第一章+生物处理的基本原理

《排水工程》（下）习题作业第一章总论1.试归纳污染物的类别、危害及相应的污染指标。

2.含氮有机物的好氧分解过程分氨化和硝化两个阶段，这两个阶段能否同时进行，为什么？3.固体污染物中，溶解态、胶态及悬浮态是如何划分的？SS、DS、TS各代表什么？4.为什么把废水中的有机物归于同一类污染物？有几种表示其浓度的方法？各有何优缺点？5.什么是废水处理的级别？对于城市污水而言，通常有怎样的级别划分？第二章物理处理6.目前常用的格栅设备有哪几种？格栅系统都由哪几部分组成？7.某城市污水厂的最大设计污水量Q max=0.4m3/s，总变化系数K=1.39，求粗格栅各部分尺寸8.沉砂池的作用是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？它们各自优缺点是什么？9.已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.2m3/s，最小设计流量为0.1m3/s，总变化系数Kz=1.5，求平流沉砂池各部分尺寸。

10.已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.8m3/s，求曝气沉砂池的总有效容积、水流断面积、池总宽度、池长等各部分尺寸及每小时所需空气量11.沉淀有哪几种类型？各有何优缺点？说明各种类型的适用范围。

12.某城市污水处理厂最大设计流量43200m3/d，设计人口25万，沉淀时间1.5h，求平流式初次沉淀池各部分尺寸13.某城市设计最大污水量Q max=0.12m3/s，设计人口数N=58000人，求竖流式初次沉淀池各部分尺寸）14.某城市设计最大污水量Q max=43200m3/d，设计人口数N=25万人，求辐流式沉淀池各部分尺寸15.某城市污水处理厂的最大设计流量Q max＝710m3/h，生活污水量总变化系数K=1.5，初次沉淀他采用升流式异向流斜管沉淀他，斜管斜长为1m，倾角为60°，设计表面负荷q＝4m3／(m2·h)，进水悬浮物浓度C1=250mg/L，出水悬浮物浓度C2=125mg/L，污泥含水率平均为96％，求斜管沉淀他各部分尺寸。

第二节分离特定的微生物并测定其数量1．认识各种微生物形成的菌落特征。

2．学会利用涂布平板法分离、培养微生物，并测定其数量。

(重难点)3．掌握利用选择培养基分离特定微生物的方法。

(重点)1．分离原理在实验室中利用选择培养基可以筛选和分离出某种微生物，然后在高度稀释的条件下，在固体培养基上培养该微生物形成的单个菌落，即为纯培养物。

2．分离方法(1)平板分离法：包括涂布平板法和混合平板法。

能将单个微生物分离和固定在固体培养基表面或里面，每个孤立的活微生物体经过生长、繁殖均可形成单个菌落。

(2)选择培养分离：科学家针对某种微生物的特性，设计一个特定的环境，使之特别适合这种微生物的生长，而抑制其他微生物的生长。

这种通过选择培养进行微生物纯培养分离的技术，称为选择培养分离。

(3)根据菌落特征初步分离：①菌落的含义：是指单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度，形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。

②菌落特征：不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落一般都具有稳定的特征，如菌落的大小、形状、边缘特征、隆起程度、颜色等，这些可以成为对微生物进行分类、鉴定的重要依据。

[合作探讨]探讨1：在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌吗？提示：标准的单个菌落中只含有一种细菌。

探讨2：如果要分离厌氧菌，应在什么条件下培养？提示：在无氧条件下培养。

探讨3：在选择培养分离微生物的过程中，“选择培养”的培养基按物理性质划分属于什么培养基？为什么？提示：固体培养基。

便于选择、分离所需要的微生物。

[思维升华]1．涂布平板法与混合平板法的比较(1)原理：根据不同微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性不同而制备培养基。

(2)方法：①在培养基中加入某种化学物质。

例如，加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌；加入高浓度的食盐可以得到金黄色葡萄球菌。

②改变培养基中的营养成分。

例如，缺乏氮源时可以分离固氮微生物；石油作为唯一碳源时，可以分离出能消除石油污染的微生物；用含无机碳源的培养基分离自养型微生物。

生物工艺学知识点第一章绪论1、生物工艺学biotechnology：又称为生物技术,它是应用自然科学及工程学原理,依靠生物作用剂biologicalagents的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术;特点：多学科和多技术的结合、生物作用剂生物催化剂的参与、应用大量高、精、尖设备;;2、生物催化剂是游离的或固定化的细胞或酶的总称;生物催化剂特点：优点：①常温、常压下反应②反应速率大③催化作用专一④价格低廉缺点：稳定性差控制条件严格易变异细胞生物反应过程实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程processengineering;3、生物技术研究的主要内容：基因工程DNA重组技术,geneengineering、细胞工程cellengineering、酶工程enzymeengineering、发酵工程fermentationengineering、蛋白质工程proteinengineering、第二章菌种的来源1、工业生产常用的微生物细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、担子菌、藻类;2、分离微生物新种的过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定;含微生物材料的预处理方法：物理方法加热；化学方法pH；诱饵法;诱饵技术：将固体基质加到待检的土壤或水中,待其菌落长成后再铺平板;分离的效率影响因素：1培养基的养分；2pH；3加入的选择性抑制剂;3、高产培养基成分的选择准则：制备一系列的培养基,其中有各种类型的养分成为生长限制因素C、N、P、O；使用一聚合或复合形式的生长限制养分；避免使用容易同化的碳葡萄糖或氮NH4+,它们可能引起分解代谢物阻遏；确定含有所需的辅因子Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+加入缓冲溶液以减小pH变化;4、代谢控制发酵MetabolicControlfermentation：用人工诱变的方法,有意识地改变微生物的代谢途径,最大限度地积累产物,这种发酵形象地称为代谢控制发酵,最早在氨基酸发酵中得到成功应用;5、菌种的衰退表观现象有哪些目的产物的产量下降营养物质代谢和生长繁殖能力下降发酵周期延长抗不良环境的性能减弱6、菌种的衰退的原因菌种保藏不当提供不了当的条件或不利的条件经诱变得到的新菌株发生回复突变7、菌种的复壮方法：纯种分离通过寄主体进行复壮淘汰已衰退的个体8、菌种的保藏的原理根据菌种的生理生化特点,人工创造条件,使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异;一般可通过保持培养基营养成分在最低水平,缺氧状态,干燥和低温,使菌种处于“休眠”状态,抑制其繁殖能力;9、菌种的保藏方法：A斜面冰箱保藏法B沙土管保藏法C石蜡油封存法D真空冷冻干燥保藏法E液氮超低温保藏法第三章菌种选育1、常用菌种选育方法1自然选育:是指在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变spontaneousmutation而进行菌种筛选的过程;特点：自发突变的频率较低,变异程度不大;所以该法培育新菌种的过程十分缓慢; 2诱变育种:是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群,促进其突变率大幅度提高,然后采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选少数符合育种目的的突变株,以供生产实践或科学研究使用;诱变育种的理论基础是基因突变;常用诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂碱基类似物、与碱基反应的物质、在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基物质、生物诱变剂3分子育种DNA重组、基因工程：用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体条件下切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术;4杂交育种Hybridization：常规杂交育种Hybridization：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖或原核微生物的接合、F因子转移、转导和转化等过程,促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组,以获得性能优良的生产菌株;原生质体融合技术：通过人工方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合,并产生重组子的过程,亦称为“细胞融合”cellfusion;原生质体融合的基本过程：原生质体形成、原生质体融合、原生质体的再生;3、工程菌的不稳定性表现质粒的不稳定质粒的丢失、重组质粒的DNA片段脱落、表达产物的不稳定第三章微生物的代谢调节1、微生物代谢调节方式代谢流向的调控分为代谢物的合成和代谢物的降解；通过快速启动蛋白质的合成和有关的代谢途径,平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化;代谢速度的调控分为酶量粗调酶合成的诱导和酶合成的阻遏和酶活细调酶活性的激活、酶活性的抑制反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢；影响催化一系列反应的多个酶反馈抑制是酶活性水平调节,产生效应快;只对是一系列反应中的第一个酶起作用底物对酶的影响称为前馈;产物对酶的影响称为反馈;2、微生物初级代谢调节包括酶活调节、酶合成调节、遗传控制1酶活性的调节细调：一定数量的酶,通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率;酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等;特点是反应快速;酶活性的调节包括：酶活性的激活和酶活性的抑制反馈抑制2酶合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制;这类调节在基因转录水平上进行,对代谢活动的调节是间接的、缓慢的3酶合成的阻遏：在某代谢途径中,当末端产物过量时,微生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成,从而彻底地控制代谢,减少末端产物生成,这种现象称为酶合成的阻遏;末端代谢产物阻遏:由于某代谢途径末端产物的过量积累而引起酶合成的反馈阻遏;分解代谢物阻遏：当细胞内同时存在两种可利用底物碳源或氮源时,利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成;这种阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果,而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的,所以称为分解代谢物阻遏过去被称为葡萄糖效应;3、改变细胞膜通透性的方法A限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L,控制细胞膜中脂质的合成；B加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；C加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂如聚氧化乙酰硬脂酰胺,将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松,通透性增加；D控制Mn2+、Zn2+的浓度,干扰细胞膜或细胞壁的形成；E可以通过诱变育种的方法,筛选细胞透性突变株;5、人工控制微生物代谢的两种手段：1生物合成途径的遗传控制2发酵条件的控制6.谷氨酸棒杆菌生物素缺陷型生产谷氨酸的调控第四章微生物次级代谢与调节1、次级代谢产物：某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质,它们一般是在菌生长终止后合成的;其生物合成至少有一部分是与核内和核外的遗传物质有关,同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关;微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等;2、初级与次级代谢途径相互连接次级代谢物通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的修饰初级代谢中间体的三种生化过程生物氧化与还原、生物甲基化、生物卤化3、前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物,它能被微生物直接结合到产物分子中去,而自身的结构无多大变化有些还具有促进产物合成的作用;中间体是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质,他们均被进一步代谢,最终获得该途径的终产物;4、次级代谢物生物合成的原理①一旦前体被合成,在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径;②在某些情况下单体结构单位被聚合,形成聚合物;这些特有的生物合成中间体产物需做后几步的结构修饰,修饰的程度取决于产生菌的生理条件;有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的;第五章发酵培养基1、培养基通常指人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料,同时,培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必需的环境条件2、发酵培养基的要求①培养基能够满足产物最经济地合成②发酵后所形成的副产物尽可能的少③培养基的原料应因地制宜,价格低廉；且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;④所用培养基应能满足总体工艺的要求,如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等;3、工业上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖工业上常用的氮源：无机氮源：氨水,铵盐,硝酸盐等;有机氮源：玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、鱼粉、酵母浸出液等;生理酸性物质,如硫酸铵;生理碱性物质,如硝酸钠;提供生长因子的农副产品原料：1玉米浆2麸皮水解液3糖蜜4酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉;产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂;4、发酵培养基的设计和优化方法正交试验设计、均匀设计、响应面分析正交试验设计：利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法;它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析,了解全面试验的情况,找出最优的水平组合;正交实验数据分析,见教材P112-114例题,表4-16,同时确定因素的主次顺序、各因素的优水平、各因素水平的最优组合;小数点后保留一位;第六章发酵培养基灭菌和空气净化在发酵工业生产中,为了保证纯种培养,在生产菌种接种培养前,要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌,还要对生产环境进行消毒,防止杂菌和噬菌体的大量繁殖;1.微生物热阻：微生物在某一特定条件下主要是温度和加热方式下的致死时间;2.对数残留定律中各符号的意义;3.理论灭菌时间的计算间歇实罐灭菌时间的计算连续灭菌的灭菌时间计算：4.灭菌温度的选择：随着温度升高,灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数;即当灭菌温度升高时,微生物杀灭速度提高,培养基营养成分破坏的速度减慢;5.影响培养基灭菌的因素：所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间,培养基成分、pH值、培养基中颗粒、泡沫等对培养基灭菌也有影响;6.无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低至一个极低的百分数,从而能控制发酵污染至极小机会;此种空气称为“无菌空气”;7.介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层,将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中,而达到除菌的目的;是大多数发酵厂广泛采用的方法;按除菌机制可分为：绝对表面过滤和深层介质过滤;介质过滤除菌的机理：空气流通过这种介质过滤层时,借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用,将其尘埃和微生物截留在介质层内,达到过滤除菌目的;第七章种子的扩大培养1、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程;这些纯种培养物称为种子2、种子扩大培养的目的与要求1种子扩培的目的①接种量的需要②菌种的驯化③缩短发酵时间、保证生产水平2种子的要求①菌种细胞的生长活力强,移种至发酵罐后能迅速生长,延迟期短②生理性状稳定③菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求④无杂菌污染⑤保持稳定的生产能力;3、种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数,取决于菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度、所采用发酵罐的容积;种子罐级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响;级数大,难控制、易染菌、易变异,管理困难,一般2～4级;4、种子制备分两个阶段：实验室种子制备阶段生产车间种子制备阶段5、种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间;接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例;通常接种量：细菌1-5%,酵母菌5-10%,霉菌7-15%,有时20-25%青霉素生产的种子制备过程：安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一级种子→二级种子→发酵第八章发酵工艺控制1、微生物发酵的生产水平取决于生产菌种本身的性能和合适的环境条件;2、发酵过程的代谢变化从产物形成来说,代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化培养基和培养条件和产物形成速率这三者之间的关系;在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系,将微生物产物形成动力学分为①生长关联型和②非生长关联型;3、发酵方式1补料－分批发酵：指分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法;优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度;低基质浓度的优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束;2半连续发酵：是指在补料－分批发酵的基础上,间歇地放掉部分发酵液的培养方法;优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束；③缓解有害代谢产物的积累;3连续发酵：指培养基料液连续输入发酵罐,并同时放出含有产品的发酵液的培养方法;在这样的环境中培养,菌的生长就受到所提供基质的限制,培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态;与传统的分批发酵相比,连续培养有以下优点：①维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②避免培养基积累有毒代谢物；③可以提高设备利用率和单位时间的产量,节省发酵罐的非生产时间；④便于自动控制;4、发酵控制参数按性质分类：物理参数、化学参数、生物参数按检测手段分类：①直接参数：⑴在线检测参数⑵离线检测参数②间接参数5、发酵热发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量;Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射生物热biologicalheat是菌体生长过程中直接释放到体外的热能,使发酵液温度升高;搅拌热agitationheat是搅拌器引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热量;6、发酵过程pH值的一般变化规律1生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质,生成铵离子,使pH上升至碱性；随着菌体量增多,铵离子的消耗也增多,另外糖利用过程中有机酸的积累使pH 值下降;2生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定;3自溶阶段：随着养分的耗尽,菌体蛋白酶的活跃,培养液中氨基氮增加,致使pH又上升,此时菌体趋于自溶而代谢活动终止;7、引起发酵液pH值异常波动的因素pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件pH下降：①培养基中碳、氮比例不当;碳源过多,特别是葡萄糖过量,或者中间补糖过多加上溶氧不足,致使有机酸大量积累而pH下降；②消泡剂加得过多；③生理酸性物质的存在,铵被利用,pH下降;pH上升：①培养基中碳、氮比例不当;氮源过多,氨基氮释放,使pH上升；②生理碱性物质存在；③中间补料氨水或尿素等碱性物质加入过多;8、临界氧浓度criticalvalueofdissolvedoxygenconcentration：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度;如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度;呼吸强度又称氧比消耗速率,是指单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量,以QO2表示,单位为mmolO2／g干菌体·h;耗氧速率又称摄氧率,是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量,以r表示,单位为mmolO2／L·h;9、引起溶氧异常下降,可能有下列几种原因：①污染好气性杂菌,大量的溶氧被消耗掉,可能使溶氧在较短时间内下降到零附近,如果杂菌本身耗氧能力不强,溶氧变化就可能不明显；②菌体代谢发生异常现象,需氧要求增加,使溶氧下降；③某些设备或工艺控制发生故障或变化,也可能引起溶氧下降,如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢,影响供氧能力,使溶氧降低;10、泡沫的形成及其对发酵的影响在大多数微生物发酵过程中,通气、搅拌以及代谢气体的逸出,再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在,培养液中就形成了泡沫;形成的泡沫有两种类型：一种是发酵液液面上的泡沫,气相所占的比例特别大,与液体有较明显的界限,如发酵前期的泡沫；另一种是发酵液中的泡沫,又称流态泡沫fluidfoam,分散在发酵液中,比较稳定,与液体之间无明显的界限大量的泡沫引起的负作用：发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液,增加染菌机会；严重时通气搅拌无法进行,菌体呼吸受到阻碍,导致代谢异常或菌体自溶；消泡剂的添加将给提取工序带来困难;泡沫的消除调整培养基中的成分如少加或缓加易起泡的原料或改变某些物理化学参数如pH 值、温度、通气和搅拌或者改变发酵工艺如采用分次投料来控制,以减少泡沫形成的机会;采用菌种选育的方法,筛选不产生流态泡沫的菌种,来消除起泡的内在因素;采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫;常用的消泡剂有4大类：天然油脂类、脂肪酸和酯类、聚醚类、硅酮类11、造成染菌的主要原因设备渗漏空气带菌种子带菌灭菌不彻底技术管理不善第十章下游加工过程概论1、下游技术工程downstreamprocessing：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料,经提取分离、加工并精制目的成分,最终使其成为产品的技术;2.发酵液的特点1含水多,产物含量低；2含菌体蛋白；3溶有原来培养基成分；4相当多的副产物和色素；5易被杂菌污染或使产物进一步分解；6易起泡,粘性物质多;3、整个下游加工过程应遵循下列四个原则1时间短；2温度低,选择在生物物质的温度范围内；3pH适中;4严格清洗消毒包括厂房、设备及管路,注意死角;4、一般下游加工过程可分为4个阶段1培养液发酵液的预处理和固液分离；2初步纯化提取；3高度纯化精制；4成品加工;5、下游加工过程的一般流程第十二章发酵液的预处理和固液分离方法1、改善发酵液过滤特性的物理化学方法：调酸等电点、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等;2、凝聚——指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层电排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象；常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝Al2SO4318H2O明矾；氯化铝AlCl36H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程;工业上使用的絮凝剂可分为三类：1有机高分子聚合物,如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物；2无机高分子聚合物,如聚合铝盐、聚合铁盐等；3天然有机高分子絮凝剂,如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等;目前最常见的高分子聚合物絮凝剂有机合成的聚丙烯酰胺polyacrylamide类衍生物3、杂蛋白的去除方法有沉淀法、变性法、吸附法4、固液分离的方法：重力沉降、浮选、旋液分离、介质过滤、离心;5、根据过滤机理,过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤;第十三章细胞破碎1、细胞破碎的阻力：细菌破碎的主要阻力:肽聚糖的网状结构,网状结构越致密,破碎的难度越大,革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固；酵母细胞壁破碎的阻力:主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度；霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构,其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高;2、常用破碎方法机械法：珠磨法固体剪切作用、高压匀浆法液体剪切作用、超声破碎法液体剪切作用、X-press法固体剪切作用;非机械法：酶溶法酶分解作用、化学渗透法改变细胞膜的渗透性、渗透压法渗透压剧烈改变、冻结融化法反复冻结-融化、干燥法改变细胞膜渗透性3、破碎率的测定方法1直接测定法2目的产物测定法3导电率测定法第十四章沉淀法Precipitation1、固相析出技术：通过加入某种试剂或改变溶液条件,使生化产物溶解度降低,以固体形式沉淀和晶体从溶液中沉降析出的分离纯化技术;结晶法：在固相析出过程中,析出物为晶体称为结晶法;沉淀法：在固相析出过程中,析出物为无定形固体称为沉淀法;常用的沉淀法：盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法等;2、盐析Saltinducedprecipitation：在高浓度的中性盐存在下,蛋白质酶等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程;原因如下：1无机离子与蛋白质表面电荷中和,形成离子对,部分中和了蛋白质的电性,使蛋白质分子之间的排斥力减弱,从而能够相互靠拢；2中性盐的亲水性大,使蛋白质脱去水化膜,疏水区暴露,由于疏水区的相互作用导致沉淀；Ks盐析法：在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法；β盐析法：在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析；常用的盐析用盐：硫酸铵、硫酸钠,磷酸盐,柠檬酸盐;3、有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂,降低溶质的溶解度,使其沉淀析出;原理：1降低了溶质的介电常数,使溶质之间的静电引力增加,从而出现聚集现象,导致沉淀;2有机溶剂的水合作用,降低了自由水的浓度,降低了亲水溶质表面水化层的厚度,降低了亲水性,导致脱水凝聚;常用的有机溶剂沉析剂：乙醇：沉析作用强,挥发性适中,无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更强,用量省,但毒性大,应用范围不广；4、等电点沉淀：调节体系pH值,使两性电解质的溶解度下降,析出的操作称为等电点沉淀;原理：蛋白质是两性电解质,当溶液pH值处于等电点时,分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏,由于分子间引力,形成蛋白质聚集体,进而产生沉淀;第十五章膜过滤法1、膜过滤法指以压力为推动力,依靠膜的选择性,将液体中的组分进行分离的方法;基本原理是筛孔分离过程;在压差的推动下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧,所得到的液体一般称为滤出液或透过液,而大的粒子组分被膜截留;包括微滤MF、超滤UF、纳滤NF和反渗透RO四种过程;在工业上用得最广的膜材料是醋酸纤维素和聚砜;浓差极化：当溶剂透过膜,而溶质留在膜上,使膜面浓度增大,并高于主体中浓度,这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中,这种现象称为浓差极化;在超滤中,为减少浓差极化,通常采用错流操作;膜的污染：膜在使用中,尽管操作条件保持不变,但通量仍逐渐降低的现象;污染原因：膜与料液中某一溶质的相互作用；吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用;。

生物处理
生物处理是一种利用生物学方法来处理和处理各种有机废物的过程。

通过利用
生物体内的生物化学反应来降解有机废物，将其转化为更简单、更环境友好的物质。

生物处理在环境保护和资源回收方面具有重要意义，被广泛应用于废水处理、固体废物处理、生物能源生产等领域。

废水处理中的生物处理
废水处理是生物处理的一种重要应用领域。

在废水处理过程中，通过将含有有
机物的废水送入生物反应器中，利用微生物的生物降解能力将有机物降解为更简单的无害物质，从而达到净化水质的目的。

生物处理方法相比于化学处理方法更环保，成本更低，受到了广泛认可。

固体废物处理中的生物处理
除了废水处理，生物处理还被广泛应用于固体废物处理领域。

通过利用腐蚀菌
等微生物将有机废物降解为肥料或者其他可再利用的物质，实现资源循环利用。

生物处理不仅可以减少固体废物对环境的污染，还可以有效利用资源，实现经济效益和环境效益的双赢。

生物能源生产中的生物处理
生物处理还被广泛应用于生物能源生产领域。

通过利用植物、微生物等生物体
制造生物燃料或生物气体，实现能源的可持续利用。

生物处理在替代化石能源、减少温室气体排放方面发挥着重要作用，是可持续能源发展的重要组成部分。

综上所述，生物处理作为一种利用生物学方法处理有机废物的技术，在环境保护、资源回收和能源生产等方面具有重要作用。

随着人们对环境保护和可持续发展的重视，生物处理技术将在未来得到更广泛的应用和发展。

《环境微生物学》讲义大纲第一章绪论前言1．微生物学的形成与进展●推测时期●观察时期●培养时期巴斯德、科赫等的奉献简介●生理学研究时期2．环境微生物学的形成与进展第一节、微生物的特点一、个体小、种类多、分布广、代谢类型多样二、繁殖快三、代谢强度大：四、数量多五、易变异第二节、环境微生物学的研究内容一、自然环境中的微生物生态学研究二、污染环境中的微生物生态学研究三、废水、废物的生物处理中的微生物学原理与方法研究四、环境监测与评价的微生物方法与原理研究第三节、学习环境微生物的意义21世纪环境微生物学展望重点：微生物、微生物的特点，环境微生物学的要紧学习内容与学习方法第二章、环境中微生物的要紧类群前言微生物的种类繁多，根据它们的形态、结构与生理性状等特征，要紧归纳如下：原核微生物与真核微生物的要紧区别第一节、细菌细菌是一大群单细胞原核微生物，是微生物学的要紧研究对象，也是环境微生物学的讨论重点。

一、细菌的形状与大小1、细菌的个体形态（三种要紧形态）2、菌落的形态（colony）固体培养基（1）细菌在固体琼脂（1.5～2.0％）平板上的菌落特征（2）在半固体琼脂（0.3～0.5％）试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征（3）在明胶试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征二、细菌细胞的结构细菌细胞结构模式图1、细胞壁（1）功能：（2）结构：（3）细胞壁与革兰氏染色染色的历史进展与染色原理染色方法可分为简单染色法与复染色法之分。

步骤与原理。

革兰氏染色的机理2、细胞膜（1）细胞膜的结构（2）功能：3、细胞核：细菌的细胞核没有核膜与核仁，没有固定形态，结构简单。

细菌质粒（plasmid），降解质粒。

4、细胞质及其内含物（1）细胞质：（2）细胞质内含物：5、荚膜（1）类型：大荚膜、微荚膜、粘液层、粘接物、菌胶团（2）化学构成（3）功能及意义6、鞭毛：运动器细菌的趋光性、趋化性等7、芽孢：某些细菌在生长的一定阶段，能形成对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。

生物处理、物理化学处理、膜分离生物处理、物理化学处理、膜分离在现代工业生产中起着重要作用，它们各自具有独特的特点和优势，能够有效地解决生产过程中的废水处理、废气处理、污染物排放等问题。

本文将从三个方面分别介绍生物处理、物理化学处理和膜分离的原理、应用和发展趋势。

一、生物处理生物处理是利用微生物、植物或者动物对有机废物进行降解处理的方法。

生物处理的基本原理是通过微生物的新陈代谢活性，将有机废物转化为无机物，从而达到净化水和土壤的目的。

生物处理的优点是能够高效降解有机废物、降低成本、不产生二次污染等。

目前，生物处理已经广泛应用于污水处理、固体废物处理、油污处理等领域，取得了良好的效果。

生物处理的主要应用包括:生物化学氧需量（BOD）和化学氧需量（COD）的降解;酶的应用;微生物菌剂的利用。

生物处理的发展趋势是:利用基因工程技术改良菌种，提高降解效率和适应性;开发新型的生物处理方法，如自养生物膜法、微生物燃料电池等;强化反应器的设计，提高生物处理设备的处理能力和稳定性。

二、物理化学处理物理化学处理是利用化学反应、物理吸附、离子交换等方法进行废水或者废气的净化处理。

物理化学处理的基本原理是通过化学反应、吸附等作用使污染物发生变化，从而达到净化的目的。

物理化学处理的优点是工艺稳定、操作简单、处理效果好等。

目前，物理化学处理已经广泛应用于废水处理、废气处理、固体废物处理等领域，取得了良好的效果。

物理化学处理的主要应用包括:沉淀法、氧化法、脱色法、过滤法、吸附法、离子交换法等。

物理化学处理的发展趋势是:优化处理工艺，提高处理效率和净化效果;开发新型的处理技术，如超声波处理、冷等离子处理等;提高处理设备的自动化程度，降低运行成本。

三、膜分离膜分离是利用膜的特殊结构和性能对液体或者气体进行分离和净化处理的方法。

膜分离的基本原理是通过不同的渗透性、选择性和分配系数来实现对不同成分的分离。

膜分离的优点是设备简单、操作方便、分离效率高等。

第一章废水中有机污染物电化学矿化的基本原理 1.1 前言污水的生物处理是最经济的过程，用于去除在废水中存在的容易降解的有机污染物。

这种情况完全不同于废水中含有有毒的和难处理的有机污染物。

一个有趣的可能性是使用耦合作用：部分氧化-生物处理，其目的是在生物处理前降低废水的毒性和生物降解能力。

然而，这种耦合过程的优化是复杂的，通常完全地有机污染物的矿化是首选。

这些有机污染物的矿化可以实现通过在高温下完全使用氧气氧化或者是强的氧化剂和紫外辐射线联用。

根据不同的工作温度，使用氧化剂的类型，和废水中的污染物浓度，矿化可分为三大类：（a ）焚烧。

焚烧需要在高温820-1100℃气相中进行。

其主要特点是与来自空气火焰中的过量氧气直接燃烧。

这个过程几乎是瞬时发生的。

主要副产品是焚烧中的气体（包括氮氧化物，二氧化硫，氯化氢，二恶英，呋喃等）和固相（底部和飞灰）。

该技术主要应用于浓缩废水的化学需氧量，化学需氧量> 100克/ L 。

（b ）湿式氧化过程（WAO ）。

湿式氧化被定义为在水介质中的有机污染物被空气中的氧气在高温（250 - 300℃），高压（100-150巴）下氧化。

通常用Cu 2+作催化剂，以提高反应速度。

矿化的效率可高于99％，处理之后在水相中形成的主要产品有丙酮，甲醇，乙醇，吡啶和甲磺酸。

该技术具有吸引力的是适中浓度的废水处理。

最佳COD 范围：50 G / L> COD>15克/ L 。

（c ）用强氧化剂氧化用强氧化剂氧化（过氧化氢，臭氧）对有机污染物进行氧化通常在室温下进行。

为了提高矿化的效率，氧化通常是在有催化剂和紫外辐射源存在的情况下进行。

这项技术对化学需氧量<5克/ L 的二次废水的处理感兴趣。

有机污染物矿化的电化学方法是一种新型的技术而且吸引了大量的主意。

这项技术对化学需氧量<5克/ L 的二次废水的处理感兴趣并且和用强氧化剂氧化是一种竞争过程。

这种技术的主要优点是不用化学物质。

污水处理生物处理污水处理是一项关乎环境保护和公共卫生的重要工作。

而在污水处理的过程中，生物处理起着至关重要的作用。

生物处理是利用微生物的代谢活动，降解和去除有机物的一种处理方法，是目前最为常见和有效的污水处理技术之一。

1. 生物处理原理生物处理的原理是利用微生物对污水中有机物进行降解，将有机物转化为无机物的过程。

在生物处理过程中，微生物通过吸附、吞噬、胞内降解等方式，将有机废物分解成二氧化碳和水等无害物质。

通过这种方式，污水中的有机成分得以有效去除，从而达到净化水质的目的。

2. 生物处理的种类生物处理根据不同的处理方式可以分为多种类型，包括生物滤池、活性池、生物膜反应器等。

生物滤池是利用生物膜的降解作用，将有机物质转化为无机物质的过程。

活性池则通过将水流经过生物体积，使得其中的微生物对有机物进行处理。

生物膜反应器则是通过在固定载体上生长的生物膜来对污水进行处理。

3. 生物处理的优点生物处理相较于其他污水处理方法具有许多优点。

首先，生物处理具有较低的运行成本，因为生物处理过程不需要额外添加大量化学试剂。

其次，生物处理过程对环境友好，不会产生二次污染。

而且，生物处理过程可实现资源的回收利用，例如通过厌氧消化还可以产生甲烷气，作为能源利用。

4. 生物处理的局限性尽管生物处理具有许多优点，但也存在一些局限性。

比如，生物处理需要一定的温度、PH值等条件才能正常运行，因此在极端环境下可能会受到影响。

此外，生物处理过程较为复杂，需要专业人员进行管理和维护，因此也增加了管理成本。

总的来说，生物处理作为污水处理中重要的一环，具有许多优点和局限性。

在未来的发展中，我们需要不断优化生物处理技术，提高处理效率，降低成本，以实现更加高效、环保的污水处理工作。

希望通过多方合作，我们能够共同努力，为改善环境质量和人类健康作出更大的贡献。