌,接种错流式生物滴滤床,净化含甲苯废气。采用错流式生物滴滤床可以有效去除甲苯废气;以比表面积大的生物陶粒作为填料以及定期适量更换营养液,有助于提高生物滴滤床的去除能力;错流式生物滴滤床具有压降小、气液分布均匀的特点。工艺流程图如图1所示。

含CO2和NH3的废气可以用如图2所示的生物填料塔进行处理，在塔中气、液两相采用逆流接触。循环液从贮槽中由喷淋泵打入塔顶经布水器喷淋而下,润湿填料后从塔底流出并汇入贮槽,喷淋量大小由截流阀控制。由空气携带的NH3

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气体与另一支路的空气在缓冲瓶中混合后从底部进入生物填料塔,在上升的过程中与湿润的生物膜接触而被净化,尾气经吸收瓶处理后放空。在试验过程中依靠调节主气管路和支路的气体流量比例来改变进气浓度。在塔底的进气口、两层填料之间的间隔区及塔顶出气口设采样点,以便随时检测气体的浓度。

微生物则取污水处理厂二沉池的活性污泥混合液,加入无机营养盐后进行增殖培养,制成试验所需的菌悬液。通过直接通气循环挂膜法挂膜并对微生物进行驯化。

图2. 生物填料塔

英国纽卡斯尔大学有机化学教授迈克尔·诺思领导的研究小组开发出一项能够减少温室气体排放的突破性技术, 这项高能效技术能够将二氧化碳废气转化为一种名叫环状碳酸酯的化合物。借助这项技术, 每年可望处理多达4800 万吨二氧化碳废气。

该研究小组研制一种取自铝的异常活跃的催化剂, 这种催化剂能够在室温和大气压力条件下促成二氧化碳和环氧化物发生化学反应, 从而把二氧化碳废气转化为环状碳酸酯。环状碳酸酯广泛用于生产溶剂、脱漆剂和可生物降解包装材料等产品, 还可望用于生产新型、高效的抗震剂。

第六章 微生物学新技术在环境工程中的应用

1. 酶制剂剂型有几种？

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答：有六种。干燥粗酶制剂，稀液体酶制剂，浓液体酶制剂，干燥粉状酶制剂，结晶酶，固定化酶。

2. 何谓固定化酶和固定化微生物？

答：固定化酶：将酶和霉菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长时间使用。从筛选、培育获得的优良菌种体中提取活性极高的酶，再用包埋法等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即固定化酶。

固定化微生物：以与固定化酶相同的固定方法将酶活力强的微生物体固定在载体上。

3. 酶和酶菌体的固定化方法有几种？各用什么载体？ 答：

a) 载体结合法：葡聚糖，活性炭，胶原，琼脂糖，多孔玻璃珠，高岭土，硅胶，氧化铝，羧甲基纤维素等。

b) 交联法：交联剂有：戊二醛，双重氮联苯胺和六甲撑二异氰酸酯。 c) 包埋法：格子型包埋材料：聚丙烯酰胺凝胶，聚乙烯醇，琼脂，硅胶等。微胶囊型的包埋材料有尼龙，乙基纤维素和硝酸纤维素。 d) 逆胶束酶反应系统：表面活性剂。

4. 固定化酶和固定化微生物有什么优点？存在什么问题？

答：普遍比未固定化的微生物性能好，稳定，降解有机物性能力能，耐毒，抗杂菌，耐冲击负荷。制成酶布和酶柱后用于连续流运行，酶不会流失。

就目前水平，如果完全用固定化酶处理废水成本昂贵，有的固定化酶的活性半衰期为20天，它的使用寿命1，2年，它的机械强度较一般的硬质载体差，在酶布或酶柱上容易长杂菌，有杂菌污染等问题，这些目前期待解决的问题。

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5. 生物膜是固定化微生物吗？为什么？

答：固定化微生物技术是指利用化学的或物理的手段将游离的微生物定位于限定的

空间区域，并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法。 这里的微生物主要是人为选定的特效降解菌的优势菌种，应满足以下3个基本 条件：

①投加的菌体活性高； ②菌体可快速降解目标污染物；

③在系统中不仅能竞争生存，而且可维持相当数量。

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

所以生物膜法又称固定膜法，生物膜即固定化微生物。

6. 何谓表面活性剂？生物表面活性剂有哪几类？

答：具有表面活性，分子量小，分子中具有脂肪烃链构成的非极性疏水基和有极性的亲水基，可改变两相界的物理性质。

可分为六类：糖脂，中性脂/脂肪酸，含氨基酸类脂，磷脂，聚合物，细胞表面本身。

7. 絮凝剂有几类？微生物絮凝剂在废水生物处理中起什么作用？

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答：絮凝剂主要有三类：(1) 有机高分子絮凝剂或是助凝剂。(2) 无机絮凝剂。(3) 微生物絮凝剂。

强化絮凝效果，改善出水水质。不会引起二次污染，使用安全。

8. 叙述废水处理中，微生物絮凝剂的作用原理。

答：ECP（胞外多聚物）和活性污泥絮凝的机理尚没定论。一般认为：ECP的酸性多糖通过离子键和活性污泥发生絮凝，ECP的中性多糖通过氢键和活性污泥发生絮凝，ECP起了桥梁作用。ECP具有阴离子基团，可和二价阳离子结合构成三维空间结构，维持絮体完整性。

9. 微生物制剂有哪些用途？ 答：

a) 生物膜挂膜

b) 废水活性污泥法处理过程的添加剂，初沉池，曝气池均可投加，可提高废水处理效率。

c) 有机固体废弃物堆肥的菌种和添加剂。可加速堆肥腐熟。 d) 家庭便池，公厕的除臭剂。 e) 禽畜粪便处理的菌种

f) 污染严重的河道进行生物修复，疏浚河道底泥。 g) 降解和清除海面浮油和炼油厂的废弃物 h) 土地生物修复和河床底泥的生物修复

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