水处理工程生物基础

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 废水生化处理理论基础,一、,第一节 废水处理生物基础,一、概述,废水的生物处理方法(也叫生化法) 是利用微生物的新陈代谢作用，使废水中呈溶解状态、胶体状态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质，转化为稳定、无害的物质，从而达到净化的目的。,微生物：单细胞及多细胞生物。,狭义指,菌类生物(细菌、放线菌、真菌及病毒等）,除菌类生物及病毒外，藻类、原生动物和一些后生动物。,1,非细胞结构生物,病毒界,真细菌亚纲,原核细胞生物,原核生物界,真细菌纲,原生动物,放线菌纲,真核原生,细菌门,粘细菌纲,生物界,真核藻类,立克氏体纲,酵母菌,螺旋体纲,真菌界,支原体纲,真核细胞,霉菌,生物,微型后生动物,动物界,高低等动物,低等植物,植物界,高等植物,具细胞结构生物,生物,蓝藻门（蓝绿细菌）,微生物,2,微生物一般指体形在0.1毫米以下的小生物，个体微小的特性使微生物获得了高等生物无法具备的特征.,微生物的特点：,个体极小,繁殖快、代谢速率快,数量多,易变异,种类多、分布广、代谢类型多样,微生物(microorganisms)是一群个体微小、结构简单，人的肉眼看不见的，必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能看到的微小生物。,3,(一)个体极小,微生物的个体极小，由几纳米到几微米,人类肉眼的分辨率为0.1mm,，几十甚至上百个细菌排在一起才能看见；,光学显微镜的分辨率为0.2um,，可以看见大部分微生物的轮廓，而病毒小于02um，在光学显微镜可视范围外，需通过电子显微镜才可看见，电子显微镜的分辨率为0.20.4nm,利用电子显微镜可以清晰地看见各种微生物的结构。,艾滋病毒攻击人体淋巴细胞,电子显微镜放大,十万,倍,4mm:40nm,4,微生物的特征,5,体积小，面积大,杆菌的宽度是0.5微米，因此80个杆菌“肩并肩”地排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。,杆菌的长度约2微米，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长。,人的体表面积和相同大小体积的细菌的体表面积相比，人只有细菌的30万分之一。,6,(二)繁殖快、代谢速率快,生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂方式繁殖的细菌，其速度更是惊人。例如，,大肠杆菌和梭状芽孢杆菌在最合适的条件下，20分钟可繁殖一代。如果它始终处在最适宜的条件下，则一昼夜可由一个细菌产生4.710,21,个后代，经48h后可产生2.210,43,个后代。假如一个细菌重量为10,12,g，那么，这里的总重量将达到2.210,25,吨。这个重量相当于4000个地球之重。,当然，由于种种限制，这种几何级数增殖速度最多也只能维持几个小时。由于这一特点，废水处理中，提供合适的条件， 微生物很快就会达到相当的数量，从而废物处理效率很高。,7,（三）数量多,由于微生物的生长繁殖速度快，代谢强度大，因此，凡有微生物生存的地方，它们通常都拥有巨大的数量。,以下一些数字可说明环境中微生物数量之多：,(1)土壤是微生物的“大本营”，其中,细菌,数量达,数亿个g，放线菌孢子,达,数千万个g，霉菌孢子,达,数百万个g，酵母菌,达,数十万个g;,(2)全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨,(3)人体肠道内菌体总数达,100万亿个左右,。,8,(4)新鲜叶子表面微生物数量达100多万个g,(5)人们使用的钞票，,平均每张纸币上的细菌数多达900万个，大肠杆菌检出率达879。,(6)人的一个喷嚏约含菌,4，500150，000,个，感冒患者的一个喷嚏含细菌多达,8，500万个,。,一系列的调查数据表明，,我们是生活在一个被大量微生物包围着的环境中,，只是因为肉眼不可见而常常,“身在菌中不知菌”,。,9,(四)易变异,多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异，,即使变异频率十分低（如10,-5,10,-10,），由于数量庞大，也可以在短时间内出现大量变异后代,，当环境变化时，微生物会大量死亡，活下来的微生物往往会发生结构和生理特性的变异以适应变化了的环境。,10,近五十年来，由于工业化的发展出现来大量人工合成的有机化合物，如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂、塑料等。这些化合物对地球来讲是新参加进来的成员。开始，微生物很难降解他们，但由于微生物有很强的变异性特点陆续出现了能分解他们的微生物种类。,微生物易变异的特点对于人类不利处在于在微生物研究中会引起菌种退化，同时在医疗中致病菌对抗生素产生抗药性；,但,我们也可以利用微生物易变异的特点在废水处理中进行活性污泥的驯化，及选育特定的微生物以分解难降解的有机物等工作。,11,(五) 种类多、分布广、代谢类型多样,目前已确定的微生物种数还只有,10万种左右,，,其中细菌、放线菌约1500种。苏联微生物学家伊姆舍涅茨基曾估计，“,目前我们所了解的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总数的10”。,如果这一估计不错的话，将来的某一天，微生物的总数可能会超过目前动、植物的种数之和。,在地球上，微生物的分布可说是无微不至，无孔不入，无远不达。,微生物只怕“火”，地球上除了火山的中心区域外，从生物圈、土壤、水圈直至大气圈、岩石圈，到处都有微生物的足迹。,12,微生物的代谢类型极其多样，其“食谱”之广是任何生物都不能相比的。,凡自然界存在的有机物，都能被微生物利用、分解。,例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解90种以上的有机物，可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。,有些微生物还可利用有毒物质如酚、氰(脂)化物等作为营养。再如，汞是一种人所共知的环境毒物，有一类微生物能使汞甲基化，进一步加大汞的毒性和危害；又有另一类抗汞微生物，可使甲基汞变为元素汞，从而可利用于回收汞，去除汞害。在废物处理中，我们能很容易找到用于处理各种污染物质的微生物菌种。,13,二、废水处理过程中的微生物,给水和废水处理涉及的微生物的种类很多，主要三类：,原核细胞微生物、真核细胞微生物和非细胞结构的病毒(噬菌体)。,（一）原核细胞微生物,原核细胞微生物的细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞器等。包括：细菌、放线菌、蓝细菌等，其结构如图所示。,14,15,细菌(真细菌),细菌是废水和给水处理中最重要的一类微生物。它是一种单细胞的类似植物的生物。细菌的大小一般为0.51.0微米。细菌具球形、杆状及螺旋等形状分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。细菌以单个或群体，通常以二分裂法繁殖。,16,细菌细胞的最外层为细胞壁(cellwall)，厚约20 nm，是具有较强的坚韧性的一层薄膜，起固定细菌形态和保护细胞的作用。,细胞壁由脂类、蛋白质和多糖的聚合物组成，,其功能主要有：,固定细胞外形；保护细胞免受外力的损伤；阻拦大分子物质进人细胞；协助鞭毛运动；使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性。,细胞壁在细菌分类鉴别中有着十分重要的地位。,在细菌染色中有一种常用的染色方法称为,革兰氏染色,，,所有的细菌通过革兰氏染色被区分为两类,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,17,18,细胞膜,是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜，厚约l0nm，其化学组成主要是脂类和蛋白质。这种膜具有选择性吸收的半渗透性，膜上具有与物质渗透有关的酶类，在吸收营养物质和排除废物方面起着至要作用。由于它含有核糖核酸的成分，是嗜碱性的，与碱性染料结合能力较强。,19,20,胞膜里面的,细胞质,是一种无色透明而粘稠的胶体。其主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类等。细胞质内具有各种酶系统能不断,地进行新陈代谢活动。年幼细菌的细胞质非常稠密、均匀、很容易染色。成熟细胞的细胞质内含有颗粒状态的贮藏物质，又由于细菌的生命活动产生了许多空泡，染色能力较差，导致着色不均匀。,21,细菌的新陈代谢活动是在细胞质内进行的，核物质在细菌细胞质内，由于没有核膜，因而是分散不定型的，它具有双螺旋的环形DNA（脱氧核糖核酸）结构，是细菌遗传变异的物质基础，具有真核细胞细胞核的功能。质粒是细菌的另外一种遗传物质，为小环状DNA分子，它可以独立地复制，稳定地遗传。在处理含毒物质废水及复杂的人工合成有机废水时，常借助降解性质粒和抗性质粒等的去除作用。,22,细胞质的中间体是由于细胞膜陷于细胞质内而形成的，所以是与外界相通的一种结构，其功能是进行呼吸作用和供给细胞能量。,细胞质内的载色体膜结构，也是由细胞膜内陷形成的，是进行光合作用的场所。,23,不同细菌形成不同形状的菌胶团,，有分枝状的、垂丝状的、球形的、椭圆形的、蘑菇形的、片状的以及各种不规则形状 的。菌胶团细菌藏在胶体物质内，一方面对动物的吞噬起保护作用，同时也增强了它对不良环境的抵抗能力。,菌胶团是活性污泥和生物膜的重要组成部分,，有较强的吸附和氧化有机物的能力，在废水生物处理中具有重要作用。,活性污泥性能的好坏，主要可根据所含菌胶团多少、大小及结构的紧密程度来确定。新生胶闭 (即新形成的菌胶团)颜色较浅，甚至无色透明，但有旺盛的生命力，氧化分解有机物的能力强。老化了的菌胶团，由于吸附了许多杂质，颜色较深，看不到细菌单体，而像一团烂泥似的，生命力较差。,一定菌种的细菌 在适宜环境条件下形成一定形态结构的菌胶团，而当遇到不适宜的环境时，茵胶团就发生松散，甚至呈现单个细菌，影响处理效果。因此，,为了使 废水处理达到较好的效果，要求菌胶团结构紧密，吸附、沉降性能良好。这就必须满足菌胶团细菌对营养及环境的要求。,24,某些杆菌和极少数球菌能在菌体内形成圆形或椭圆形的内生孢子，称为,芽孢,。芽孢是这些细菌在生长发育过程中特殊的休眠细胞形态，是在一定环境条件下细胞质和核质浓缩凝集所形成的。水分少，一般在 40左右且不易透水，代谢活力也较弱，所以能够抵抗极不适宜的环境。,一般说，普通细菌在7080时煮10min就死亡，而芽孢在120140 时还能生存几小时，又如在5石炭酸(苯酚)溶液中普通细菌很快死亡，而芽能忍耐15d之久。另外，芽孢对干燥和辐射的抵抗力也很强。,在废水生物处理过程中，特别是处理有毒废水时，都有芽孢细菌的生长。,还有些细菌可以形成一种由菌体内向菌体外伸出的细而长的鞭毛。,鞭毛由特殊的鞭毛蛋白组成，呈空心柱状结构，它是细菌的运动器官。,25,有鞭毛的细菌很容易失去鞭毛而停止游动。无鞭毛的细菌在液体中只能呈分子运动。,有些细菌的表面长有许多细而短和直的纤毛(或菌毛)，其组,成与鞭毛相同，但与运动无关，能帮助细菌呼吸，并在固着物表面以及菌体之间粘成菌醭。,水处理所涉及的细菌种类很多，主要的菌种有下列十一类。,对给水 处理而言，由于细菌在常规过程中不参与处理作用，因此水中出现的细菌只是一种应被去除的有害杂质。对废水的生物处理而言，细菌是参与处理过程的基本动力，它们直接或间接地氧化分解有机污染物，是生物絮体和生物膜的基本成分。,(1)假单胞菌属,(2)动胶菌属,26,（3）产碱干菌属,（4）黄杆菌属,（5）芽孢杆菌属,（6）埃希氏菌属,（7）微球菌属,（8）葡萄糖菌属,（9）甲烷杆菌属,（10）甲烷八叠球菌属,（11）甲烷球菌属,27,(1)假单胞菌属(Pseudomomas),细菌中较大的菌属，有200多种细菌，在环境和水体中极常见。菌体呈直杆状或微弯曲的杆状，菌体的大小0.50.8微米，长1.53.0微米。革兰氏染色阴性，不产生芽孢，具有端生一根或丛生鞭毛，,为化能异养型,。,能利用多种有机物，包括一些较复杂不易为其它微生物利用的化合物，在自然界物质转化中起着广泛而重要的作用。,属需氧性细菌。,有的能使硝酸盐还原，具有接触酶，多数菌种能产生水溶性萤光色素。少数菌种为病原菌；,28,(2)动胶菌属(Zoogloea),呈杆状，菌体宽为0.51.0微米，长13微米。幼龄菌的菌体具有端生鞭毛，运动很活泼，可聚集成絮毛状菌胶团。革兰氏染色为阴性，不产生芽孢。,属于需氧化能异养菌,。,能利用一些糖类及氨基酸等，但不能利用淀粉、肝糖、纤维素和蛋白质等高分子有机物，不产生色素。,(3)产碱杆菌属(Alcaligenes),呈短杆状，菌体宽为0.51.2微米，长0.52.6微米.。具有14根周生鞭毛，无芽孢。革兰氏阴性，,需氧化能异养菌,。,有的能利用硝酸盐通过厌氧呼吸进行反硝化。可以利用乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐及其它的有机酸和一些含氮有机化合物,。,29,(4)黄杆菌属(F1avobacterium),从球杆状到细杆状，借周生鞭毛运动或不运动。无芽孢，革兰氏阴性可产生黄、橙、红或褐色色素。为兼性厌氧化能异养型细菌。,能分解利用蛋白质。,(5)芽孢杆菌属(Bacillus),呈杆状，菌体宽0.32.2微米，长1.27微米。多具有侧生鞭毛，能产生芽孢。革兰氏阳性，多为需氧或兼性厌氧菌，为化能异养型。,利用多种底物进行需氧生物氧化。在环境中各种有机物质的转化与分解中起重要作用。,(6)埃希氏菌属(Escherichia),肠杆菌科的代表属。短杆状，菌体宽11.5微米，长26微米。以周生鞭毛运动或不运动,无芽孢，革兰氏阴性，,兼性厌氧化能异养型细菌,。能发酵葡萄糖和其它碳水化合物，产生丙酮酸盐，进一步转化成乳酸、醋酸和甲酸。部分甲酸可转化为C0,2,和H,2.。,能利用酣酸盐但不能利用柠檬酸盐。在伊红美兰培养基上茵体呈深蓝黑色，有金属光泽。本属中的大肠埃希氏菌为重要的粪便污染指示菌。,30,(7)微球菌属(Micrococcus),呈球形，直径为0.53.5微米，单生、成对或形成四联、八,叠或不规则聚集体。,革兰氏阳性，为需氧化能异养菌,。,能氧化葡萄糖等有机物为醋酸或彻底氧化为C0,2,和H,2,0。,(8)葡萄球菌属(Staphylococcus),呈球形，直径为0.51.5微米，单生、成对或聚集成不规则的葡萄状。革兰氏阳性，,兼性厌氧化能异养菌,。,在厌氧条件下发酵葡萄糖产生乳酸，在需氧条件下主要产生醋酸及少量的CO,2.,（9)甲烷杆菌属(Methanobacterium),菌体直或弯曲、钩形，不产生芽孢。有的成为丝状体或类球菌状，菌体大小约0.51.0微米。革兰氏阳性或阴性。 为严格,厌氧化能异养菌,，能利用H,2,还原CO,2,生成甲烷，并获得生长的能量。能利用乙酸盐和丁酸盐作为能源，有时用甲酸作为电子供体。在3845的温度条件下生长良好。,31,(10)甲烷八叠球菌属(Methanococcus),大的球形细胞，菌体直径为1.52.5微米，呈规则的叠状堆体。革兰氏染色不定，不运动。,为严格厌氧化能菌,。,能从乙酸盐形成甲烷，有时从甲醇、CO中形成甲烷。在3037时生长良好。,(11)甲烷球菌属(Methnococcus),球形细胞，单个、成对或成堆，革兰氏染色阳性或阴性。为,严格厌氧化能菌,，,能从H,2,和CO,2,、甲酸盐、乙酸盐或丁酸盐形成甲烷。最适合的生长温度为3040。最适宜的pH值为8.0左右。,32,丝状菌,丝状菌（Filamentous Bacteria)主要为球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。,丝状体不分枝或有假分枝。在正常运行的废水生物处理系统中，这些丝状细菌往往是生物絮体或生物膜的骨架，其上附着菌胶团，丝状细菌与菌胶团细菌形成互惠关系。这种互惠关系增加了系统内物质的多样性，而微生物群体的稳定性是建立在种群多样性的基础上的，因此这种结构性的丝状细菌对维持废水处理系统稳定性，提高系统抗冲击负荷能力有重要意义。,球衣菌的丝状体大多具有假分枝。单个细胞菌体从鞘皮的开口处游出后，可附着在另一丝状体鞘上发育成新丝状体，形成假的分枝。,球衣菌属化能有机营养型，为专性需氧菌，分解有机物能力较强。在需氧生物处理生物膜法中，球衣菌是构成生物膜的重要菌种。在活性污泥中保持一定数量的球衣菌，对有机物的去除是有利的。,但当球衣菌在活性污泥中大量繁殖会引起污泥膨胀。,33,34,铁细菌的丝状体多不分枝。,一般生活在含氧少，溶有较多铁质和二氧化碳的水中。能将细胞内吸收的亚铁氧化为高铁，从而获得能量：,生成的Fe(0H),3,常沉积于鞘皮上，使丝状体呈黄褐色。不溶性的高铁化合物排出菌体后沉积下来，可造成铁质水管的腐蚀和堵塞。,贝日阿托氏菌是一种漂浮在池塘或沼泽上的硫磺细菌,，丝状体不分技，不固着于其它物体上，能进行匍匐运动。,发硫细菌也是一类不分枝的丝状硫磺细菌，,常固着于活性污泥的菌胶团,中或其它物体上。它们能氧化硫化氢、硫磺和其它硫化物，同时放出能量：,35,在硫化氢充足的环境中，以氧化生成硫磺作用为主，在菌体内形成很多硫粒。当硫化氢缺少时，以硫磺氧化生成硫酸的反应为主，菌体内硫粒逐渐消失。硫磺细菌在处理含硫废水中有,着重要意义。贝氏硫细菌在活性污泥中过量繁殖也会造成污泥的膨胀。,放线菌,放线菌为具有分枝的丝状菌,介于细菌和真菌之间。菌丝无隔膜，是单细胞微生物。放线菌的菌丝分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝。孢子丝可断裂为分生孢子，孢子具有不同的色素，呈现不同的颜色。放线菌通过无性孢子及茵丝片段进行繁殖。大多数放线菌是好氧性的，生长最适宜pH位为78，最适宜温度为2530。不少抗菌素是由放线菌产生的。放线菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合物的能力，在处理含烃类和无机氰化物的废水中起着重要作用。,36,蓝细菌,蓝细菌有时列入藻类，也称为蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入细菌类。简单蓝细菌为球状或杆状的单细胞生物，与较大的细菌相似。,多数蓝细菌是由多个单细胞连成不分技的丝状,体。菌体外具胶质外套，使多个菌体或丝状体集成一团,。大多数蓝细菌能滑行运动。某些丝状蓝细菌可生成静息孢子与异形细胞等结构。静息孢子既是休眠体又是繁殖体。异形细胞不起繁殖作用，是蓝细菌进行固氮的场所。蓝细菌是光合型微生物，其光合色素主要为叶绿素及藻蓝素等。,在光合过程中， 蓝细菌以CO,2,作为碳源，阳光作为能源，H,2,O作为电子供体，形成有机碳复合物：,CO,2,+H,2,O葡萄糖O,2,多数蓝细菌生存于淡水中，是水生态系统食物链中的重要一环。当恶性增殖时，可形成“水华”(water btoom)，造成水质恶化。海洋中的“赤潮”(red tide)有时也系细菌大量繁殖所致。,37,常见的蓝细菌属有下列几类：,囊藻属，是湖泊中常见的,种类。颤藻属为多细胞圆柱状丝状体，不分枝，丝状体在水中能颤动或滑动。色腥藻属为多细胞丝状体，单独或成胶团的群体，细胞圆形或腰鼓形，有异形细胞和静孢子，在湖泊中大量生长可形成“水华。念珠藻属，其菌丝常不规则地弯曲在坚固的胶质鞘中，形成胶块，不少种类有固氮能力。,38,（二）真核细胞微生物,真核细胞微生物的细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。细胞质内有完整的细胞器，包括中心粒、线粒体、叶绿体、核糖体和内质网等。真核生物与原核生物虽然在分子水平上相类似，但在遗传物质结构及遗传现象上有很大差异。真核生物的结构更复杂。真菌、单细胞藻类及原生动物等均属于真核细胞微生物。真核细胞的结构如图所示。,39,40,原生动物,原生动物是单细胞的动物，长10100微米。这类动物包括很多不同形态的物种，最小的原生动物接近于细菌的尺寸，而最大的原生动物可以借肉眼看见。有的原生动物没有细胞壁，只是一团裸露的原生质，如变形虫就是这样。一些原生动物有柔软的细胞壁，另外一些原生动物还在细胞壁外包了一层硕质壳。这样壳上有孔，细胞质通过这些孔与环境接触。壳的成分为甲壳质、二氧化硅或碳酸钙。原生动物的原生质大致可用实验式C,7,H,14,O,3,N表示。,可以吞食细菌、有机物,。,41,真菌,真菌也是类似植物的低等生物，但结构比细菌和放线菌复杂。它的种类繁多，包括微小的酵母菌、霉菌、伞菌等，不能进行光合作用，是寄生的或腐生的。真菌形态有单细胞和多细胞两种形式。与水生物处理有关的是单细胞的酵母菌和多细胞的霉菌。,42,藻类,藻类是含有能进行光合作用的叶绿素的低等植物。有单细胞的、群体的和多细胞的，结构简单，无根、茎、叶的分化(除海洋较大型藻类除外)，一般都很微小，如小球藻等，须藉助显微镜才能看见。,藻类主要分布在淡水和油水中。藻类能利用光能、CO,2,、NH,3,、及P0,4,3-,等产生新细胞并释放氧气。在缺日光时，某些藻种能以化学合成代谢机理生存，在这种情况下就要摄入氧气。光合作用由色素控制。,藻类以其色素的颜色分成绿藻、蓝藻、红藻及褐藻等。藻类和细菌可以共同生长在水中而不互相竞争食物。藻类利用细菌分解有机物所产生的最终产物，释放氧气以维持需氧环境，两者起协同作用。在缺乏有机物时，藻类靠水中矿物成分生长。在硬水中，藻类从碳酸氢根中取得CO,2,，,从而使硬度离于沉淀出来，并提高水的pH值。,在氧化塘中就利用了藻类的上述作用。但是，由于光在废水中透过较差，不利于藻类的生命活动，所以在其它废水的处理过程中，藻类所能起的作用是有限的。由于藻类多数为水生生物，而与给水处理有密切关系，湖水或水库水中的藻类能使水质产生色度、异味和异臭气并导致过滤设备的堵塞。,43,（,三）病 毒,病毒为没有细胞结构的唯一的微生物，大多病毒只是核酸与蛋白质组成的大分子，而且只含有DNA或RNA一种类型的核酸。病毒的个体很小，能通过细菌滤器，须藉助电子显微镜才能看见。它们没有酶系统，不能进行独立的代谢活动，只能专性寄生，只有在寄主体内才表现生命的特征。病毒寄生于人、动物、植物及微生物等的活细胞内，可以引起人及动物、植物的传染病。寄生在细菌细胞内的病毒叫噬菌体。噬菌体具有高度的寄生专一性。,44,45,二、微生物的新陈代谢,微生物在生命活动中，不断从外界环境中摄取营养物质，并通过复杂的酶催化反应将其加以利用，提供能量并合成新的生物体，同时又不断向外接环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖下代而进行的各种化学变化称为微生物的新陈代谢（代谢）。,（一）分解代谢,高能化合物分解为低能化合物，物质由繁到简并逐级释放能量的过程叫分解代谢（好氧分解代谢和厌氧分解代谢），或称异化作用。,（二）合成代谢,微生物从外界获得能量，将低能化合物合成生物体的过程叫合成代谢。,46,47,（三）,微生物生长的影响因素,微生物种类繁多，各种微生物要求的营养物质亦不尽相同，根据对营养要求的不同，可将微生物分为特定的种类。：,根据所需碳的化学形式，微生物可分为,（1）自养型，即用CO,2,或HCO,3,作为唯一的碳源，并利用这些碳源构造它们的全部含碳生物分子的微生物（通常称为自养菌）；,（2）异养型,即需要摄取存在于相对复杂的还原态有机化合物中的碳（如葡萄糖中的碳）的微生物（通常称为异养菌）。,48,根据所需的能源，微生物可分为：,（,1,）光营养型，即利用光作为能源的微生物；,（,2,）化能营养型，即利用氧化还原反应提供能源的微生物。,影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、PH值、需氧量以及有毒物质。,49,（1）微生物的营养,从微生物的细胞组成元素来看，碳和氮是构成菌体成分的重要元素对无机营养元素，磷源是主要的，且相互间需满足一定比例。许多学者研究了废水处理中微生物对碳、氮、磷三大营养要系的要求。对好氧生物处理：BOD:N:P100:5:l，碳源以BOD,5,值表示，N以NH,3,-N计P以PO,4,-3,中的P计；对厌氧消化处理，C/N比值在（1020）:1的范围内时，消化效率最佳。,50,（2）反应温度,温度对微生物具有广泛的影响，不同的反应温度，就有不同的微生物和不同的生长规律。从微生物总体来说，生长温度范围是080、根据各类徽生物所适应的温度范围，微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和低温性（嗜冷菌）四类，如表11所示。,微生物的全部生长过程都取决于化学反应，而这些反应速率都受温度的影响。在最低生长温度和最适温度范围内， 若反应温度升嵩，则反应速率增快，微生物增长速率也随之增加，处理效果相应提高、但当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质变性及酶系统遭到破坏而失去活性，严重时蛋白质结构会受到破坏，导致发生凝固而使微生物死亡。,在废水的好氧处理中以中温性为主（2035），厌氧处理中以中温性（2540）和高温性（5060）为主。,51,（3）PH值,由于在废水生物处理中通常为微生物的混合群体所以可以在较宽的,PH,值范围内进行，但要取得较好的处理效果，则需控制在较窄的,PH,范围内。一般好氧生化处理,PH,值可在,6.5,8.5,之间变化，厌氧生物处理要求较严格，,PH,值在,6.7,7.4,之间因此，当一级处理后排出废水的,PH,值变化较大时，应设凋节池，必要时需进行中和，使废水经调节后，进入生化反应器的,PH,值较稳定并保持在合适的,PH,值范用。,52,（4）溶解氧,根据微生物对氧的要求，可分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物。,好氧微生物：溶解氧浓度在24mg/l左右为宜。,厌氧微生物：隔绝空气,53,（,5,）有毒物质,工业废水中含有对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，即有毒物质。,重金属类,有机物类,无机物类,当达到一定浓度后，通过试验确定预处理方法，控制浓度。,54,三、酶及酶反应,（一）,酶及其特点,酶是由活细胞产生的能在生物体内和体外起催比作用的生物催化剂。酶有单成分酶和双成分酶之分。,酶具有一般无机催化剂所共有的特点，更有其独具的特殊性能，主要有以下表现：,催化效率高。,专属性。,对环境条件极为敏感。,另外，酶能在常温、常压和中性环境下进行催化反应，而一般非酶催化剂往往需要在高温、高压的环境下才能使催化反应正常进行。,55,（二）酶促反应速度,酶催化反应通常也称之为酶促反应或酶反应。酶促反应速度受酶浓度、基质浓度、PH值、 温度、反应产物、活化剂和抑制剂等因累的影响。,56,57,中间产物学说：,S,V=Vmax-,Km+S,V- 酶反应速度；,Vmax-最大酶反应速度；,S-底物浓度；,Km- 米氏常数,K2+k3,Km=Vmax-,K1,58,V=(1/2)V,max, K,m,=S,即K,m,是V=(1/2)V,max,时的底物浓度,K,m,-半速度常数；,59,四、废水处理的分类,60,