环境微生物综合复习题docWord格式.docx
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6、结合下图,论述水体自净过程中水体中各种生物、污染物和监测指标之间的变化关系。
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7.微生物在氮素循环中的作用是什么?
9
8.微生物脱氮的机制是什么?
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9.影响微生物脱氮的因素有哪几方面?
10.生物脱氮的工艺有哪些?
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11.微生物除磷的机理是什么?
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12.影响微生物除磷的因素有哪几方面?
13.分析湖泊富营养化机理和控制技术。
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14.微生物修复污染环境的过程是什么?
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15.影响微生物修复的因素有哪些?
16.地下水有机污染的微生物修复方法有哪些?
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17.厌氧处理微生物过程。
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18.卫生填埋的微生物学过程如何进行的?
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19.堆肥的微生物学过程?
20微生物在硫素循环中的作用是什么?
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21.汞的生物循环过程是怎样的?
22.影响微生物法处理有机废气的因素有哪些?
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微生物与生物环境之间关系可归纳为共生、互生、寄生、拮抗和捕食五类。
(1)共生是两种生物之间一种最紧密的关系,这两种生物专一性地生活在一起,生理上有一定的分工,相互依存,彼此得益,甚至不能分开而独立生活,形态上常常形成特殊的共生体。
(2)互生是指两种可单独生活的微生物,在共同生活时,一方为另一方或相互为对方提供有利条件,如好氧菌与厌氧菌的互生。
(3)寄生不同于共生和互生,是一方得益而另一方受害。
得益者为寄生物,受害者是寄主(或称宿主)。
(4)拮抗也称抗生,是指一种微生物产生某种代谢产物或由于它们的生命活动而改变了环境条件(pH、渗透压等),造成不适合另一种微生物的生长,从而抑制、甚至杀死另一种微生物。
(5)捕食一种生物杀死并吞食另一种生物称为捕食。
活性污泥法是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附废水中污染物,并在氧的作用下,将这些物质同化为菌体本身的组分,或将这些物质氧化为二氧化碳、水等物质,从而达到降低水体中有机污染物浓度的目的。
这种具有活性的微生物菌胶团或絮状的微生物群体称为活性污泥。
利用这种活性污泥处理废水的方法称为活性污泥法。
(1)活性污泥的生物组成
活性污泥中生物群落的组成丰富多样,主要有病毒、细菌、真菌和原生动物,也有少量的藻类和后生动物。
菌胶团中的微生物之间相互作用、相互影响,组成了一个复杂的微生态系。
病毒活性污泥中含有大量的病毒,包括人类病毒和噬菌体等,人类病毒可能对人类健康构成潜在的危害。
很多噬菌体能在各种细菌中寄生,对控制细菌的数量发挥比较重要的作用。
大肠杆菌噬菌体可作为指示生物来反映其他肠道病毒是否存在和它们在活性污泥处理系统中的归宿。
细菌活性污泥中含有大量的细菌,它们在去除水体中有机物的过程中发挥至关重要的作用。
活性污泥中细菌的种类很多,各种微生物所占的比例也各不相同。
细菌的种类和数量的变化不仅跟所处理的废水水质有关,而且跟处理系统的工艺参数和环境条件有关。
因此,不同时候、不同地点和不同研究者研究的活性污泥处理系统中细菌组成都各不相同。
按生理类群细菌可分为化能异养细菌、化能自养细菌和丝状细菌三大类。
原生动物原生动物在活性污泥中的数量也是很多的,它们以悬浮的有机颗粒包括细菌为食,原生动物的研究比较彻底,大部分的种类已经被确定,它们包括纤毛类、鞭毛类、根足类和吸管虫类,如钟虫(Vorticella)、聚缩虫(Zoothamnium),盖纤虫(Opercularia)等。
纤毛类原生动物种类在不同的活性污泥处理系统中变化很大,主要受到环境因素的影响。
原生动物的作用是通过摄食降低游离细菌的数量,提高出水的澄清度。
同时,原生动物可以作为指示生物来反映出水水质的优劣。
固着型的纤毛类原生动物占优势,说明出水水质好,如果游泳型的纤毛类原生动物数量占优势,说明出水水质比较差。
真菌活性污泥中有真菌,但是,在一般情况下由于真菌生长的速度比细菌慢,真菌不是微生态群落中重要的组成部分。
在酸性条件下,真菌会大量繁殖,很有可能出现污泥膨胀。
在活性污泥中出现的真菌有地霉属(Geotrichum)、青霉属(Penicillium)和头孢霉属(Cephalosporium)等。
藻类在水气的交界处,有藻类生长,但是在活性污泥中其数量很少,一般不加考虑。
后生动物在活性污泥中还含有各种后生动物,如线虫、轮虫、寡毛类环节动物和熊虫(Tardigrade)等。
它们在摄食细菌细胞方面可能起到一定的作用。
轮虫在活性污泥中最常见,它一方面摄食悬浮的细菌,另一方面产生的黏液能促进菌胶团的形成。
轮虫的摄食强度大于原生动物,因此,轮虫的数量跟出水的澄清程度有着直接的关系,轮虫的数量多,出水澄清,如果轮虫消失,则出水很可能呈混浊状态。
(2)活性污泥的功能
活性污泥主要起催化剂的作用,催化各种生物化学反应,使空气中的氧和水中的有机物反应,生成二氧化碳和水等物质,或生成大分子的生物物质,达到去除水体中有机污染物的目的。
活性污泥法去除水体中有机污染物的过程一般分三个阶段,即吸附、降解和分离。
吸附废水与活性污泥在曝气池中充分接触,形成悬浊混合液,废水中的污染物被比表面积巨大且表面上含有糖被的菌胶团吸附和黏附。
活性污泥对废水中有机物的吸附时间比较短,一般在30min内就能完成。
在利用活性污泥法处理城市生活污水时,吸附作用能使废水中BOD5去除率在短时间内达到85%左右。
微生物的代谢呈胶态的大分子有机物被吸附后,首先在微生物分泌的胞外酶作用下,分解成为小分子的溶解有机物,然后这些小分子有机物与废水中溶解性有机物一起在各种物质运输机制下进入到微生物的细胞内。
吸收进入细胞体内的污染物通过各种代谢反应而被降解,一部分最终氧化成为CO2和H2O等,另一部分则转化为细胞的组成部分。
不同的微生物对不同的有机物降解途径各不相同,对同一种有机物也可能有几条降解途径。
但是,由于废水中的有机污染物的种类常常很复杂,需要多种微生物对不同的污染物发生作用。
多数人工合成的有机物也可以被经过自然或人工驯化的微生物所分解,有的一种污染物需要多种微生物的共代谢作用才能被降解。
因此,活性污泥法是一个多底物多菌种的混合培养系统,存在错综复杂的代谢方式和途径,它们相互联系,相互影响,最终使废水中的有机污染物得到比较彻底的降解,达到废水处理的目的。
凝聚与沉淀活性污泥的另一个特点是具有絮凝性,在沉淀池中,活性污泥能形成大的絮凝体,使之从混合液中沉淀下来,达到泥水分离的目的。
絮凝的原因主要是菌胶团外部黏性的荚膜能相互凝聚,结成大的菌胶团,同时与微生物所处的生长阶段有关。
如果废水中有机物含量相对较低,微生物总体处于衰亡期的开始阶段,微生物的代谢不活跃,能量相对较低,表面电荷下降,就容易形成大的絮凝体。
如果营养物充足(废水与活性污泥混合初期,F/M较大)时,微生物代谢活跃,内部能量大,表面电荷多,小的絮凝体就不容易相互絮凝形成大的菌胶团,在沉淀池中出水就比较混浊,废水处理的效果不佳。
相同之处:
都有病毒、细菌、真菌和原生动物,也有少量的藻类和后生动物等组成。
不同之处:
(1)好氧活性污泥法以菌胶团形式存在;
生物膜法以生物膜形式存在。
(2)单位体积中生物膜法中生物量比好氧活性污泥法高。
(3)同活性污泥相比,生物膜中微生物的种类和数量更丰富,微生物的生态位更明显,分好氧外表层、微好氧中间层和兼性厌氧或厌氧的内层,不同的层面生长着不同类型的微生物,并表现出跟活性污泥不同的特点。
外表层的微生物一般为好氧菌,内层厌氧菌大量繁殖。
(4)生物膜中有大量的丝状细菌生长,如球衣菌属,但不会出现好氧活性污泥法中污泥膨胀现象。
有机废水经过一段时间的曝气后,水中会产生一种絮凝体,这种絮凝体就是活性污泥。
它是有好氧微生物经过大量繁殖后的群体,以及一些无机物、未被分解的有机物和微生物自身代谢的残留物组成的。
活性污泥对有机物有着强烈的吸附和氧化分解能力,而其易于沉淀分离。
所谓菌胶团就是由各种细菌及细菌所分泌的黏液物质(多糖、多肽类物质)组成的絮凝体状团粒。
只有在菌胶团发育良好的条件下,活性污泥的絮凝、吸附、沉降等性能才能得到正常的发挥。
菌胶团的作用是吸附污水呈悬浮态、胶体态和溶解态的有机物,将其转化分解为简单有机物或无机盐类,同时利用分解后的部分产物作为碳源和氮源,合成新生细胞物质。
所谓活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻,体积膨大,沉降性能恶化,在二沉池内不能正常沉池下来,污泥指数异常增高达400以上。
活性污泥膨胀,根据诱因可分为:
因丝状菌异常增殖所导致的丝状菌性膨胀和因粘性物质大量产生积累的非丝状菌膨胀。
前者为易发与多发性膨胀,导致产生丝状菌性污泥膨胀的细菌主要有:
球衣菌属,假单胞菌属,黄杆菌属,酶菌属。
污泥膨胀的对策,当在活性污泥系统产生污泥膨胀现象时,可按下图所列程序对污泥膨胀的类型,诱因与性质进行调查,并采取相应的措施加以消除。
具体措施说明如下:
措施A,投药处理,能够杀灭丝状菌的药剂有氯,臭氧,过氧化氢等,有效氯为10—20mg/l时,就能够有效杀灭球衣菌,贝代硫菌:
高于20mg/l时,可能对絮凝体形成菌产生危害,因此,在使用氯时一定要按投加量的允许范围合理投加。
而臭氧,过氧化氢等氧化剂只有在较高的计量条件下才对球衣菌有杀灭效果。
措施B,改善,提高活性污泥的絮凝性,在曝气池的入口处投加硫酸铝,三氯化铁,高分子混凝剂等絮凝剂。
措施C,改善,提高活性污泥的沉降性,密实性。
在曝气池的入口处投加粘土,消石灰,生污泥或消化污泥。
措施D,加大回流污泥量,通过这一措施,高粘性膨胀的致因物质,即多糖类物降低了,在多数情况下,能够解脱高粘性膨胀。
有条件的地方还可在回流污泥前进行内源呼吸期,提高了絮凝体形成细菌群摄取有机物的能力和与丝状菌竞争的能力,丝状菌性膨胀也能够得到抑制。
在曝气过程中,可以考虑加入氯,磷等营养物质,这样可以强化污泥活性。
措施E,使废水经常处于新鲜状态,防止形成厌氧状态,如有条件采取预曝气措施,使废水经常处于预曝气状态,吹脱硫化氢等有害气体,并避免贝代硫菌加以利用增殖。
措施F,加强曝气,提高混和液DO浓度,防止混和液缺氧或厌氧状态,即或是局部的或是一时的呈厌氧状态,也不利于絮体形成菌的生理活动,而有利于丝状菌的增殖。
措施G,在有利条件下,可以考虑改变水温,水温在15摄氏度以下易于发生高粘性膨胀,而丝状菌性膨胀则多发生在20摄氏度以上。
措施H,降低污泥在二沉池内停留时间,防止形成厌氧状态。
措施I,调整污泥负荷,运行经验表明,如果污泥负荷超过0.35kgBOD/kgMLSS.d易于发生丝状菌性污泥膨胀。
措施J,调整混合液中的营养物质平衡,即保证BOD:
N:
P=10:
5:
1的要求,当混和液失去营养平衡时,往往会发生高粘性污泥膨胀。
措施K,控制丝状菌的增殖,对已产生大量球衣菌属的活性污泥,用浓度为50mg/l的硫酸铜,保持5mg/l的残留浓度,能够抑制球衣菌属的增殖。
在实际运行中,以上几类方法是相辐相称的,污泥膨胀发生以后,首先应通过观察现象,借助理化分析手段,判明膨胀的种类及发生原因,对症下药,采取有效的控制措施。
在生物膜法废水处理设施中,成熟的生物膜一般分为三层,从水
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