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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。
第二章细菌的生理特性细菌的生理特性，主要从三方面来分析：(1)营养；(2)呼吸；(3)其它环境因素对它们生活的影响。
第一节细菌的营养细菌的营养是指吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。
营养是代谢的基础，代谢是生命活动的表现。
细菌所需的营养物质与细菌细胞的化学组成、营养类型和代谢遗传特性等有关。
一、细菌细胞的化学组分及生理功能1、化学组成细菌细胞中最重要的组分是水，约占细胞总重量的80％，一般为70％～90％．其它10％～20％为干物质。
干物质中有机物占90％左右，其主要化学元素是C、H、()、N、P、S；另外约10％为无机盐分(或称灰分)。
其化学组成示意图如下(图2—1)。
有关细菌细胞的化学组分还应注意以下几个特点：不同的细菌细胞化学组分不同；同一种细菌在不同的生长阶段，其化学组分也有差异。
2、各化学组分的生理功能(1)水分水分是最重要的组分之一，也是不可缺少的化学组分。
水在细菌细胞内的存在有两种状态：自由水和结合水。
它们的生理作用主要有以下几点：1)溶剂作用。
所有物质都必须先溶解于水，然后才能参与各种生化反应。
2)参与生化反应(如脱水、加水反应)。
3)运输物质的载体。
4)维持和调节一定的温度。
(2)无机盐无机盐主要指细胞内存在的—些金属离子盐类。
根据含有量的多少可以分成微量金属元素和(大量)金属元素，前者如Zn、Ni、Co、Mo、Mn等．后者如P、S、K、Mg、Na、Fe 等。
无机盐类在细胞中的主要作用是：1)构成细胞的组成成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。
2)酶的组成成分，如蛋由质和氨基酸的－SH。
3)酶的激活剂，如Mg2+、K+。
4)维持适宜的渗透压。
如Na+、K+、Cl－。
5)自养型细菌的能源，如S、Fe2+。
(3)碳源凡是提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物质称之为碳源。
它分有机碳源和无机碳源两种，前者包括各种糖类，蛋白质，脂肪，有机酸等等，后者主要指CO2(CO32－或HCO3－)。
水处理微生物学知识点总结一、微生物概述1.微生物的定义：微生物是一类肉眼难以观察的微小生物，包括细菌、病毒、真菌、原生动物和藻类等。
2.微生物的特点：微生物具有体积小、繁殖快、易变异等特点，因此在自然界中分布广泛，与人类生活密切相关。
3.微生物在水处理中的作用：微生物在水处理中具有重要作用，如降解有机物、转化污染物、净化水质等。
二、微生物的分类和鉴别1.细菌的分类和鉴别：细菌按形态可分为球菌、杆菌和螺旋菌等；按革兰氏染色可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌；按生化反应可分为需氧菌和厌氧菌。
鉴别细菌主要依据菌落的形态、大小、颜色、质地等特征。
2.病毒的分类和鉴别：病毒按遗传物质可分为DNA病毒和RNA病毒；按宿主细胞类型可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒。
鉴别病毒主要依据感染宿主的范围、致病性、抗原性等特征。
3.真菌的分类和鉴别：真菌按细胞形态可分为单细胞真菌和多细胞真菌；按生长环境可分为腐生真菌、寄生真菌和共生真菌。
鉴别真菌主要依据菌落的形态、大小、颜色、质地等特征。
三、微生物的生长和繁殖1.微生物的生长曲线：微生物生长曲线分为四个阶段：延滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期。
2.微生物的生长条件：微生物生长需要适宜的温度、pH值、氧气和营养物质等条件。
3.微生物的繁殖方式：细菌主要通过二分裂方式进行繁殖；病毒主要通过吸附、侵入、复制和释放等过程进行繁殖；真菌主要通过孢子生殖或出芽方式进行繁殖。
四、水处理中的微生物污染1.水体污染的类型：水体污染包括物理污染、化学污染和生物污染等类型。
其中生物污染主要是由微生物引起的。
2.水体中的病原微生物：水体中可能存在各种病原微生物，如细菌、病毒、寄生虫等，它们可能导致各种疾病的发生。
3.水处理中的微生物污染：水处理过程中可能受到各种微生物污染，如细菌总数超标、大肠菌群超标等，这些都会对人体健康产生影响。
水处理生物学1、微生物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，必须借助光学显微镜甚至电子显微镜才能观察到的低等生物的通称。
第二章原核微生物定义：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。
类型：即细菌(狭义的)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。
第一节细菌一、定义：单细胞、个体微小、结构简单、没有真正细胞核的水生性较强的原核生物二、形态和大小球状、杆状、螺旋状三、细菌细胞的结构基本结构：细胞壁和原生质（细胞膜、细胞质及内含物、核质）1.2 革兰氏染色机理经初染、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和碘液形成大分子的紫－碘复合物。
革兰氏阳性细菌（G＋）细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和分子交联度较紧密，故用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，紫－碘复合物不能溢出细胞，仍阻留在细胞壁内，菌体显蓝紫色，而革兰氏阴性细菌（G－）菌的细胞壁较薄、细胞壁含有脂多糖，肽聚糖位于内层、含量较底且交联松散，用酒精脱色时肽聚糖网孔不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精处理后，类脂溶解，胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，紫－碘复合物溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色，当藩红或沙黄复染时，细胞就会呈现红色。
1.3 核区道尔顿：质量单位，1个道尔顿为氧原子量的1/161.4 内含物是细菌新陈代谢的产物，或是贮备的营养物质。
其种类与数量与细菌种类和培养条件有关，当某些物质过剩时，细菌就将其转化成贮藏物质，当营养缺乏时，他们又被分解利用（1）异染颗粒用蓝色染料染色后，不呈蓝色而呈紫色。
故称异染颗粒。
是无机偏磷酸盐的聚合物，是磷源和能源贮藏物，可降低细胞渗透压。
（2）聚-β-羟基丁酸盐(PHB)是细菌特有的一种碳源和能源贮藏物。
实质上是有机物在厌氧过程中形成的代谢产物。
（3）肝糖和淀粉粒⏹都是碳源和能源的贮藏物。
水处理微生物学基础复习整理给水1004第一章绪论水中常见的微生物：细胞生物，非细胞生物（病毒）。
细胞生物：古菌、原核生物、真核生物原核生物：细菌、放线菌、蓝细菌（俗称蓝藻）、支原体、立克次氏体、衣原体真核生物：（1）藻类（2）真菌---酵母菌、霉菌（3）原生动物---肉足类、鞭毛类、纤毛类（4）微型后生动物微生物的特点：个体小、种类多、分布广、繁殖快、易变异第二章原核微生物1.什么是细菌？细菌是一类单细胞，个体微小，结构简单，没有真正细胞核的原核生物。
2.以形状来分，细菌可分为哪几类？细菌的形态大致上可分为球状、杆状和螺旋状（弧菌及螺菌）3种，仅少数为其他形状，如丝状、三角形、方形和圆盘形等。
球状、杆状和螺旋状是细菌的基本形态。
自然界中，以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋菌最少。
细菌的基本结构：细胞壁和原生质体两部分。
原生质体位于细胞壁内，包括细胞膜（细胞质膜），细胞质，核质和内含物。
3.鉴别细胞的最常见方法：革兰氏染色法，把细菌分为革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。
操作步骤：（1）用结晶紫染液对细菌染色（2）加媒染剂（碘液）使菌体着色（3）用乙醇脱色（4）用复染液（沙黄或番红）复染（5）显微镜下观察染色后的细菌：蓝紫色则为革兰氏阳性细菌，番红或沙黄的红色则为革兰氏阴性细菌。
革兰氏染色的机理：革兰氏染色的机理一般解释为：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。
革兰氏阳性菌细胞壁较厚、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，因此，结晶紫与碘的复合物仍阻留在细胞壁内，使其呈现出蓝紫色。
与此相反，革兰氏阴性菌的细胞壁较薄、肽聚糖位于内层且含量低和交联松散，与酒精反应后其肽聚糖不易收缩，加上它的脂类含量高且位于外层，所以酒精作用时细胞壁上就会出现较大的空洞或缝隙，这样，结晶紫和碘的复合物就很易被溶出细胞壁，脱去了原来初染的颜色。
第二章细菌的生理特性细菌的生理特性，主要从三方面来分析：(1)营养；(2)呼吸；(3)其它环境因素对它们生活的影响。
第一节细菌的营养细菌的营养是指吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。
营养是代谢的基础，代谢是生命活动的表现。
细菌所需的营养物质与细菌细胞的化学组成、营养类型和代谢遗传特性等有关。
一、细菌细胞的化学组分及生理功能1、化学组成细菌细胞中最重要的组分是水，约占细胞总重量的80％，一般为70％～90％．其它10％～20％为干物质。
干物质中有机物占90％左右，其主要化学元素是C、H、()、N、P、S；另外约10％为无机盐分(或称灰分)。
其化学组成示意图如下(图2—1)。
有关细菌细胞的化学组分还应注意以下几个特点：不同的细菌细胞化学组分不同；同一种细菌在不同的生长阶段，其化学组分也有差异。
2、各化学组分的生理功能(1)水分水分是最重要的组分之一，也是不可缺少的化学组分。
水在细菌细胞内的存在有两种状态：自由水和结合水。
它们的生理作用主要有以下几点：1)溶剂作用。
所有物质都必须先溶解于水，然后才能参与各种生化反应。
2)参与生化反应(如脱水、加水反应)。
3)运输物质的载体。
4)维持和调节一定的温度。
(2)无机盐无机盐主要指细胞内存在的—些金属离子盐类。
根据含有量的多少可以分成微量金属元素和(大量)金属元素，前者如Zn、Ni、Co、Mo、Mn等．后者如P、S、K、Mg、Na、Fe 等。
无机盐类在细胞中的主要作用是：1)构成细胞的组成成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。
2)酶的组成成分，如蛋由质和氨基酸的－SH。
3)酶的激活剂，如Mg2+、K+。
4)维持适宜的渗透压。
如Na+、K+、Cl－。
5)自养型细菌的能源，如S、Fe2+。
(3)碳源凡是提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物质称之为碳源。
它分有机碳源和无机碳源两种，前者包括各种糖类，蛋白质，脂肪，有机酸等等，后者主要指CO2(CO32－或HCO3－)。
碳源的作用是提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源以及生命活动所需要的能量。
碳源的不同是划分细菌营养类型的依据，详见后述。
(4)氮源凡是提供细胞组分中氮素来源的各种物质称为氮源。
氮源也可分为两类：有机氮源(如蛋白质，蛋白胨，氨基酸等)和无机氮源(如NH4Cl，NH4NO3等)。
氮源的作用是提供细胞新陈代谢中所需的氮素合成材料。
极端情况下(如饥饿状态)，氮源也可为细胞提供生命活动所需的能量。
这是氮源与碳源的很大不同。
前已所述，细胞干物质中有机物的六大元素是C、H、O、N、P、S。
除了C、H、O、N四种外，剩下的还有P和S。
与碳源和氮源类似，凡是提供磷素或硫素的各种化合物分别称为磷源和硫源。
磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。
硫源则比较广泛，从还原性的s2－化合物、元素硫一直到最高氧化态的SO42+化合物，都可以作为硫源。
磷源和硫源的作用是分别提供细胞中核酸和蛋白质的合成原料。
(5)生长因子某些细菌在含有上述介绍的碳源、氮源、磷源、硫源和元机盐类等组分的一般培养基中培养时，生长极差或不能进行生长。
但当加入某种细胞或组织的提取液时生长较好。
也就是说这些提取液种含有生长所必需的某种物质。
因此，我们把某些细菌在生长过程中不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界供给的营养物质，叫做“生长因子”。
根据化学组分的不同，生长因子可分为3类：氨基酸类、嘌呤类、嘧啶类、维生素类。
上面介绍了细菌的—般细胞组分和营养要求。
在实际应用中还应注意以下几方面问题：第—，不同的细菌，营养要求不同。
第二，不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同。
第三，总体来说，细菌的代谢能力很强，可利用的化合物种类很广。
以上所讲的水分、碳素养料、氮素养料、无机盐类和维生素等都是细菌等微生物所需要的，但不同的微生物对每一种营养元素需要的数量不是相同的，并且要求各种营养元素之间有一定的比例关系，主要是指碳氮的比例关系，通常称碳氮比。
有人做过试验：根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，固氮菌要求碳氮比为27.6：1，土壤中许多微生物在一起生活综合要求的碳氮比约为25：1。
废水生物处理中，微生物群体对营养物质也有一定的比例要求，详见第六章第五节。
应该指出，细菌住住先利用现成的容易被吸收、利用的有机物质，如果这种现成的有机物质的量已满足它的要求，它就不利用其它的物质了。
在工业废水生物处理中，常加生活污水以补充工业废水中某些营养物质的不足。
但如工业废水中的各种成分已基本满足细菌的营养要求，则反而会把细菌养“娇”，因在一般情况下生活污水中的有机物比工业废水中的容易被细菌吸收利用，因而影响工业废水的净化程度。
二、细菌的营养类型细菌种类繁多，各种细菌要求的营养物质不尽相同，自然界中的所有物质几乎都可以被这种或那种细菌所利用，甚至对一般机体有毒害的某些物质，如硫化氢、酚等，也是某些细菌的必需营养物。
因此，细菌的营养类型是多种多样的。
但就某一种细菌来说，它们对其必需的营养物有特定的要求。
由于细菌种类不同，它们所需要的营养料也不—样。
根据碳源的不同，细菌可分成自养型和异养型两大类。
有的细菌营养要求简单，能在完全含无机物的环境中生长繁殖，这类细菌叫做自养菌(也称无机营养型细菌)。
它们以二氧化碳或碳酸盐为碳素养料的来源(碳源)，铵盐或硝酸盐作为氮素养料的来源(氮源)，来合成菌体成分。
它们生命活动所需的能量则来自无机物或来自阳光。
有的细菌需要有机物质方能生长，这类细菌称为异养菌(或有机营养型细菌)。
它们主要以有机碳化物，如碳水化合物、有机酸等，作为碳素养料的来源，并利用这类物质分解过程中所产生的能量作为进行生命活动所必需的能源。
细菌的氮素养料则是无机的或有机的氮化物。
在自然界中，绝大部分细菌都是异养菌。
其它各种微生物，根据它们对于营养要求的不同，也可分属于自养和异养这两大类。
根据生活所需能量来源的不同，细菌又分为光能营养和化能营养两类。
结合碳源的不同，则一共有光能自养、化能自养、化能异养和光能异养四种营养类型。
1、光能自养 属于这一类的细菌都含有光合色素，能进行光合作用。
例如：绿色细菌(Chlorodium)含有菌绿素(近似有色植物的叶绿素)能利用光能，从二氧化碳合成细胞所需的有机物质。
但这种细菌进行光合作用时，除了需要光能以外，还要有硫化氢存在，它们在硫化氢中获得氢，而高等植物则是在水的光解中获得氢以还原二氧化碳。
绿色细菌：CO 2十2H 2S −−−−→−菌绿素光能,[CH 2O]+H 2O+S 2 （2-1） 高等绿色细菌： CO 2十H 2O −−−−→−菌绿素光能,[CH 2O]+O 2 （2-2）式中[CH 2O]表示最初合成的有机碳化物。
2、化能自养 有些细菌，如硝化细菌、铁细菌、某些硫磺细菌等，能氧化一定的无机化合物，利用其所产生的化学能，还原二氧化碳，合成有机碳化物，这一作用称为化学合成作用。
例如；硝化细菌中的亚硝酸细菌可推进下列反应：化能营养细菌的专性强，—种细菌只能氧化某一种无机物质，如上述的亚硝酸细菌就只能氧化铵盐。
自然界中化能营养细菌的分布较光能营养细菌普遍，对于自然界中氮、硫、铁等物质的转化具有重大的作用。
3、化能异养 大部分细菌都以这种营养类型生活和生长，利用有机物作为生长所需的碳源和能源。
在异养细菌中，有很多从死的有机残体中获得养料而生活，仅少数生活在活的生物体中，前者称为腐生细菌，后者称为寄生细菌。
腐生细菌在自然界的物质转化中起着决定性作用，而很多寄生细菌则是人和动植物的病原细菌。
4、光能异养 属于这一营养类型的细菌很少，如红螺菌中的一些细菌以这种方式生长。
这种营养类型很特殊，它不能以CO2作为主要碳源或唯一碳源，但又利用有机物（如异丙醇)作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质。
一般来说，光能营养型细菌生长时大多需要生长因子。
上面介绍的是细菌的四种基本营养类型。
一种细菌通常以一种营养类型的方式生长。
但有些细菌随着生长条件的改变，其营养类型也会由一种向另外一种改变。
细菌的营养和营养类型的划分是研究细菌生长的一个重要方面。
在应用细菌进行水和废水处理的过程中，应充分注意细菌的营养类型和营养需求，通过控制运行条件，尽可能地提供和满足细菌所需的各种营养物质，最大限度地培养细菌种类和数量，以期实现最佳的工艺处理效能。
关于红螺菌,一、红螺菌能进行光合作用红螺菌(Rhodospirillum sp．)属于光合细菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)的一种，广泛分布于江河、湖泊、海洋等水域环境中，尤其在有机物污染的积水处数量较多。
红螺菌属拉丁学名(Rhodospirillum Molisch,1907) 细胞弧形或螺旋形，0.8～1.5 μm宽，极生鞭毛运动，细胞行二分分裂，革兰氏染色阴性。
属α-变型菌纲(Proteobacteria)。
光合内膜囊泡状或片层状。
光合色素为细菌叶绿素a和螺菌黄素类类胡萝卜素。
醌类以Q或RQ为主。
淡水菌种，生长不需氯化钠。
细胞喜在光照厌氧条件下光异养生长。
但可在黑暗条件下行微好氧或好氧生长。
生长需生长因子。
G+C mol％：63～66。
模式种：深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)。
光合细菌是一类能进行光合作用的原核生物的总称，他们的共同点是体内具有光合色素，在有光照条件下进行光合作用，利用太阳光获得能量。
二、红螺菌属于自养型生物还是异养型生物？根据细菌在光合作用中所需要的主要碳源的不同，光合细菌可分为两类：（l）光能自养型：以光为能源，以二氧化碳为主要碳源的生物，通常具有光合色素，它们以光为能源来进行光合作用，以水或其他无机物作为供氢体，还原CO2合成有机物。
例如：蓝细菌以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。
红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。
所以这种类型又称光能无机自养型。
（2）光能异养型：以光为能源，以有机物为主要碳源的生物，有些细菌具有光合色素能进行光合作用，但它们以有机物作为供氢体，同化有机物形成自身物质。
例如非硫紫菌（即红螺菌）以乙醇为碳源，使乙醇氧化为乙醛，二氧化碳还原成葡萄糖。
又如，红螺菌属中的另一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。
所以这种类型又称光能有机异养型。
三、红螺菌属于需氧型生物还是厌氧型生物？光合细菌的光合作用与绿色植物和藻类的光合作用机制有所不同。
主要表现在：光合细菌的光合作用过程基本上是一种厌氧过程；由于不存在光化学反应系统II，所以光合作用过程不以水作供氢体，不发生水的光解，也不释放分子氧；还原CO2的供氢体是硫化物、分子氢或有机物。
光合细菌不仅能进行光合作用，也能进行呼吸和发酵，能适应环境条件的变化而改变其获得能量的方式。
