水处理生物学

水处理生物学第一章绪论生物划分为：界、门、纲、目、科、属、种五界系统：原核生物界、原生生物界、植物界、真菌界、动物界林奈双命名法规定：每种生物的学名由两个拉丁词组成，前一词为该种的所在属的属名。

第二个词为种名，表示该物种的主要特征或产地。

细菌等微生物的命名与动、植物都采用林奈双命名法微生物：是肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称特点：种类多、分布广、繁殖快、易变异、个体微小底栖小型动物：常称为水下哨兵第二章原核微生物细菌：一类单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的原核生物。

分为球状、杆状和螺旋状。

以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。

基本结构：细胞壁、原生质体（包括细胞膜、细胞质、核质、内含物）革兰氏染色法：结晶紫初染，碘液媒染，酒精脱色，用蕃红或沙黄复染。

G阳性（G+）蓝紫色和G阴性（G-）红色原理：通过初染和媒染后，在细菌细胞的细胞壁及膜上结合了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。

革兰氏阳性细菌胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故在酒精脱色时，肽聚糖网孔会因脱水而发生明显收缩，再加上它不含脂类，酒精处理也不能在胞壁上溶出大的空洞或缝隙，结晶紫与碘复合物仍组留在细胞壁内，使其呈现出蓝紫色。

革兰氏阴性细菌细胞壁较薄、肽聚糖位于内层且含量低和交联松散，与酒精反应后肽聚糖不易收缩，加上他的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上会出现较大的空洞或缝隙，结晶紫和碘的复合物就很容易被溶出细胞壁，脱去原来初染的颜色。

当番红或者沙黄复染时，细胞就会带上复染染料的红色。

真细菌：不管是G+和G—细菌，其细胞壁中均含有肽聚糖及D-型氨基酸。

细胞壁功能：1保持细胞形态和提高细胞的机械强度，使其免受渗透压等外力损伤2为细胞的生长、分裂所必须3作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动4阻碍大分子有害物质进入细胞5赋予细胞特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

细胞膜结构：镶嵌模型1磷脂双分子组成膜的基本骨架2磷脂分子在细胞膜中以多种方式不断运动，膜有流动性3膜蛋白以不同方式分布在膜的两侧或磷脂层中功能：1选择性地控制细胞内外物质的运送和交换2维持细胞内正常渗透压3合成细胞壁组分和荚膜的场所4进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地5许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地6鞭毛的着生和生长点核区：指在于细胞质内、无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。

水处理生物学课程教学大纲课程名称：水处理生物学课程名称：Water Treatment Biology课程类型：专业基础必修课学时：40适用对象：给水排水工程专业本科先修课程：无一、课程的性质、目的与任务“水处理生物学”是给水排水工程专业的一门专业基础课。

本课程的任务是使学生系统掌握微生物学的基本知识，了解微生物的形态、掌握微生物的生理特性、控制以及利用它们的方法，掌握微生物、水生植物、水生动物等在水体净化和水处理中的作用机理，熟悉水中微生物的检验方法等。

二、课程的内容及学时分配第一单元绪论（建议学时数：2学时）本单元的学习目的和要求：了解微生物学的发展；微生物、水生动物、水生植物在水处理中的作用；水中常见的微生物等。

本单元的重点和难点：水中常见的微生物。

第二单元细菌的形态和结构（建议学时数：2学时）本单元的学习目的和要求：细菌的形态、大小；细菌的细胞结构及各结构的功能；细菌的菌落特征。

本单元的重点和难点：细菌的细胞结构及各结构的功能。

第三单元细菌的生理特性（建议学时数：6学时）本单元的学习目的和要求：细菌的营养成分和营养类型；酶的特性及米-门公式；细菌的呼吸类型；环境因素对细菌生长的影响。

本单元的重点和难点：酶的特性及米-门公式；细菌的呼吸类型。

第四单元细菌的生长和遗传变异（建议学时数：4学时）本单元的学习目的和要求：细菌的计数方法；细菌生长测定方法；细菌的生长及其特性；细菌的遗传与变异及其应用。

本单元的重点和难点：细菌的生长及其特性。

第五单元其他微生物（建议学时数：6学时）本单元的学习目的和要求：放线菌、光合细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物、病毒和噬菌体；微生物之间的关系。

本单元的重点和难点：藻类、原生动物；微生物之间的关系。

第六单元水的微生细菌学（建议学时数：4学时）本单元的学习目的和要求：水中的细菌及其分布；水中的病原菌、大肠菌群及其测定方法；水中微生物的控制方法；水中的病毒及其检验。

引言一、水处理微生物学的研究对象微生物（microorganism）：是个体很小的生物，其大小用um（微米）度量，肉眼看不见，只有在显微镜下放大以后，才能看到的低等生物。

微生物学：研究微生物的形态、分类和生理等特性；研究它们的生存环境条件；研究它们在自然界物质转化中所起的作用；研究控制它们生命活动的方法。

水处理微生物学：研究水微生物的形态、生理特性和控制方法；研究水微生物在水处理中的作用机理和规律；研究水微生物的检验方法；判定水体污染和自净能力以及水处理效果的好坏。

二、水中常见微生物的类型及特点1、微生物的名称和分类(1)界―门―纲―目―科―属―种微生物的名用二个拉丁语拼写，第一个是属名，词首字母大写,第二个是种名,如：Escherichia coli 大肠杆菌属名相当于我们的姓，种名相当于名。

(2)生物系统分类见图(1-1)2、微生物的动植物属性细菌类不能进行光合作用，不能运动，但属于植物。

植物和动物的本质区别见(表1)：图(1-1) 新生动物动物界中生动物生物界原生动物种子植物植物界羊齿植物分裂菌类细菌类苔藓植物菌类地衣类真菌类藻类表1:植物(细菌类)和动物(原生动物)的不同点3、类型非细胞形态的微生物—病毒细菌水中微生物原核生物放线菌细胞形态的微生物蓝藻藻类酵母菌真核生物真菌霉菌肉足类原生动物鞭毛类纤毛类后生动物轮虫线虫(1)病毒：使用光学显微镜看不见，（病毒个体小于0.2um）必须使用超显微镜或电子显微镜。

(2)原核生物：具用原核细胞的生物，其内部结构简单，细胞的核发育不完全，只是一个核物质高度集中的核区（拟核、似核），不具核膜，核物质裸露，与细胞质没有明显的界限，没有分化的特异的细胞器，只有膜体系的不规则泡沫结构，不进行有丝分裂。

(3)真核生物：具有真核细胞的生物，其内部结构比较复杂，有发育完好的细胞核，有核膜使细胞核和细胞质有明显界限，有高度分化的特异细胞器，进行有丝分裂。

4、微生物的五大特点(1)个体小，面积大；(2)吸收快，转化快；(3)生长旺，繁殖快；几十分钟内可繁殖一代，按一个分裂为两个；(4)适应强，易变异；适应外界环境能力强；(5)分布广，种类多；微生物无处不在；三、微生物在给水排水工程中的作用1、给水工程中去除病原微生物，满足供水水质要求；2、污水处理中的生物处理法利用微生物降解有机物，减少对水体的耗氧污染.由于生物处理法经济有效,迄今为止,仍是有机污水处理的主力军；3、水处理的微生物检查是生物处理功能判断的重要指标；4、微生物在水体自净中的作用；5、土壤的自净作用；第一章细菌的形态和结构1.2.1细菌的外形和大小一、细菌：是微小的，单细胞的没有真正细胞核的原核生物。

《水处理生物学（双语）》课程教学大纲一、基本信息中文名称：水处理生物学（双语）英文名称：Biology of Water and Wastewater Treatment（Bilingual）课程代码：19063102课程性质：专业基础课学分：2.5 总学时：48（其中理论：32 实验：16 上机：0 实践：0）适用学院及专业：给排水科学与工程专业先修课程：无机化学B、有机化学C、物理化学C、水分析化学二、课程地位与作用本课程是高等学校给排水科学与工程专业指导委员会提出的给排水科学与工程学科课程体系中主干课程之一，是给排水科学与工程专业的必修课。

通过本课程的学习，使学生掌握水处理技术相关的生物学知识，了解和掌握水处理工程和环境水体水质净化工程中涉及的生物学知识，为分析和解决实际工程问题奠定坚实的生物学基础。

三、课程教学目标本课程支撑毕业要求指标点1.4、2.2、4.3、10.2通过学习水处理生物学的理论知识及生物学在水质保障中的应用、国家在环境保护领域的举措，激发学生的爱国热情，增强社会责任感，坚定“四个自信”，实现立德树人的目的；掌握与水处理相关的生物学的基本概念、基本理论和实验方法，能够用生物学的方法研究相关生物在水处理领域的作用、有害生物的防控及水质生物监测；能够用生物学的方法解决水处理相关的环境问题；掌握从事有关研究工作的实验技能；掌握相关外语术语，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

通过本课程的学习，学生应具备以下能力：目标1：掌握水处理相关生物学、污染物生物分解与转化等基础知识，用于分析和解决水处理工程和环境水体水质净化工程中有机污染物分解转化的复杂问题，分析复杂过程的（微）生物相关影响因素，针对不同污染物的性质和不同的生物处理系统，就其关键环节、参数和指标进行分析和求解。

（支撑毕业要求指标点1.4、2.2）目标2：掌握水质安全与生物监测基础知识，将其应用于解决水处理工程和环境水体水质净化工程中水质生物学指标、有害生物控制和水质安全生物检测的复杂工程问题。

1细胞壁是包围在细菌细胞最外面的一层富有弹性的、厚实、坚韧的结构。

功能：固定细胞外形，保护细胞不受损；抗氧化作用；分子筛作用；作为鞭毛的支点。

2细胞膜是一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜。

主要功能为：①选择性地控制细胞内外物质（营养物质和代谢产物）的运送和交换。

②维持细胞内正常渗透压。

③合成细胞壁组分和荚膜的场所。

④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地。

⑤许多代谢酶和运输酶以及电子呼吸链组成的所在地。

⑥鞭毛的着生和生长点。

3荚膜或称大荚膜，其主要功能有：①保护作用。

②作为通透性屏障和离子交换系统。

③贮藏养料。

④表面附着作用⑤细菌间的信息识别作用4、生物膜：是一种不可逆的黏附于固体表面的，被微生物胞外多聚物包裹的有组织的微生物群体1菌落:将单个或少量同种细菌（或其他微生物）细胞接种于固体培养基表面（或内层）时，在适当的培养条件下（如温度、光照等），该细胞会迅速生长繁殖，形成许多细胞聚集在一起且肉眼可见的细胞集合体，称之为菌落。

准确地讲，菌落就是在固体培养基上（内）以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态、构造特征的子细胞团。

2生物浓缩：当吸收速率大于体内分解速率与排泄速率之和时，化学物质就会在体内积累，这种现象称"生物浓缩"作用。

20．生物积累：指同一生物个体在不同的生长发育阶段，生物浓缩系数不断增加的现象。

21、生物放大：指生态系统中，某种化学物质的生物浓缩系数在同一食物链上，由低位营养级生物到高位营养级生物逐级增大的现象3、硝化作用：微生物在有氧的条件下把氨氧化为亚硝酸和硝酸的过程。

4、菌胶团细菌的荚膜融合成一团块内含许多细菌5、质粒：在然色体外或者附加与染色体上的带有特异遗传信息的DNA分子6、种群：一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和在生态学中称为种群7、生物去除：由于微生物细胞、活性污泥等的吸附作用使得化学物质浓度降低的一种现象8：水体富营养化水体中氮磷含量过高而引起藻类过度繁殖，使得水质恶化，水环境恶化的现象。

水处理生物学试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 以下哪种微生物在水处理中起到硝化作用？A. 蓝藻B. 绿藻C. 硝化细菌D. 铁细菌答案：C2. 以下哪种物质不是水处理中常用的消毒剂？A. 氯B. 臭氧C. 过氧化氢D. 硫酸铜答案：D3. 以下哪种生物在水处理中起到除磷作用？A. 轮虫B. 线虫C. 原生动物D. 细菌答案：C4. 以下哪种微生物在水处理中起到脱氮作用？A. 蓝藻B. 硝化细菌C. 反硝化细菌D. 铁细菌答案：C5. 以下哪种微生物在水处理中起到除臭作用？A. 蓝藻B. 硝化细菌C. 反硝化细菌D. 硫化细菌答案：D二、填空题（每题2分，共10分）1. 在水处理中，____细菌通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐。

答案：硝化2. 反硝化作用是指在缺氧条件下，____细菌将硝酸盐还原为氮气的过程。

答案：反硝化3. 在水处理中，____是去除有机物的主要方法之一。

答案：生物降解4. 紫外线消毒是一种物理消毒方法，它通过破坏微生物的____来达到消毒效果。

答案：DNA5. 在水处理中，____是一种常见的除磷方法，通过生物作用将溶解性磷转化为不溶性磷。

答案：生物除磷三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述水处理中生物膜的作用及其形成过程。

答案：生物膜在水处理中起到生物过滤和生物降解的作用。

其形成过程包括：初始附着阶段，微生物附着在滤料表面；生长繁殖阶段，附着的微生物开始生长繁殖；成熟稳定阶段，生物膜达到一定厚度，形成稳定的生物膜结构。

2. 描述水处理中生物脱氮的过程。

答案：生物脱氮过程包括硝化和反硝化两个阶段。

硝化阶段中，氨氮首先被硝化细菌转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐。

反硝化阶段中，反硝化细菌在缺氧条件下将硝酸盐还原为氮气，从而实现脱氮。

四、论述题（每题20分，共40分）1. 论述水处理中微生物的作用及其影响因素。

答案：微生物在水处理中起到关键作用，包括有机物的降解、氮磷的去除、重金属的吸附等。

水处理生物学是一门致力于减少水污染的科学领域，主要涉及水中的微生物学和生态学，环境生物学，优化水处理流程和技术等多个方面。

进一步了解可以让我们更好地了解水的处理和净化过程，更好地保护我们的自然环境和健康。

1.微生物学在中的应用中的微生物学是指通过利用微生物分解和转换有害物质来净化水。

传统水处理中对有机物质的处理主要通过过滤和化学物质处理来完成，但这些处理方法对水的来源和成分要求比较高，并且存在一定的污染风险，所以越来越多的处理机构倾向于使用微生物学处理水。

微生物学处理水依靠微生物对污染物的分解和转化，其中包括了大量的生物学处理方法，如：活性池法，好氧/厌氧处理等。

在这些方法中，活性池法是其中最常用和最经济的方法之一，因为该方法可以利用大量的微生物来降解水中所含的污染物，并且可以容纳较大的水流，可以进行大规模的处理。

一些可能存在于废水中的有害物质，比如重金属、农药等，可以通过微生物学处理水的方式被去除掉，使得水变得更加干净，更加安全。

2.生态学在中的应用在生态学角度来看，可以看作是一种从生态系统层面解决水污染问题的方法。

在生态学领域，关注点在于水中的食物链生态学，并通过生态学的技术来改变水中的营养物质的含量和质量，使得生态系统得以得以恢复，达到环境保护和健康安全的目的。

一个典型的例子是水下生态人工湿地——生态滤池，是以湿地滤池的形式进行建设而成，可以处理从农业和城市区域流出的废水和雨水。

水流在经过植物根和生物膜等多种生态活动区域后，可以实现营养物质和有害物质的去除，从而达到净化水源的目的。

由于生态滤池的灵活性和生态活动，使得它不仅可以在城市中使用，也可以适用于不同的湖泊和流域环境。

生态滤池的成功利用也表明了生态学掌握和应用在中的重要性和价值。

3.水处理技术的优化除了前两个方向外，还关注于提高水处理技术，使其更高效和经济。

在水处理技术上进行的工作包括改进现有的技术，如微生物法，生态滤池等，并引进新的水处理技术，如纳米技术等，以提高处理的效率和降低成本。

一章绪论1－1.解释下列名词1.微生物:微生物并非生物分类名词，而是对所有形体微小、结构简单、要借助显微镜才能看得见的单细胞生物或个体发育简单的多细胞生物和非细胞生物的统称。

2.环境微生物学：主要以微生物学本学科的理论与技术为基础，重点研究污染环境的微生物学。

3.非细胞生物：没有细胞结构存在的生命。

4.原核生物：由原核细胞组成的生物。

如细菌、放线菌、支原体等。

5.真核生物：所有的单细胞或多细胞的、其细胞具有细胞核的生物的总称。

1－2.环境微生物学研究的内容和任务是什么？环境微生物学研究的内容：微生物生命活动及其规律及对它们进行应用。

任务：防止和消除有害微生物活动化害为利。

并充分利用有益微生物资源，为人类造福。

1－3.微生物有何特点？环境中微生物包括哪些主要类别？微生物特点：1.个体小，表面积大 2.种类多，分布广泛 3.生长繁殖快 4.适应性强，易发生遗传变异主要类别：无细胞结构的病毒、噬菌体单细胞结构的主克次氏体、细菌、放线菌多细胞结构的真菌、原生动物、藻类1－4.我国现行的生物分类把生物分为哪几类？微生物分别属于什么界？我国现行的生物分类：病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、植物界、动物界二章微生物的形态结构2－1.解释下列名词：1.细胞壁；包围在细菌细胞最铺面的一层富有弹性的厚实坚韧的结构，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等功能。

2.细胞质膜；一层紧贴着细胞壁而包围着细胞质的薄膜，主要有蛋白质，脂类，少量糖类。

3.质粒；细菌染色体外的遗传物质，是一环状DNA分子，能自我复制，独立存在，稳定遗传，仅在原核生物和真核生物的酵母。

4.核糖体；分散于细胞质中，其沉降系数为70S（由30S和50S两个亚单位组成），主要成分为RNA（60％）和Pr（40％）5.同形分裂；分裂后所形成的两个子细胞个体大小基本相同。

6.异形分裂；分裂后所形成的两个子细胞个体大小不同，一个大，一个小。

7.菌落；由一个和少数几个细胞分裂形成成千上万个细胞，大量细胞由于固体培养基限制其扩散，聚集在一起形成肉眼可以看见的群落8.气生菌丝；营养菌丝生长发育到一定程度，伸展于基质表外，暴露于空气中9. 基内菌丝；放线菌伸入营养物质内或表面的菌丝体，主要在于吸收营养物质、固定菌落10. 寄生；从活的有机体内吸收营养使自己生存11. 腐生；从无生命的死亡有机体上吸取营养12. 半保留复制；细菌DNA分裂过程中的自我复制是将双链打开成单股，然后在打开的链上按碱基互补原则复制成两条新的双链，其中每条新的双链都会有原来的一条单链。