水處理微生物學（第二版）

第1章　緒論 1
1.1 微生物在自然界的主要作用 1
1.2 水處理微生物學的研究對象和任務 1
1.3 微生物學在水處理過程中的作用 1
1.4 微生物概述 2
1.4.1 微生物的定義 2
1.4.2 原核微生物與真核微生物 2
1.4.3 微生物的分類 3
1.4.4 微生物的分類單位、命名和分類依據(jù) 3
1.4.5 微生物的生物學特點 4
參考文獻 4
第2章　微生物的性狀和分類 5
2.1 原核微生物 5
2.1.1 細菌 5
2.1.2 放線菌 13
2.1.3 藍細菌 16
2.1.4 其他原核生物類群 17
2.1.5 水環(huán)境中常見的原核微生物類群 20
2.2 真核微生物 22
2.2.1 真菌 22
2.2.2 藻類 25
2.2.3 原生動物 27
2.2.4 后生動物 27
2.2.5 水環(huán)境中常見的真核微生物類群 29
2.3 非細胞生物的超微生物——病毒 34
2.3.1 病毒的一般特征及主要類群 35
2.3.2 病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu) 35
2.3.3 病毒的增殖 35
2.3.4 病毒的測定和培養(yǎng) 37
2.3.5 病毒對物理、化學、抗生素的抵抗力 38
參考文獻 39
第3章　微生物的生理 40
3.1 微生物的酶 40
3.1.1 酶的組成和結(jié)構(gòu) 40
3.1.2 酶的命名和分類 41
3.1.3 酶的催化特性 42
3.1.4 影響酶促反應速率的因素 42
3.2 微生物的營養(yǎng) 44
3.2.1 微生物細胞的化學組成和營養(yǎng)要素 44
3.2.2 微生物的營養(yǎng)類型 46
3.2.3 微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 47
3.2.4 培養(yǎng)基 48
3.3 微生物的代謝 51
3.3.1 新陳代謝的有關(guān)概念 51
3.3.2 微生物的產(chǎn)能代謝 52
3.3.3 微生物的合成代謝 56
3.3.4 微生物代謝的調(diào)節(jié) 58
3.3.5 代謝調(diào)控的應用 59
3.4 微生物對難降解物的降解和轉(zhuǎn)化 60
3.4.1 污染物的生物降解性 61
3.4.2 石油類物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化 62
3.4.3 合成有機物的降解和轉(zhuǎn)化 63
3.4.4 微生物對重金屬污染物的轉(zhuǎn)化 64
參考文獻 65
第4章　微生物的生長 66
4.1 微生物的分離和純培養(yǎng) 66
4.1.1 無菌技術(shù) 66
4.1.2 純培養(yǎng)的分離方法 67
4.2 微生物生長的測定 70
4.2.1 細胞數(shù)的測定 71
4.2.2 細胞生物量的測定 73
4.3 微生物的生長規(guī)律 74
4.3.1 單細胞微生物的典型生長曲線 74
4.3.2 生長的數(shù)學模型 75
4.3.3 微生物的同步培養(yǎng) 77
4.3.4 厭氧培養(yǎng) 80
4.4 環(huán)境因子對微生物的影響 81
4.4.1 微生物生長的環(huán)境條件 81
4.4.2 生物因子 85
參考文獻 86
第5章　微生物的遺傳和變異 87
5.1 微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎 87
5.1.1 遺傳和變異的物質(zhì)基礎 87
5.1.2 DNA的結(jié)構(gòu)和復制 89
5.1.3 DNA的存在形式 91
5.2 微生物的基因突變 92
5.2.1 突變的類型 92
5.2.2 基因突變的機制 93
5.3 微生物的基因重組 94
5.3.1 原核微生物的基因重組 94
5.3.2 真核微生物的基因重組 96
5.4 微生物的菌種選育 96
5.4.1 水處理工程菌種篩選程序 96
5.4.2 微生物的誘變育種 97
5.4.3 原生質(zhì)體融合育種 98
5.4.4 基因工程技術(shù)用于高效工程菌種改良 99
5.5 微生物菌種貯存及復壯 100
5.5.1 微生物菌種貯存 100
5.5.2 菌種的退化與復壯 102
5.6 分子生物學技術(shù)及其在水處理工程中的應用 103
5.6.1 聚合酶鏈反應技術(shù) 103
5.6.2 變性梯度凝膠電泳技術(shù) 105
5.6.3 熒光原位雜交技術(shù) 106
5.6.4 16S rDNA高通量測序分析技術(shù) 107
5.6.5 蛋白質(zhì)組分離技術(shù) 108
5.6.6 分子生物學技術(shù)在水處理中的應用 109
5.7 微生物新技術(shù)的研究與應用 113
5.7.1 固定化技術(shù)及應用 113
5.7.2 水處理工程中生物強化技術(shù)與應用 115
5.7.3 微生物制劑的開發(fā)和應用 118
參考文獻 120
第6章　微生物的生態(tài)系統(tǒng) 122
6.1 水處理生態(tài)系統(tǒng)的基本概念及特征 122
6.1.1 生態(tài)系統(tǒng)及其基本結(jié)構(gòu) 122
6.1.2 生態(tài)系統(tǒng)的功能 123
6.1.3 水生態(tài)系統(tǒng)的基本特征與類型 124
6.1.4 微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用 126
6.2 微生物在各生態(tài)系統(tǒng)中的分布 127
6.2.1 水體微生物生態(tài) 127
6.2.2 土壤微生物生態(tài) 129
6.2.3 空氣微生物生態(tài) 131
6.3 微生物的生物群落 132
6.3.1 生物群落及其基本特征 132
6.3.2 微生物群落的演替 133
6.3.3 微生物群落的基本特征 134
6.4 微生物之間的相互關(guān)系 134
6.4.1 互生 134
6.4.2 共生 135
6.4.3 寄生 136
6.4.4 拮抗 136
6.4.5 捕食 137
6.5 微生物與自然界的物質(zhì)循環(huán) 137
6.5.1 碳素循環(huán) 137
6.5.2 氮素循環(huán) 138
6.5.3 硫素循環(huán) 140
6.5.4 其他元素的微生物轉(zhuǎn)化 141
參考文獻 142
第7章　水環(huán)境中的微生物污染 144
7.1 水體中的微生物來源及相關(guān)的水污染 144
7.1.1 水體中的微生物來源 144
7.1.2 與微生物相關(guān)的水污染 145
7.2 水中病原微生物的種類和特性 146
7.2.1 病原菌 146
7.2.2 病毒 150
7.2.3 病原性原生動物 152
7.2.4 蠕蟲 155
7.2.5 藍綠藻 156
7.3 水中病原微生物的存活、分布和傳播 156
7.3.1 病原微生物在水中存活的影響因素 156
7.3.2 病原微生物在水環(huán)境中的分布 159
7.3.3 水中病原微生物的傳播及控制 160
7.3.4 指示微生物及其水質(zhì)衛(wèi)生學意義 161
參考文獻 163
第8章　水處理工程中好氧生物處理的原理及應用 165
8.1 好氧生物處理的基本原理 165
8.2 活性污泥法 165
8.2.1 好氧活性污泥中的微生物群落 165
8.2.2 活性污泥法的各種演變及應用 174
8.3 生物膜法 176
8.3.1 好氧生物膜中的微生物群落 177
8.3.2 生物膜法的基本流程及特征 178
8.3.3 生物膜反應器 180
8.4 自然處理法 181
8.4.1 穩(wěn)定塘 181
8.4.2 污水的土地處理系統(tǒng) 184
參考文獻 185
第9章　水處理工程中厭氧生物處理的原理及應用 186
9.1 厭氧生物處理的微生物原理及生理特征 186
9.1.1 厭氧生物處理的原理 186
9.1.2 厭氧生物處理的主要特征 189
9.1.3 非產(chǎn)甲烷菌 189
9.1.4 產(chǎn)甲烷菌 190
9.2 厭氧生物處理的微生物生態(tài)學 194
9.2.1 厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢群的演替 194
9.2.2 非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌之間的關(guān)系 196
9.2.3 產(chǎn)酸發(fā)酵菌群代謝的NADH/NAD 調(diào)節(jié) 198
9.2.4 產(chǎn)甲烷菌的生態(tài)分布 199
9.3 厭氧生物處理工藝學 199
9.3.1 厭氧生物處理工藝條件及其控制 199
9.3.2 廢水厭氧生物處理工藝 204
參考文獻 208
第10章　水體富營養(yǎng)化和脫氮除磷技術(shù) 209
10.1 水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象 209
10.1.1 水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因 209
10.1.2 水體富營養(yǎng)化的危害 209
10.1.3 富營養(yǎng)化水體中的常見藻類 210
10.1.4 評價水體富營養(yǎng)化的指標 210
10.1.5 控制水體富營養(yǎng)化的措施和方法 211
10.2 生物脫氮 212
10.2.1 水體中氮化物的危害 212
10.2.2 生物脫氮的基本原理 213
10.2.3 生物脫氮的基本流程 215
10.2.4 影響脫氮作用的環(huán)境因素 218
10.2.5 同步硝化反硝化 220
10.3 生物除磷 221
10.3.1 生物除磷的基本原理 222
10.3.2 生物除磷的基本流程 223
10.3.3 影響生物除磷的主要因素 224
10.4 同步脫氮除磷技術(shù) 226
10.4.1 A2/O法同步脫氮除磷工藝 226
10.4.2 巴顛甫脫氮除磷工藝 228
10.4.3 Phoredox工藝 228
10.4.4 UCT工藝 229
10.4.5 VIP工藝 229
10.4.6 氧化溝同步脫氮除磷工藝 229
10.4.7 其他傳統(tǒng)同步脫氮除磷工藝 230
參考文獻 230
第11章　水生植物 微生物的水質(zhì)凈化作用及其應用 231
11.1 大型水生植物的特點 231
11.1.1 大型水生植物的生物學特性 231
11.1.2 大型水生植物生長環(huán)境的特點 231
11.1.3 水生植物的生長能力 233
11.1.4 水生植物營養(yǎng)吸收特點 233
11.1.5 水生植物的錨定能力 234
11.2 常見的大型水生植物 234
11.2.1 挺水植物 234
11.2.2 浮葉植物 235
11.2.3 沉水植物 237
11.2.4 漂浮植物 237
11.2.5 濕生植物 238
11.3 水生植物的水質(zhì)凈化作用 239
11.3.1 水生植物的水質(zhì)凈化作用的原理 239
11.3.2 影響水生植物水質(zhì)凈化作用的因素 240
11.3.3 水生植物的水質(zhì)的去除效果 240
11.3.4 水生植物凈化水體水質(zhì)的應用 242
11.4 水處理與生態(tài)修復工程中的微生物群落 243
11.4.1 水生植物及其微生物群落 243
11.4.2 濕生植物及其微生物群落 243
11.4.3 挺水植物及其微生物群落 244
11.4.4 浮葉植物及其微生物群落 244
11.4.5 沉水植物及其微生物群落 245
11.4.6 微生物在脫氮除磷過程中的作用 245
11.5 水處理與水體修復生態(tài)工程技術(shù) 247
11.5.1 水體生態(tài)修復技術(shù)的相關(guān)概念 247
11.5.2 生態(tài)浮床技術(shù) 247
11.5.3 人工濕地技術(shù) 249
11.5.4 穩(wěn)定塘處理技術(shù) 251
11.5.5 其他生態(tài)修復技術(shù) 254
參考文獻 255
第12章　水中病原微生物的檢測及去除 256
12.1 常用水質(zhì)衛(wèi)生學指標的檢測方法 256
12.1.1 細菌總數(shù)的測定 256
12.1.2 大腸菌群的測定 256
12.1.3 糞大腸菌群的測定 257
12.1.4 噬菌體的測定 257
12.2 水中病原微生物的濃縮和檢測方法 258
12.2.1 病原微生物濃縮方法 258
12.2.2 病原微生物檢測方法 259
12.3 微污染水源水的生物預處理 260
12.3.1 微污染水源水污染源、污染物及預處理的目的 260
12.3.2 微污染水源水生物預處理的特點和可行性 260
12.3.3 生物氧化預處理技術(shù) 261
12.4 飲用水的深度凈化技術(shù) 263
12.4.1 臭氧活性炭吸附 263
12.4.2 活性炭吸附 264
12.4.3 光催化氧化 265
12.4.4 生物活性炭 266
12.4.5 吹脫法 266
12.4.6 膜技術(shù) 267
12.5 飲用水消毒 269
12.5.1 氯和含氯物質(zhì)消毒 269
12.5.2 碘消毒 269
12.5.3 臭氧氧化 270
12.5.4 銀離子消毒 270
12.5.5 紫外線消毒 270
12.5.6 超聲波消毒 271
12.5.7 飲用水的加熱消毒 271
12.6 污水處理工藝對病原微生物的去除 271
12.6.1 污水處理工藝對病原菌的去除 271
12.6.2 污水處理工藝對病毒的去除 274
參考文獻 274
第13章　生物修復技術(shù) 276
13.1 生物修復技術(shù)原理 276
13.1.1 生物修復概述 276
13.1.2 用于生物修復的微生物類型 278
13.1.3 微生物修復的影響因素 279
13.2 水處理工程中微生物修復技術(shù) 282
13.2.1 主要的生物修復技術(shù) 282
13.2.2 生物修復技術(shù)的優(yōu)點和局限性 283
13.2.3 評價生物修復可行性的程序 283
參考文獻 284