环境工程微生物学习题集czzz重点下

环境工程微生物学

习题集

中国石油大学（北京）

化学科学与工程学院生物化工实验室编

2007.12

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?什么叫生物圈?什么叫生态平衡?

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。简称生态系 生态系统是自然界的基本功能单元，其功能主要表现在生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。它们是通过生态系统的核心——生物群落实现的。 生存在地球陆地以上和海面以下各约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，叫生物圈。 即使有外来干扰，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态（例如土壤和水体的自净），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?

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的各种条件。

土壤微生物以细菌量最大，约占70％~90％，含量可达2.5×109个／g土细菌，放线菌7.0×105个／g土，真菌4.0×105个／g土，藻类5.0×104个／g土，原生动物3.0×104个／g土。

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?

土壤对施入其中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，称土壤自净。

污（废）水长期灌溉会引起土壤“土著”微生物区系和数量的改变，并诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。例如节细菌和诺卡氏菌原是“土著”菌，由于长期接触，它们也具有分解聚氯联苯的能力，这是诱导变异的结果。 4. 土壤是如何被污染的?土壤污染有什么危害?

土壤污染主要来自含有机毒物和重金属的污水和废水的农田灌溉；来自含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以及喷洒农药。

土壤污染的不良后果有三：

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① 机、无机毒物过多滞留、积累在土壤中，改变了土壤理化性质，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 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；或被雨水冲刷流人河流、湖泊或渗入地下水，进而造成水体污染。污染物又随水源进人人体，毒害人类；

③ 水和废物中含有的各种病原微生物，例如病毒、立克次氏体、病原细菌及寄生虫卵等虽然有些在土壤中不适应而死亡，但有些可在土壤的长时间存活，它们可以通过各种途径转移到水体，进而进入人体中，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?

土壤生物修复是利用土壤中天然的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。 6. 土壤生物修复技术关键有哪些方面?

（1）微生物种：“土著”微生物目前用得较多，具有经济性，但效果较差；从污染土壤选育优势菌种若干种，经扩大培养接种到污染土壤中。 （2）微生物营养：与废水处理一样，土壤微生物也需一定的营养元素比例，即C：N：P比。因污染物过量积累，可能品种单一，营养元素比例失衡严重，要通过可行性试验确定适宜的营养元素比例。目前资料提供的数据各异，可参照一般土壤微生物的碳氮比25：1，污水好氧生物处理的BOD5：N：P=100：5：1等作基本参数，在试验过程中加以调整。

（3）溶解氧：土壤的结构、土质不同，污染物数量不等，其中的溶解氧量也随之不同。通气良好的土壤溶解氧在5 mg／L左右，粘土和积水土溶解氧极低，加上有污染物，溶解氧更低。

（4）微生物的环境因子：适量的水、pH和温度对于土壤的生物修复也有很大的影响。

7. 空气微生物有哪些来源?空气中有哪些微生物?

空气中微生物来源很多，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

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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（废）水生物处理系统通过机械搅拌、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。

空气微生物没有固定的类群，在空气中存活时间较长的主要有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、野生酵母菌、原生动物及微型后生动物的胞囊。从高空分离到的细菌有产碱杆菌属、芽孢杆菌属、八叠球菌属、冠氏杆菌属、小球菌属。霉菌有曲霉属、格孢菌属、枝孢属、单孢枝霉属及青霉属。 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?

室内空气中存在多种致病微生物。此外，还有白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌（即铜绿色假单胞菌）、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（变形虫）胞囊、立克次氏体等。 一般以室内1m3空气中细菌总数为500~1000个以上作为空气污染的指标。空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌为最合适，绿色链球菌在上呼吸道和空气中比溶血性链球菌易发现，且有规律性。

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?

水体中微生物的来源有四方面：

① 水体中固有的微生物 有荧光杆菌、产红色和产紫色的灵杆菌、不产色的好氧芽孢杆菌、产色和不产色的球菌、丝状硫细菌、球衣菌及铁细菌等。

② 来自土壤的微生物 由于雨水冲刷地面，将土壤中的微生物带到水体中。

③ 来自生产和生活的微生物 各种工业废水、生活污水和牲畜的排泄物夹带各种微生物进入水体。

④ 来自空气微生物 雨雪降落时，将空气中的微生物夹带入水体中。 水体中微生物种类很多，微生物在水体中的分布与数量受水体的类型、有机物的含量、微生物的拮抗作用、雨水冲刷、河水泛滥、工业废水、生活污水的排放量等因素影响。

10. 什么叫水体自净?可根据哪些指标判断水体自净程度?

河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物（微生物、动物和植物）等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平

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和状态，叫作水体自净。 衡量水体自净的指标

（1）P／H指数：P代表光合自养型微生物，H代表异养型微生物，两者的比即P／H指数。P／H指数反映水体污染和自净程度。水体刚被污染，水中有机物浓度高，异养型微生物大量繁殖，P／H指数低，自净的速率高。在自净过程中，有机物减少，异养型微生物数量减少，光合自养型微生物数量增多，故P／H指数升高，自净速率逐渐降低，在河流自净完成后，P／H指数恢复到原有水平。

（2）氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线：水体中的溶解氧是由空气中的氧溶于水而得到补充，同时也靠光合自养型微生物的光合作用放出氧得到补充。阳光的照射是关键因素，白天和夜晚水中溶解氧液度差异较大。在白天有阳光和阴天时的溶解氧浓度差异也较大。昼夜的差异取决于微生物的种群、数量或水体断面及水的深度。

11. 水体污染指标有哪几种?污化系统分为哪几“带”?各“带”有什么特征?

当有机污染物排入河流后，在排污点的下游进行着正常的自净过程。沿着河流方向形成一系列连续的污化带，例如：多污带、α—中污带、β—中污带和寡污带，这是根据指示生物的种群、数量及水质划分的。

污化指示生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤蚯蚓、软体动物和水生昆虫。

（1）多污带：多污带位于排污口之后的区段，水呈暗灰色，很浑浊，含大量有机物，BOD高，溶解氧极低（或无），为厌氧状态。在有机物分解过程中，产生H2S、CO2和CH4等气体。

（2）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。

（3）β—中污带：β—中污带在。—中污带之后，有机物较少，BOD和悬浮物含量低，溶解氧浓度升高，由于NH3和H2S分别氧化为NO3和SO42，

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两者含量均减少。细菌数量减少，每毫升水只有几万个。藻类大量繁殖，水生植物出现。

（4）寡污带：寡污带在卢—中污带之后，它标志着河流自净过程已完成，

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菌，从氧化硫化氢、元素硫、硫代硫酸盐、亚硫酸盐及多硫磺酸盐（例如四连硫酸盐）中获得能量，产生硫酸，同化二氧化碳合成有机物。 13．什么叫硫酸盐还原作用?它有什么危害?

海水、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的还原作用下形成硫化氢，这种作用就叫反硫化作用，亦叫硫酸盐还原作用。例如，脱硫脱硫弧菌（Desulfovibrio desulfuricans）利用葡萄糖和乳糖还原硫酸盐。

14．铁的三态是如何转化的?有哪些微生物引起管道腐蚀?

自然界中铁以无机铁化合物和含铁有机物两种状态存在。无机铁化合物有溶解的二价亚铁和不溶性的三价铁。二价的亚铁盐易被植物、微生物吸收利用，转变为含铁有机物，二价铁、三价铁和含铁有机物三者可互相转化。 15．磁性细菌是一类什么样的微生物?

趋磁性细菌的呼吸类型有：①专性微好氧类型，形成含Fe3O4的磁体，如趋磁性水螺菌简称MS-1；②兼性微好氧类型，在微好氧和厌氧条件均能形成Fe3O4的磁体，MV-1；③严格厌氧类型，菌体细胞内形成含硫化铁的磁体，如RS—1；④好氧型类型，在好氧条件下形成含Fe3O4的磁体。趋磁性细菌的代谢类型也具有多样性。

趋磁性细菌永久性的磁性特征是由体内大小40~100nm的铁氧化物单晶体包裹的磁体（magnetosomes）引起的。磁体是由5~40个形状均一的Fe3O4磁性颗粒，沿其轴线整齐排列而构成的磁链。 16．氧化铁和锰的细菌有哪些?

锈铁嘉利翁氏菌（Gallionella feruginea）是重要铁细菌，严格好氧和微好氧，仅以Fe2+作电子供体，化能自养。通过卡尔文循环吸收CO2。

铁细菌氧化亚铁产生能量合成细胞物质。

氧化锰的细菌中能氧化铁的有覆盖生金菌（Metallogenium personatum）和共生生金菌（Metallogenium sumbioticum），还有土微菌属（Pedomicrobium）。它们能将氧化的锰、铁产物积累、包裹在细胞表面或积累于细胞内。

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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?

好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）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。好氧活性污泥的组成：好氧活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。 2.好氧活性污泥中有哪些微生物?

好氧活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块，称菌胶团。在其上生长着其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物（轮虫及线虫等）。因此，曝气池内的活性污泥在不同的营养、供氧、温度及pH等条件下，形成由最适宜增殖的絮凝细菌为中心，与多种多样的其他微生物集居所组成的一个生态系。 3. 叙述好氧活性污泥净化废水的机理。

好氧活性污泥的净化作用有类似于水处理工程中混凝剂的作用，同时又能吸收和分解水中溶解性污染物。因为它是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，有生物“活性”，可以连续反复使用，而化学混凝剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。

4.叙述氧化塘和氧化沟处理废水的机制。

氧化塘（或氧化沟）一般用于三级深度处理。用以处理生活污水和富含氮、磷的工业废水。其处理机理如下：

有机废水流人氧化塘，其中的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

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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S咣—合成蛋白质、吸收州—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?

原生动物和微型后生动物在污（废）水生物处理和水体污染及自净中起到三个方面作用。

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（1）．指示作用

生物是由低等向高等演化的，低等生物对环境适应性强，对环境因素的改变不甚敏感。较高等生物则相反，例如钟虫和轮虫对溶解氧和毒物特别敏感。

（2）．净化作用

lml正常好氧活性污泥的混合液中有5 000~20 000个原生动物，70％~80％是纤毛虫，尤其是小口钟虫、沟钟虫、有肋榍纤虫、漫游虫出现频率高，起重要作用，轮虫则有100~200个。有的废水中轮虫优势生长繁殖，lmL混合液中达到500~1 000个。

（3）．促进絮凝和沉淀作用

污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用。然而有的细菌需要一定浓度的原生动物存在，由原生动物分泌一定的粘液物协同和促使细菌发生絮凝作用。

5.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?

原生动物及微型后生动物的指示作用表现为以下三方面：①可根据上述原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污（废）水处理程度。还可判断活性污泥培养成熟程度。②根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。如固着型纤毛虫的钟虫属、累枝虫属、盖纤虫属、聚缩虫属、独缩虫属、楣纤虫属、吸管虫属、漫游虫属、内管虫属、轮虫等出现，说明活性污泥正常，出水水质好。当豆形虫属、草履虫属、四膜虫属、屋滴虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差。③还可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。以钟虫为例：当溶解氧不足或其他环境条件恶劣时，钟虫则由正常虫体向胞囊演变的一系列变态（见图1.3—7，①~⑦）变化。 6.如何培养活性污泥和进行微生物膜的挂膜?

生产装置中活性污泥的培养有间歇式曝气培养和连续曝气培养 ⑴间歇式曝气培养

①菌种来源：取自污水处理厂的活性污泥；取自不同水质废水处理厂的活性污泥；取自相同水质废水处理厂的活性污泥；取本厂集水池或沉淀池的下脚污泥或本厂污水长期径流的河流淤泥经扩大培养后备用。

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②驯化：凡是采用与本厂不同水质废水处理厂的活性污泥作菌种都要先经驯化后才能使用。用间歇式曝气培养法驯化。先进低浓度废水培养，曝气23h，沉淀1h，倾去上清夜，再进同浓度的新鲜废水，继续曝气培养。每一浓度运行3~7d，通过镜检观察到活性污泥生长量增加。可调高一个浓度，如同前一个浓度的操作方法运行。以后逐级提高废水浓度，一直提高到原废水浓度为止。驯化初期，活性污泥结构松散，游离细菌较多，出现鞭毛虫和游动性纤毛虫。此时的活性污泥有一定的沉降效果。在驯化过程中，通过镜检可看到原生动物由低级向高级演替。驯化后期以游动性纤毛虫为主，出现少量的、有一定耐污能力的纤毛虫如累枝虫。活性污泥沉降性能较好，上清夜与沉降污泥可看出界限，且较清，驯化结束。但进水流量仍未达到设计值。 ③培养：将驯化好的活性污泥改用连续曝气培养法继续培养。此时通过镜检和化学测定分析指标衡量培养的进度，当菌胶团结构紧密，原生动物以钟虫等固着型纤毛虫为主，有轮虫出现；直到活性污泥全面形成大颗粒絮团，而且结构紧密，沉淀性能极好，混合液的30min体积沉降比（SV30）达50%以上；SVI在100mL/g左右，钟虫等固着型纤毛虫大量出现，相继出现楯纤虫、漫游虫、轮虫时即进入成熟期，完成活性污泥培养阶段。 ⑵连续曝气培养

除间歇式培养处，还可用连续培养。在处理生活污水和工业废水时，凡取现成的与本厂相同水质处理厂的活性污泥作菌种时，都可直接用连续曝气培养法培养活性污泥。活性污泥的接种量按曝气池有效体积的5%~10%投入，启动的头几天可先闷曝，溶解氧维持在1mg/L左右，然后以小流量入进水，每调整一个流量梯度要维持约一周的运行时间。随着进水流量逐渐增大，溶解氧的浓度要逐渐提高。当进水流量达到设计流量时，若工业废水的进水BOD5在200~300mg/L。MLSS维持在3000mg/L左右溶解氧要维持在2~3mg/L。若生活污水的进水BOD5在150~250mg/L，曝气池内的MLSS维持在2000mg/L左右，溶解氧可维持在1~2mg/L。

好氧生物膜的培养有自然挂膜法、活性污泥挂膜法和优势菌挂膜法 ⑴自然挂膜法

用泵慢流速将带有自然菌种的工业废水通入空的塔式生物滤池内，不断循环

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3—7天，之后改为慢速连续进水。这过程中废水中的自然菌种和空气微生物附着在滤料上，以废水中的有机物为营养，生长繁殖。当进水流量或水力表面负荷达到设计值时，滤池出水的生化指标接近排放不标准，则完成生物膜的培养工作，进入正式运行。 ⑵活性污泥挂膜法

取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥菌种。用本厂的废水和活性污泥混合 ，用泵慢速度将混合液打入滤池内，循环3~7d，之后改为慢速度持续进水。这过程中活性污泥微生物附着在滤纸上，以废水中的有机物为营养，生长繁殖。滤纸上的微生物量由少变多，逐渐形成一层带粘性的微生物薄膜，即生物膜。当进水流量或水力表面负荷达到设计值时，滤池自上而下形成正常的分层微生物相。滤池出水的生化指标接近排放标准，即完成生物膜的培养工作，进入正式运行阶段。 [3]优势菌种挂膜法

优势菌种是从自然环境或废水处理中筛选、分离获得的，对某种工业废水有强降解能力的菌株。优势菌种也可通过遗传育种获得优良菌种，甚至通过基因工程构建超级菌作菌种。

因优势菌对所要处理的废水有强的降解能力，所以，用废水和优势菌充分混合，用泵慢速度将菌液打进生物滤池内，循环运行3~7d，使优势菌黏附于滤料上，然后以慢流速连续进水。当滤池内自上而下形成正常的分层微生物相。运行指标和运行方法如活性污泥挂膜法，使进水流量达到设计值，滤池出水的生化指标接近排放指标时，即完成生物膜的培养工作，进入正式运行阶段。

7.叙述生物膜法净化废水的作用机理。

生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着性纤毛虫、游动性纤毛虫及微型后生动物）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人体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为CO2和H2O。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物（轮虫、线虫、颗体虫等）吞食，通过以上微生物化学和吞

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食作用，废水得到净化。

8.什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? 由于丝状细菌的极度生长引起的活性污泥的膨胀称活性污泥的丝状膨胀 引起活性污泥膨胀的微生物有：诺卡氏菌属、浮油球衣菌、微丝菌属、贝日阿托是菌属。

9.促使活性污泥丝状膨胀的环境因素有哪些?

主导因素是丝状微生物过度生长，环境因素促进丝状微生物过度生长。 （1）．温度；构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30℃左右。 （2）．溶解氧，菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧的需要量差别大。菌胶团细菌是严格好氧，浮游球衣菌是好氧菌，但它的适应性强，在微量好氧条件下，仍正常生长。

（3）．可溶性有机物及其种类：几乎所有的丝状细菌都能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸。有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造营养条件，使丝状细菌优势生长。

在生活污水和食品类等有机废水中，BOD5在100~200mg／L，往往会使浮游球衣菌和菌胶团细菌的数量比例增大，浮游球衣菌的数量超过60％以上，占优势而导致活性污泥丝状膨胀。 10.为什么丝状细菌在废水生物处理中能优势生长?

活性污泥丝状膨胀的机理用表面积与容积比假说解释能被较多人接受。在单位体积中，呈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，丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。

11.如何控制活性污泥丝状膨胀?

解决活性污泥丝状膨胀的问题，根本的是要控制引起丝状微生物过度生长的具体环境因子。如温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类、有机物浓度或有机负荷等。

但进水的温度和进水可溶性有机物是不可能控制的，而溶解氧和有机负荷可控制，改革工艺是最佳的办法。 12.含碳含硫的高浓度有机废水有几种处理方法?

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高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。（略）

13.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。

甲烷发酵理论先后提出了二阶段、三阶段和四阶段发酵理论，这三个理论一个比一个完善。目前应用较多的仍是布赖恩特（Bryant）于1979年提出的四阶段的发酵理论：

第一阶段：是水解和发酵性细菌群将复杂有机物如：纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。

第二阶段：是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。

第三阶段：第三阶段的微生物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H2和CO2转化为乙酸的过程。第四阶段在厌氧消化中的作用目前仍在研究中。

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

氮和磷是生物的重要营养源。但水体中氮、磷量过多，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。鉴于以上原因，脱氮除磷非常重要。

2.微生物脱氮工艺有哪些?

可采用A／O、A2／O、A2／O2、SBR等，工艺均可取得较好脱氮效果。经厌氧—好氧或缺氧—好氧等的合理组合处理，既可去除COD和BOD，又可去除氨氮。脱氮工艺也可除磷。 3.叙述污、废水脱氮原理。

脱氮首先利用设施内好氧段，由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用，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（N2），溢出水面释放到大气，N2参与自然界物质循环。 4.参与脱氮的微生物有哪些?它们有什么生理特征?

亚硝化细菌和硝化细菌的资源丰富，广泛分布在土壤、淡水、海水和污水处理系统。

亚硝化细菌和硝化细菌是革兰氏阴性菌。有的菌株能在混合培养基中生长，不营化能有机营养，其中的亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌能利用尿素作基质。 （1） 氧化氨的细菌：为专性好氧菌，在低氧压下能生长。化能无机营养，

氧化NH3为HNO2，从中获得能量供合成细胞和固定CO2。

（2）氧化亚硝酸细菌：大多数氧化亚硝酸细菌在pH为7.5~8.0，温度25-30℃，亚硝酸浓度为2~30mmol／L时化能无机营养生长最好。其世代时间随环境可变，由8h到几天。硝化杆菌属（Nitrobacter）既进行化能无机营养又可进行化能有机营养，以酵母浸膏和蛋白胨为氮源，以丙酮酸或乙酸为碳源。

（3）反硝化细菌：反硝化细菌是所有能以NO3为最终电子受体，将HNO3还原为N2的细菌总称，种类很多。见表2.4—3。其中的假单胞菌属内能进行反硝化的种最多，如铜绿色假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、荧光假

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单胞菌（Pseudomonas fluorecens）

反硝化细菌的碳源来自有机物，如葡萄糖、乳酸、丙酮酸、甲醇等均可作为反硝化细菌的碳源。H2S和H2可作供氢体，碳源为CO2。能源从氧化有机物获得。它的最终电子受体是NO3和NO2。最适pH为7~8。 5.什么叫捷径反硝化?在生产中它有何意义?

采用“捷径反硝化”即硝化作用产生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?

在运行操作上要掌握好几个关键。 ① 泥龄（即悬浮固体停留时间θ

SRT）是重要控制指标，可通过排泥控制

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泥龄，一般控制在五d以上，泥龄要大于硝化细菌的比生长速率。 ② 要供给足够氧 处理生活污水时，溶解氧一般控制在1.2~2.0mg／L为

宜。工业废水则要看废水的有机物浓度（COD和BOD）和NH3含量的高低，适当提高溶解氧。如味精废水COD和NH3都高，溶解氧维持在4.5 mg／L左右为宜。才能满足去除COD和氧化NH3用。 ③ 控制适度的曝气时间（或说水力停留时间） 普通的活性污泥法的曝气

时间为4~6h，甚至8h（如SBR法）。

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。满足硝化细菌对pH的需求。氧化1 mg／L NH3所产生的酸度需要10mg／L碱度中和。投加NaHCO3还可供给硝化细菌碳源。

⑤ 温度 虽然大多数硝化细菌生长的最适温度为25~30℃，实际上它们

的生长温度范围是较广的。况且硝化细菌种类多，适合各种温度生长的硝化细菌都有，低至—5℃，高至60℃。可以将它们应用于污水和废水生物处理中。硝化和反硝化的合理组合方式和顺序对提高NH3一N的去除率有很大关系。如何选择工艺?一级硝化—反硝化好还是多级硝化—反硝化好，要依据水质而定，主要看COD负荷和NH3一N负荷（或说COD和NH3一N浓度）高低。负荷低级数少好，负荷

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高级数多效果好，而且运行费用经济。

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。

根据某些微生物在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐（PO43）合成自身核

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酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒（即异染颗粒）于体内，供其内源呼吸用。称这些细菌为聚磷菌。具有聚磷能力的微生物就目前所知绝大多数是细菌。聚磷的活性污泥是由许多好氧异养菌、厌氧异养菌和兼性厌氧菌组成。实质是产酸菌（统称）和聚磷菌的混合群体。文献报道，从活性污泥中分离出来的聚磷细菌种类多，其中聚磷能力强、数量占优势的聚磷菌是不动杆菌——莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属等60多种。有聚磷能力的还有硝化细菌中的亚硝化杆菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和硝化杆菌属、硝化球菌属等。

聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐（PO43）于体外。故可创造厌氧、缺

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氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污、废水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分地过量吸磷，而后通过排泥从污水中除去部分磷，可以达到减少污、废水中磷含量的目的。

（1）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（Sbs）：A．甲酸、乙酸、丙酸等低级脂肪酸；B．葡萄糖、甲醇、乙醇等；C．丁酸、乳酸、琥珀酸等。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聚β—羟基丁酸盐（PHB）。与此同时释放出PO43于环境中。

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（2） 好氧吸磷过程：聚磷菌在好氧条件下，分解机体内的聚β—羟基丁

酸盐和外源基质，产生质子驱动力（pmf），将体外的PO43输送到

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体内合成ATP和核酸，将过剩的PO43聚合成细胞贮存物：多聚磷

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酸盐。

8.有哪些除磷工艺?在运行操作中与脱氮有何不同?

除磷工艺有如下几种：Bardenpho生物除磷工艺、Phoredox工艺、A／O及A2／O、UCT（University of Cape Town Process）工艺、VIP工艺、旁硫除磷一Phostrip工艺、SBR法等。

生物除磷：创造厌氧、缺氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污、废水中厌氧

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放磷，然后在好氧条件下充分地过量吸磷。 9.为获得好的除磷效果要掌握哪些运行操作条件?

为达到良好的除磷效果，要求NO3、NO2极低，溶解氧在0.2mg/L以下，氧化还原电位低于150Mv，温度30℃左右，pH在7~8。

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、反硝化细菌和除磷菌的生理要求，使它们和谐地生长繁殖。若只需除磷不需脱氮用化学法加药剂除磷。

10.为什么要对微污染水源水预处理?有哪些预处理工艺?

微污染水源水是受到有机物、氨氮、磷及有毒污染物较低程度污染的水源水。

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

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浓度增高，残留有机物还可能引起管道中异养菌孳生。导致饮用水中细菌不达标，这种水被人饮用会危害人体健康。

用以处理微污染水源水的工艺均采用膜法生物处理：有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床等。水源水预处理选用何种工艺要根据水质和处理目的而定。选用何种材料作填料，要考虑填料对微生物的附着力和耐腐蚀性。

源水预处理—→混凝—→沉淀—→快砂滤—→慢砂滤—→加氯消毒—→清水贮罐—→出水

11. 在微污染水源水中大概有些什么污染物?来自何处?

水源水污染源：是未经处理的工业废水、生活污水、农业灌溉和养殖业排放水。还有未达到排放标准的处理水。

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。 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。

微生物：微污染水源水是一个贫营养的生态环境，在其中生长的微生物群落与在污、废水生物处理中的微生物群落不同。需要一个由适应贫营养的异养除碳菌、硝化细菌和反硝化细菌、藻类、原生动物和微型后生动物组

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成的生态系。生物膜法能截留微生物和有机物，保证处理系统中有足够的高效降解有机物和去除氨氮能力的微生物群落。活性污泥法较难保持，所以预处理都用生物膜法。

13.哪些水需要消毒?有哪些消毒方法?

对饮用水进行严格消毒。游泳池水循环系统也要消毒。医院污水特别是肠道传染病医院的生活污水则要求做到灭菌的程度。现在流行喝桶装的矿泉水、优质水、纯净水，因生喝更要严格消毒，消灭病原菌，包括水和桶的消毒。 消毒方法：煮沸法、加氯消毒、臭氧消毒、过氧化氢消毒、紫外辐射消毒 14. 加氯消毒怎么会产生“三致”物?

在卤素中除氟以外，氯的氧化力最强，至20世纪70年代，发现水体中有“三致”物的前体物烷烃、芳香烃等，经加氯后产生三氯甲烷等“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？

堆肥法俗称“堆肥”，是利用微生物处理有机固体废弃物的方法。农村将秸秆、落叶和禽畜粪便和尿一起用土坑堆积，依靠现存其上的微生物和土壤微生物发酵腐熟后施用于农田。

其产品即称堆肥。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。

2.叙述好氧堆肥的机理。参与堆肥发酵的微生物有哪些？

好氧堆肥是在通气条件下，好氧微生物分解大分子有机固体废弃物为小分子有机物，部分有机物矿化成无机物，并放出大量的热量，使温度升高50-60℃，如果不通风，温度会升高到80-90℃。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，以期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呈稳定的腐殖质。

堆肥发酵的初期有中温好氧的细菌和真菌分解碳水化合物、蛋白质、脂肪，

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使温度升至50℃，好热性的细菌、放线菌和真菌分解纤维素。温度升高到60℃真菌停止活动，继续有好热的细菌和放线菌分解纤维素和半纤维素。温度升至70℃，致病菌和虫卵被杀死此时，一般的嗜热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？

①C:N在25：1~30：1发酵最好，有机物含量若不够可掺杂粪肥②湿度适当，30℃时 ，含水量应控制在45﹪，45﹪时，在水量控制在50﹪左右③氧要供应充分，通气量0.05~0.2m3/min.m2④有一定数量的氮和磷，可加快堆肥速率，增加成品的肥力⑤嗜温菌发酵最使温度30-40℃，嗜热菌发酵最适温度55-60℃，5-7天能达到卫生无害化⑥发酵周期7天左右。 4.好氧堆肥法有几种工艺？

堆肥工艺有：静态堆肥工艺，高温动态二次堆肥工艺，立仓式堆肥工艺，滚筒式堆肥工艺等

5.厌氧堆肥和卫生填埋的机理是什么？

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。 卫生填埋法是在堆肥法的基础上发展起来的，其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？

废气中含有许多的有毒污染物，散发挥发性有机污染“三致”物，有恶臭、强刺激、强腐蚀及易燃、易爆的组分，导致空气污染。

微生物净化气态污染物的装置有：生物吸收池、生物洗涤剂、生物滴滤池和

生物过滤池

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。

恶臭污染物有氨气、硫化氢、甲硫醇（MM）,二甲基硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基亚矾(DMSO)、二硫化碳(CS2)、SO2

（一）含硫恶臭污染物的净化 1. 氧化硫的细菌代谢途径

①含硫恶臭污染物有H2S、甲硫醇（MM）、二甲基硫醚（DMS）、二甲

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基二硫醚（DMDS）、二甲基二硫醚（DMDS）和二甲基亚矾（DMSO，CH3OSCH3）。二甲基亚矾（DMSO）、二甲基二硫醚（DMDS）、二甲基硫醚（DMS）的微生物的代谢途径见图2.5-8，9，10.

② 生丝微菌属对DMSO代谢的结果是产生H2SO4和CO2，而其中间代谢产物HCHO经丝氨酸途径同化、合成细胞物质。

自养性的硫杆菌属（Thiobacillus）和甲基型的生丝微菌属（Hyphomicrobium）与一般硫化细菌的代谢一致。

③ 黄单胞菌属（Xanthomonas sp.）DY44对硫的代谢独特，它氧化H2S和甲硫醇（MM）不形成S或SO42，而是形成类似于元素硫的聚合物。

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④ 食酸假单胞菌（Pseudomonas acidovorance）只氧化DMS为DMSO就不再继续氧化。

⑤ 硫杆菌属（Thiobacillus）既能氧化上述恶臭硫化物，也能氧化S或

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S2O32和S4O62。

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⑥ 排硫硫杆菌E6菌株氧化DMDS为H2SO4和CO2。

⑦ 硫杆菌属ASN-1菌株氧化DMS，能利用NO2—和NO3—作最终电子受体，依靠钴胺酰胺（X）（甲基携带剂）引发的甲基转移反应而将其氧化为HCOOH和H2S。

⑧ 排硫硫杆菌TK-m菌株氧化CS2经COS和H2S，进而氧化为H2和CO2。

⑨ 氧化硫硫杆菌氧化H2S、S、S2O32和S4O62为H2SO4。

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氧化恶臭硫化物的细菌列表2.5-3于下。 （二）废气中NH3和CO2的净化

单纯含NH3或单纯含CO2的废气可合在一起，调节两者的比例用硝化细菌处理。首先将NH3溶于水成NH4+一N，再通人生物滴滤池。同时按亚硝化细菌和硝化细菌要求的C：N通入CO2和无机营养盐，再通人空气，即可运行处理。亚硝化细菌和硝化细菌将NH4氧化成NO2—和NO3—。CO2被同化、合成细胞物质。

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