水处理微生物学(第二版)

第1章　绪论 1
1.1 微生物在自然界的主要作用 1
1.2 水处理微生物学的研究对象和任务 1
1.3 微生物学在水处理过程中的作用 1
1.4 微生物概述 2
1.4.1 微生物的定义 2
1.4.2 原核微生物与真核微生物 2
1.4.3 微生物的分类 3
1.4.4 微生物的分类单位、命名和分类依据 3
1.4.5 微生物的生物学特点 4
参考文献 4

第2章　微生物的性状和分类 5
2.1 原核微生物 5
2.1.1 细菌 5
2.1.2 放线菌 13
2.1.3 蓝细菌 16
2.1.4 其他原核生物类群 17
2.1.5 水环境中常见的原核微生物类群 20
2.2 真核微生物 22
2.2.1 真菌 22
2.2.2 藻类 25
2.2.3 原生动物 27
2.2.4 后生动物 27
2.2.5 水环境中常见的真核微生物类群 29
2.3 非细胞生物的超微生物——病毒 34
2.3.1 病毒的一般特征及主要类群 35
2.3.2 病毒的形态结构 35
2.3.3 病毒的增殖 35
2.3.4 病毒的测定和培养 37
2.3.5 病毒对物理、化学、抗生素的抵抗力 38
参考文献 39

第3章　微生物的生理 40
3.1 微生物的酶 40
3.1.1 酶的组成和结构 40
3.1.2 酶的命名和分类 41
3.1.3 酶的催化特性 42
3.1.4 影响酶促反应速率的因素 42
3.2 微生物的营养 44
3.2.1 微生物细胞的化学组成和营养要素 44
3.2.2 微生物的营养类型 46
3.2.3 微生物对营养物质的吸收 47
3.2.4 培养基 48
3.3 微生物的代谢 51
3.3.1 新陈代谢的有关概念 51
3.3.2 微生物的产能代谢 52
3.3.3 微生物的合成代谢 56
3.3.4 微生物代谢的调节 58
3.3.5 代谢调控的应用 59
3.4 微生物对难降解物的降解和转化 60
3.4.1 污染物的生物降解性 61
3.4.2 石油类物质的分解与转化 62
3.4.3 合成有机物的降解和转化 63
3.4.4 微生物对重金属污染物的转化 64
参考文献 65

第4章　微生物的生长 66
4.1 微生物的分离和纯培养 66
4.1.1 无菌技术 66
4.1.2 纯培养的分离方法 67
4.2 微生物生长的测定 70
4.2.1 细胞数的测定 71
4.2.2 细胞生物量的测定 73
4.3 微生物的生长规律 74
4.3.1 单细胞微生物的典型生长曲线 74
4.3.2 生长的数学模型 75
4.3.3 微生物的同步培养 77
4.3.4 厌氧培养 80
4.4 环境因子对微生物的影响 81
4.4.1 微生物生长的环境条件 81
4.4.2 生物因子 85
参考文献 86

第5章　微生物的遗传和变异 87
5.1 微生物遗传变异的物质基础 87
5.1.1 遗传和变异的物质基础 87
5.1.2 DNA的结构和复制 89
5.1.3 DNA的存在形式 91
5.2 微生物的基因突变 92
5.2.1 突变的类型 92
5.2.2 基因突变的机制 93
5.3 微生物的基因重组 94
5.3.1 原核微生物的基因重组 94
5.3.2 真核微生物的基因重组 96
5.4 微生物的菌种选育 96
5.4.1 水处理工程菌种筛选程序 96
5.4.2 微生物的诱变育种 97
5.4.3 原生质体融合育种 98
5.4.4 基因工程技术用于高效工程菌种改良 99
5.5 微生物菌种贮存及复壮 100
5.5.1 微生物菌种贮存 100
5.5.2 菌种的退化与复壮 102
5.6 分子生物学技术及其在水处理工程中的应用 103
5.6.1 聚合酶链反应技术 103
5.6.2 变性梯度凝胶电泳技术 105
5.6.3 荧光原位杂交技术 106
5.6.4 16S rDNA高通量测序分析技术 107
5.6.5 蛋白质组分离技术 108
5.6.6 分子生物学技术在水处理中的应用 109
5.7 微生物新技术的研究与应用 113
5.7.1 固定化技术及应用 113
5.7.2 水处理工程中生物强化技术与应用 115
5.7.3 微生物制剂的开发和应用 118
参考文献 120

第6章　微生物的生态系统 122
6.1 水处理生态系统的基本概念及特征 122
6.1.1 生态系统及其基本结构 122
6.1.2 生态系统的功能 123
6.1.3 水生态系统的基本特征与类型 124
6.1.4 微生物在生态系统中的作用 126
6.2 微生物在各生态系统中的分布 127
6.2.1 水体微生物生态 127
6.2.2 土壤微生物生态 129
6.2.3 空气微生物生态 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 微生物之间的相互关系 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 微生物与自然界的物质循环 137
6.5.1 碳素循环 137
6.5.2 氮素循环 138
6.5.3 硫素循环 140
6.5.4 其他元素的微生物转化 141
参考文献 142

第7章　水环境中的微生物污染 144
7.1 水体中的微生物来源及相关的水污染 144
7.1.1 水体中的微生物来源 144
7.1.2 与微生物相关的水污染 145
7.2 水中病原微生物的种类和特性 146
7.2.1 病原菌 146
7.2.2 病毒 150
7.2.3 病原性原生动物 152
7.2.4 蠕虫 155
7.2.5 蓝绿藻 156
7.3 水中病原微生物的存活、分布和传播 156
7.3.1 病原微生物在水中存活的影响因素 156
7.3.2 病原微生物在水环境中的分布 159
7.3.3 水中病原微生物的传播及控制 160
7.3.4 指示微生物及其水质卫生学意义 161
参考文献 163

第8章　水处理工程中好氧生物处理的原理及应用 165
8.1 好氧生物处理的基本原理 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 活性污泥法的各种演变及应用 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 生物膜反应器 180
8.4 自然处理法 181
8.4.1 稳定塘 181
8.4.2 污水的土地处理系统 184
参考文献 185

第9章　水处理工程中厌氧生物处理的原理及应用 186
9.1 厌氧生物处理的微生物原理及生理特征 186
9.1.1 厌氧生物处理的原理 186
9.1.2 厌氧生物处理的主要特征 189
9.1.3 非产甲烷菌 189
9.1.4 产甲烷菌 190
9.2 厌氧生物处理的微生物生态学 194
9.2.1 厌氧生物处理过程中微生物优势群的演替 194
9.2.2 非产甲烷菌和产甲烷菌之间的关系 196
9.2.3 产酸发酵菌群代谢的NADH/NAD 调节 198
9.2.4 产甲烷菌的生态分布 199
9.3 厌氧生物处理工艺学 199
9.3.1 厌氧生物处理工艺条件及其控制 199
9.3.2 废水厌氧生物处理工艺 204
参考文献 208

第10章　水体富营养化和脱氮除磷技术 209
10.1 水体富营养化现象 209
10.1.1 水体富营养化产生的原因 209
10.1.2 水体富营养化的危害 209
10.1.3 富营养化水体中的常见藻类 210
10.1.4 评价水体富营养化的指标 210
10.1.5 控制水体富营养化的措施和方法 211
10.2 生物脱氮 212
10.2.1 水体中氮化物的危害 212
10.2.2 生物脱氮的基本原理 213
10.2.3 生物脱氮的基本流程 215
10.2.4 影响脱氮作用的环境因素 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 影响生物除磷的主要因素 224
10.4 同步脱氮除磷技术 226
10.4.1 A2/O法同步脱氮除磷工艺 226
10.4.2 巴颠甫脱氮除磷工艺 228
10.4.3 Phoredox工艺 228
10.4.4 UCT工艺 229
10.4.5 VIP工艺 229
10.4.6 氧化沟同步脱氮除磷工艺 229
10.4.7 其他传统同步脱氮除磷工艺 230
参考文献 230

第11章　水生植物 微生物的水质净化作用及其应用 231
11.1 大型水生植物的特点 231
11.1.1 大型水生植物的生物学特性 231
11.1.2 大型水生植物生长环境的特点 231
11.1.3 水生植物的生长能力 233
11.1.4 水生植物营养吸收特点 233
11.1.5 水生植物的锚定能力 234
11.2 常见的大型水生植物 234
11.2.1 挺水植物 234
11.2.2 浮叶植物 235
11.2.3 沉水植物 237
11.2.4 漂浮植物 237
11.2.5 湿生植物 238
11.3 水生植物的水质净化作用 239
11.3.1 水生植物的水质净化作用的原理 239
11.3.2 影响水生植物水质净化作用的因素 240
11.3.3 水生植物的水质的去除效果 240
11.3.4 水生植物净化水体水质的应用 242
11.4 水处理与生态修复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 湿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 浮叶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 微生物在脱氮除磷过程中的作用 245
11.5 水处理与水体修复生态工程技术 247
11.5.1 水体生态修复技术的相关概念 247
11.5.2 生态浮床技术 247
11.5.3 人工湿地技术 249
11.5.4 稳定塘处理技术 251
11.5.5 其他生态修复技术 254
参考文献 255

第12章　水中病原微生物的检测及去除 256
12.1 常用水质卫生学指标的检测方法 256
12.1.1 细菌总数的测定 256
12.1.2 大肠菌群的测定 256
12.1.3 粪大肠菌群的测定 257
12.1.4 噬菌体的测定 257
12.2 水中病原微生物的浓缩和检测方法 258
12.2.1 病原微生物浓缩方法 258
12.2.2 病原微生物检测方法 259
12.3 微污染水源水的生物预处理 260
12.3.1 微污染水源水污染源、污染物及预处理的目的 260
12.3.2 微污染水源水生物预处理的特点和可行性 260
12.3.3 生物氧化预处理技术 261
12.4 饮用水的深度净化技术 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 吹脱法 266
12.4.6 膜技术 267
12.5 饮用水消毒 269
12.5.1 氯和含氯物质消毒 269
12.5.2 碘消毒 269
12.5.3 臭氧氧化 270
12.5.4 银离子消毒 270
12.5.5 紫外线消毒 270
12.5.6 超声波消毒 271
12.5.7 饮用水的加热消毒 271
12.6 污水处理工艺对病原微生物的去除 271
12.6.1 污水处理工艺对病原菌的去除 271
12.6.2 污水处理工艺对病毒的去除 274
参考文献 274

第13章　生物修复技术 276
13.1 生物修复技术原理 276
13.1.1 生物修复概述 276
13.1.2 用于生物修复的微生物类型 278
13.1.3 微生物修复的影响因素 279
13.2 水处理工程中微生物修复技术 282
13.2.1 主要的生物修复技术 282
13.2.2 生物修复技术的优点和局限性 283
13.2.3 评价生物修复可行性的程序 283
参考文献 284