0.3.3水处理微生物学水处理微生物学是研究微生物对废水的作用与规律O3及重金属的科学。阐明微生物对废水中有机物、营养盐类等去除的微生物学原理及其规律。学污水的微生物处理是利用微生物代谢反应进行的一种处理方法，因此在微生物处理设施的运转管理中，必须创造微生物的最适环境和营养条件。废水微生物处理包括细菌、原生动物等很多种类生物的混合生物体系的共同作用结果，其中存在着各种微生物种群之间复杂的生存竞争和生态平衡关系，因而会出现纯培养中想象不到的现象，这就是生物处理的难度所在。随着微生物学中各个分支学科相互渗透，尤其是分子生物学、分子遗传学的发展、促进了微生物分类学的完善，促进了微生物应用技术的进步，推动了生物工程、酶学和基因工程在各个领域的应用和长足的发展，也有力地促进了水处理微生物学的发展。随着水处理微生物工程技术的发展，水和废水微生物处理的新技术、新工艺不断出现，例如固定化酶、固定化微生物细胞处理工业废水，筛选优势菌，筛选处理特种废水的菌种，甚至在探索用基因工程菌处理废水：在传统的生物处理技术基础上，出现了许多个新的技术和代用技术，有力地促进了水处理技术的进步，推动了给水排水、环境工程等学科的发展。0.3.4微生物与水处理工程研究的内容与研究任务水处理微生物学是在微生物的形态、细胞结构及其功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、生长、紧殖、遗传和变异等基础知识的基础上，阐述城市生活污水、工业废水和污泥生物处理中的微生物水处理微生物学的研究方向和任务就是充分利用微生物控制、消除水体的有机污染物、营养盐类、重金属污染，利用微生物进行水处理使水资源再生。0.3.5微生物与水处理工程涉及的技术系统微生物与水处理工程由基础研究和工程实施两部分组成，其中的技术系统与微生物的研究、开发和利用相结合，并具有工程的特征，涉及的技术系统有：1.微生物菌株筛选、驯化、鉴定、结构、功能、生理生化、遗传变异机污染物降解，转化途径测定的实验技术。2.基因工程、酶工程、发酵工程和细胞工程等高新生物技术。3.水处理工程及相关技术。4.环境污染的物化监测及微生物监测的等分析技术。5.污染物净化过程中原位测量、自动控制与信息传递技术。6.工业化处理工程要涉及水力系统、机械系统、电力系统、构筑系统、供气系统和监测控制系统的设计和制图技术等。7.微生物与水处理工程除了需要工业化有关的技术之外，还需补充生态技术和其他有关技术。6
6 0.3.3 水处理微生物学 水处理微生物学是研究微生物对废水的作 用与规律 的科学。阐明微生物对废水中有机物、营养盐类 及重金属 等去除的微生物学原理及其规律。 污水的微生物处理是利用微生物代谢反应 进行的一 种处理方法，因此在微生物处理设施的运转管理中，必须创造微生物的最适环境和营养 条件。废水微生物处理包括细菌、原生动物等很多种类生物的混合生物体系的共同作用 结果，其中存在着各种微生物种群之间复杂的生存竞争和生态平衡关系，因而会出现纯 培养中想象不到的现象，这就是生物处理的难度所在。 随着微生物学中各个分支学科相互渗透，尤其是分子生物学、分子遗传学的发展、 促进了微生物分类学的完善，促进了微生物应用技术的进步，推动了生物工程、酶学和 基因工程在各个领域的应用和长足的发展，也有力地促进了水处理微生物学的发展。 随着水处理微生物工程技术的发展，水和废水微生物处理的新技术、新工艺不断出 现，例如固定化酶、固定化微生物细胞处理工业废水，筛选优势菌，筛选处理特种废水 的菌种，甚至在探索用基因工程菌处理废水；在传统的生物处理技术基础上，出现了许 多个新的技术和代用技术，有力地促进了水处理技术的进步，推动了给水排水、环境工 程等学科的发展。 0.3.4 微生物与水处理工程研究的内容与研究任务 水处理微生物学是在微生物的形态、细胞结构及其功能，微生物的营养、呼吸、物 质代谢、生长、繁殖、遗传和变异等基础知识的基础上，阐述城市生活污水、工业废水 和污泥生物处理中的微生物。 水处理微生物学的研究方向和任务就是充分利用微生物控制、消除水体的有机污染 物、营养盐类、重金属污染，利用微生物进行水处理使水资源再生。 0.3.5 微生物与水处理工程涉及的技术系统 微生物与水处理工程由基础研究和工程实施两部分组成，其中的技术系统与微生物 的研究、开发和利用相结合，并具有工程的特征，涉及的技术系统有： 1.微生物菌株筛选、驯化、鉴定、结构、功能、生理生化、遗传变异机污染物降解，转化 途径测定的实验技术。 2.基因工程、酶工程、发酵工程和细胞工程等高新生物技术。 3.水处理工程及相关技术。 4.环境污染的物化监测及微生物监测的等分析技术。 5.污染物净化过程中原位测量、自动控制与信息传递技术。 6.工业化处理工程要涉及水力系统、机械系统、电力系统、构筑系统、供气系统和监测控 制系统的设计和制图技术等。 7.微生物与水处理工程除了需要工业化有关的技术之外，还需补充生态技术和其他有关技 术
8.用于环境微生物工程的经济效益分析、环境效益分析和社会效益分析的计算机等现代信息处理技术。0.3.6微生物与水处理工程涉及的学科根据微生物与水处理工程的基础研究和应用分析，所涉及的学科范围可概述如下：1.微生物与水处理工程的建立和运行中均需对有关微生物进行基础研究，它涉及到微生物学、细胞学、生理生化学、分子生物学和遗传学等。2.微生物与水处理工程中构建新菌株要涉及到基因工程、细胞工程、酶工程和分子遗传学等相关学科。3.微生物与水处理工程中构筑物和处理设施的建立、污染物的去除，要涉及到水处理工艺学、水力学和生态学：涉及到市政工程、环境工程的概念相关学科。4.微生物与水处理工程中污染物的降解、转化及监测评价要涉及到环境化学、环境生态学、环境地学、环境卫生学、环境毒理学和环境监测与评价等。5.微生物与水处理工程中对污染物原位测量和自动化控制要涉及到信息科学、电子工程技术、仪器分析科学和计算机科学等。6.对微生物与水处理工程进行预算和评价要涉及到经济学、法律学、环境规划和管理和系统工程等。0.3.7微生物与水处理工程进展1.土著菌的开发利用。自然界存在着大量的微生物菌株资源，从中筛选并经别化可以获得去污高效菌株或微生物类群，直接用于微生物与水处理工程。。常规水处理工程设施中一一从自然环境中获得的微生物经过别化具有高效的降解能力·对于印染废水和农药废水等难降解有机物，也可从自然界中获得高效菌2.构建遗传工程菌?土著细菌细胞内可能含有降解特定污染物的酶基因编码：但是它们的繁殖速度和处理污染物的效率及适应能力可能达不到人类的要求。如果将有关的基因转入繁殖速度快、适应能力强的受体菌细胞内，则可能构建初见具有多种优势的新型工程菌。。例如清除石油污染的基因工程菌、降解化学农药的基因工程菌、降解塑料的基因工程菌和降解木质素的基因工程菌。3.固定化细胞技术在水处理中的应用将降解相应有机物的微生物细胞进行固定化，特别是对那些在污染物去除中起重要作用，而增殖速度又很慢的微生物进行固定化，增加反应系统中微生物的浓度和微生物的滞留期，提高反应速率和污染物去除率。·固定化甲烷八叠球菌厌氧处理高浓度有机废水提高甲烷化速率4.废水资源化微生物与水处理工程中废水资源化成熟的例子有发酵细菌和光合细菌净化高浓度有机废水生产清洁能源一一氢气、有机废水庆厌氧消化产生甲烷作为民用燃料和发电、利用废纤维素生产燃料乙醇已经成为废物能源化的有效途径。7
7 8.用于环境微生物工程的经济效益分析、环境效益分析和社会效益分析的计算机等现代信 息处理技术。 0.3.6 微生物与水处理工程涉及的学科 根据微生物与水处理工程的基础研究和应用分析，所涉及的学科范围可概述如下： 1.微生物与水处理工程的建立和运行中均需对有关微生物进行基础研究，它涉及到微生物 学、细胞学、生理生化学、分子生物学和遗传学等。 2.微生物与水处理工程中构建新菌株要涉及到基因工程、细胞工程、酶工程和分子遗传学 等相关学科。 3.微生物与水处理工程中构筑物和处理设施的建立、污染物的去除，要涉及到水处理工艺 学、水力学和生态学；涉及到市政工程、环境工程的概念相关学科。 4.微生物与水处理工程中污染物的降解、转化及监测评价要涉及到环境化学、环境生态学、 环境地学、环境卫生学、环境毒理学和环境监测与评价等。 5.微生物与水处理工程中对污染物原位测量和自动化控制要涉及到信息科学、电子工程技 术、仪器分析科学和计算机科学等。 6.对微生物与水处理工程进行预算和评价要涉及到经济学、法律学、环境规划和管理和系 统工程等。 0.3.7 微生物与水处理工程进展 1.土著菌的开发利用 自然界存在着大量的微生物菌株资源，从中筛选并经驯化可以获得去污高效菌株 或微生物类群，直接用于微生物与水处理工程。 常规水处理工程设施中——从自然环境中获得的微生物经过驯化具有高效的降 解能力 对于印染废水和农药废水等难降解有机物，也可从自然界中获得高效菌 2.构建遗传工程菌 土著细菌细胞内可能含有降解特定污染物的酶基因编码，但是它们的繁殖速度和 处理污染物的效率及适应能力可能达不到人类的要求。如果将有关的基因转入繁 殖速度快、适应能力强的受体菌细胞内，则可能构建初见具有多种优势的新型工 程菌。 例如清除石油污染的基因工程菌、降解化学农药的基因工程菌、降解塑料的基因 工程菌和降解木质素的基因工程菌。 3.固定化细胞技术在水处理中的应用 将降解相应有机物的微生物细胞进行固定化，特别是对那些在污染物去除中起重 要作用，而增殖速度又很慢的微生物进行固定化，增加反应系统中微生物的浓度 和微生物的滞留期，提高反应速率和污染物去除率。 固定化甲烷八叠球菌厌氧处理高浓度有机废水提高甲烷化速率 4.废水资源化 微生物与水处理工程中废水资源化成熟的例子有发酵细菌和光合细菌净化高浓 度有机废水生产清洁能源——氢气、有机废水厌氧消化产生甲烷作为民用燃料和 发电、利用废纤维素生产燃料乙醇已经成为废物能源化的有效途径
5.微生物与水处理工程是环境微生物学基础和应用研究、生物技术和其他工程技术结合产物微生物与水处理工程开发是以基础研究为先导的，研究微生物降解转化污染物的机理以及经深入到基因DNA的分子水平。从基因DNA组成结构的变化追溯到相关的生理生化的变化及其代谢功能的变化已经成为基础研究的热点。从环境微生物中分离鉴定出降解特定污染物的基因，并应用该基因构建高效降解污染物的基因工程菌已成为水处理微生物工程中高新技术的前沿课题目标之一。。利用环境微生物分子遗传学指标和生理生化指标作为生物标志去指示环境污染状况，已经成为环境污染生物监测的重要技术手段。研究微生物降解污染物反应动力学及其数学模型和相关参数，发现清除污染物与相关因素之间的定量关系已经成为水处理微生物工程的设计依据。相关的计算机软件开发、试剂盒的应用、遥感技术的配合和多种传感器及生物反应器的问世等各种基础研究和应用研究的成果，均有力地推动了微生物与水处理工程不断发展。0.4微生物的分类与命名微生物（Microorganisms）是指所有形体微小单细胞的，或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的，必须借助关学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的通称。0.4.1水中常见的微生物非细胞形态的微生物一病毒（包括噬菌体）水中的微生物细菌放线菌原核生物蓝藻（蓝细菌）细胞形态的藻类微生物酵母菌真菌霉菌真核生物肉足虫原生动物鞭毛虫后生动物纤毛虫c
8 5.微生物与水处理工程是环境微生物学基础和应用研究、生物技术和其他工程技术结合产 物 微生物与水处理工程开发是以基础研究为先导的，研究微生物降解转化污染物的 机理以及经深入到基因 DNA 的分子水平。从基因 DNA 组成结构的变化追溯到相 关的生理生化的变化及其代谢功能的变化已经成为基础研究的热点。从环境微生 物中分离鉴定出降解特定污染物的基因，并应用该基因构建高效降解污染物的基 因工程菌已成为水处理微生物工程中高新技术的前沿课题目标之一。 利用环境微生物分子遗传学指标和生理生化指标作为生物标志去指示环境污染 状况，已经成为环境污染生物监测的重要技术手段。研究微生物降解污染物反应 动力学及其数学模型和相关参数，发现清除污染物与相关因素之间的定量关系已 经成为水处理微生物工程的设计依据。相关的计算机软件开发、试剂盒的应用、 遥感技术的配合和多种传感器及生物反应器的问世等各种基础研究和应用研究 的成果，均有力地推动了微生物与水处理工程不断发展。 0.4 微生物的分类与命名 微生物（Microorganisms）是指所有形体微小单细胞的，或个体结构较为简单的多细 胞，甚至无细胞结构的，必须借助关学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的 通称。 0.4.1 水中常见的微生物 水 中 的 微 生 物 非细胞形态的微生物—病毒（包括噬菌体） 细胞形态的 微生物 原核生物 细菌 放线菌 蓝藻 （蓝细菌） 藻类 真菌 原生动物 后生动物 酵母菌 霉菌 肉足虫 鞭毛虫 纤毛 真核生物 纤毛虫
0.4.2微生物的分类界Kingdom-真核原生生物界Protistae门Phylum（Division）原生动物门Protozoa纲Class-纤毛纲Ciliata缘毛目Peritrichida?目Order-一钟形科Vornicellidae?科Fiamly-钟虫属Vorticella-属Genus-钟Species-小口钟虫Vorticellamicrostoma?亚界、亚门、亚纲、亚目、亚科、族、亚族、亚属、亚种非细胞结构的生物一病毒界（包括噬菌体）蓝藻Cyanophyta（蓝细菌）真细菌亚纲Eubacteriae真细菌纲原核细胞生物一放线菌亚纲Eubacteriae原核生物界生Actinomycetes(Procaryota)立克次氏体纳Rikettsiae物细菌门Bacteri粘细菌纳Myxobacteriaeophyta螺旋体纲Spirochaetae具有细支原体纳Mycoplasmae胞结构原生动物门Protozoa的生物真核原生生物界Rotistae真核藻类酵母菌真菌界Fungi鲜菌真核细动物界微型后生动物胞生物Animalia高低等动物植物界低等植物Plantae高等植物0.4.3区分原核生物和真核生物1.原核生物原核生物是具有原核细胞的生物，原核细胞的核发育不完全，只有一个核质高度集中的核区（似核结构），不具有核膜，核物质裸露，与细胞质没有明显的界限，没有分化特异的细胞器，只有膜体系的不规则的泡沫结构，不进行有丝分裂。属于原核生物的有：细菌、放线菌、蓝细菌等?可见性：原核生物微小，在显微镜下可见?9
9 0.4.2 微生物的分类 界 Kingdom——真核原生生物界 Protistae 门 Phylum（Division）——原生动物门 Protozoa 纲 Class——纤毛纲 Ciliata 目 Order——缘毛目 Peritrichida 科 Fiamly——钟形科 Vornicellidae 属 Genus——钟虫属 Vorticella 钟 Species——小口钟虫 Vorticella microstoma 亚界、亚门、亚纲、亚目、亚科、族、亚族、亚属、亚种 0.4.3 区分原核生物和真核生物 1.原核生物 原核生物是具有原核细胞的生物，原核细胞的核发育不完全，只有一个核质高度 集中的核区（似核结构），不具有核膜，核物质裸露，与细胞质没有明显的界限， 没有分化特异的细胞器，只有膜体系的不规则的泡沫结构，不进行有丝分裂。 属于原核生物的有：细菌、放线菌、蓝细菌等 可见性：原核生物微小，在显微镜下可见 生 物 非细胞结构的生物—病毒界（包括噬菌体） 具有细 胞结构 的生物 原核细胞生物— 原核生物界 （Procaryota） 细菌门 Bacteri ophyta 放线菌亚纲 Actinomycetes 蓝藻Cyanophyta（蓝细菌） 真菌界 Fungi 原生动物门Protozoa 酵母菌 霉菌 真核细 胞生物 真细菌亚纲 Eubacteriae 真细菌纲 Eubacteriae 立克次氏体纲Rikettsiae 粘细菌纲Myxobacteriae 螺旋体纲Spirochaetae 支原体纲Mycoplasmae 真核原生生物界 Rotistae 动物界 Animalia 植物界 Plantae 真核藻类 微型后生动物 高低等动物 低等植物 高等植物 生 物 非细胞结构的生物—病毒界（包括噬菌体） 具有细 胞结构 的生物 原核细胞生物— 原核生物界 （Procaryota） 细菌门 Bacteri ophyta 放线菌亚纲 Actinomycetes 蓝藻Cyanophyta（蓝细菌） 真菌界 Fungi 原生动物门Protozoa 酵母菌 霉菌 真核细 胞生物 真细菌亚纲 Eubacteriae 真细菌纲 Eubacteriae 立克次氏体纲Rikettsiae 粘细菌纲Myxobacteriae 螺旋体纲Spirochaetae 支原体纲Mycoplasmae 真核原生生物界 Rotistae 动物界 Animalia 植物界 Plantae 真核藻类 微型后生动物 高低等动物 低等植物 高等植物
2.真核生物.真核生物：具有真核细胞的生物。真核细胞内有发育完好的细胞核，有核膜是细胞核与细胞质有明显界限，有高度分化的特异细胞器（如线粒体、叶绿体、中心体、高尔基体），进行有丝分裂。-属于真核生物的有：酵母菌、霉菌、藻类、原生动物等可见性：有的肉眼可见，有的借助显微镜0Cyoe0.4.4病毒没有细胞结构，只有DNA或RNA遗传物质，靠宿主细胞来复制自身，大小在0.2um以下，需用电子显微镜观察0.4.5微生物的特点个体小：微生物个体都很小，以um量测，用显微镜观察·种类繁多·分布广。繁殖快，几十分钟一代（如果营养充分的话，一个大肠杆菌4～5d就可以形成与地球体积同样大小的杆菌群体）·容易发生变异课程安排绪论—2 学时第一章细菌的形态和结构——2学时第二章细菌的生理特性—6学时第三章细菌的生长和遗传变异—4学时第四章其他微生物一6学时第五章水的卫生细菌学一—2学时第六章废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物一—8学时第七章微生物的研究方法——2学时水生动植物内容10
10 2. 真核生物 真核生物：具有真核细胞的生物。真核细胞内有发育完好的细胞核，有核膜是细 胞核与细胞质有明显界限，有高度分化的特异细胞器（如线粒体、叶绿体、中心 体、高尔基体），进行有丝分裂。 属于真核生物的有：酵母菌、霉菌、藻类、原生动物等 可见性：有的肉眼可见，有的借助显微镜 0.4.4 病毒 没有细胞结构，只有 DNA 或 RNA 遗传物质，靠宿主细胞来复制自身，大小在 0.2µm 以下，需用电子显微镜观察 0.4.5 微生物的特点 个体小：微生物个体都很小，以µm 量测，用显微镜观察 种类繁多 分布广 繁殖快，几十分钟一代（如果营养充分的话，一个大肠杆菌 4～5d 就可以形成与 地球体积同样大小的杆菌群体） 容易发生变异 课程安排 绪论——2 学时 第一章细菌的形态和结构——2 学时 第二章细菌的生理特性——6 学时 第三章细菌的生长和遗传变异——4 学时 第四章其他微生物——6 学时 第五章水的卫生细菌学——2 学时 第六章废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物——8 学时 第七章微生物的研究方法——2 学时 水生动植物内容