本书首先介绍了微生物的性状和分类、微生物的生理、微生物的生长、微生物的遗传和变异以及微生物的生态系统方面的基础知识；之后介绍了水处理工程中的微生物污染，好氧生物处理的原理与应用，厌氧生物处理的原理及应用，水体富营养化和脱氮除磷技术，水生植物+微生物的水质净化作用及其应用，水中病原微生物的检测及去除，以及生物修复技术。
前言
《水处理微生物学》（第一版）成书于2014年，出版以来一直受到广大读者厚爱，被许多高等院校给排水科学与工程专业和环境类专业选作教材，一些相关专业的科技人员也选为参考书。随着水处理微生物学理论与实践的飞速发展，为适应现代水处理微生物学的实际需要，也为了在技术上与时俱进，有必要对全书进行修订。除了修正原书的疏漏之外，本次再版还吸收了一些新的科研成果，以充实本书的内容。
本书在延续第一版系统性、理论性和应用性的基础上，吸收了近年来水处理微生物学领域在理论、工艺、技术和标准等方面的新发展和新成果，除增加一章内容外，还对个别章节做了修订调整。
具体来讲，本书具有以下4个特点。
① 在修订过程中全面、准确、深入理解党的二十大推动绿色发展，促进人与自然和谐共生精神内涵，确保精神精髓领悟透彻、思政效果细致入微，遵循新时代教材建设规律和青年学生成长规律，将时代要求与学生需求相结合，真正发挥好教材育人作用，落实立德树人根本任务。
② 体现了水处理微生物学的前沿发展。本书对迄今为止水处理微生物学发展新技术、新成果做了全面的汇总，分析了水处理微生物学面临的问题和未来的发展方向；根据水处理微生物学的发展方向，增加了第一版中有所忽略的重要理论基础。
③ 将基础理论研究与实际工程案例有机结合。本书延续了分析理论探讨研究方法案例分析的基本思路，而且理论概括更为全面。除新增第11章和第4章4.1节外，对第1、3、5、6、7、13章的内容也进行了部分更新，理论联系实际，分析深入细致，使读者能够系统地掌握水处理微生物学的理论和方法，全面地了解水处理微生物学的内容与编制过程，从而有效提升实际应用水平。
④ 切合水处理微生物学的发展需求。根据目前国内外在环境水处理和微生物领域的发展情况，为了让该课程更好地发挥学科基础课作用，我们在内容方面构建强理论、重实践的体系，以专业认证要求为指导，紧扣行业发展趋势。为了增强学生的应用创新能力，这里结合给排水科学与工程专业学生的具体情况，培养学生学习和掌握微生物学基础知识和基本实验技能，增强学生对微生物在水处理领域应用的理解，培养学生独立思考和分析解决问题的能力，拓展学生的创新性思维、提升工程实践能力。
本书是集体智慧的结晶。本书由赵远、张崇淼、肖娴主编，张兴明、王琴、石玮、殷鸿洋、汪超副主编。具体编写人员及分工为：赵远和殷鸿洋（第1章、第4章4.1节、第9章9.3节），王琴（第2章），张小菊和张兴明（第3章），孙向武和石玮（第4章其他内容），张崇淼（第5章、第7章、第13章13.1节），张翠英和汪超（第6章、第11章11.1节），肖娴（第11章其他内容），刘婷（第8章），代红艳（第10章），申荣艳（第9章9.1节、9.2节），马伟芳（第12章）、蓝梅和孙昭（第13章其他内容）等。全书由赵远统稿。
本着对读者负责和精益求精的精神，编写时我们字斟句酌，力求消除一切瑕疵。尽管我们试图将前沿的研究成果纳入本书中，但由于水处理微生物学涉及领域广泛，加之水平的限制，书中难免存在一些缺点和疏漏，殷切希望广大读者继续给予批评指正。同时借此机会，向使用本书第一版的广大师生，向给予我们关心、鼓励和帮助的同行、专家学者致以由衷的感谢。
编者
2023年5月
第一版前言
目前，水污染问题日益严重。城市污染水和工业废水排放造成大部分水体的污染。污染控制和水环境修复是水资源可持续利用长期必须面对的重大问题之一。利用先进的生物技术处理污染物越来越引起人们的普遍重视，许多水处理技术与环境生物技术已成功地应用于与环境污染相关的诸多领域与环节，更多的技术则正在不断开发、拓展和完善。而与处理污染物相关的微生物学发展非常迅速，新技术、新方法不断涌现，特别是分子生物学技术的发展更是令人瞩目。针对目前本科生毕业有相当一部分学生又要继续攻读研究生的现状，从科研和实际工作需求的角度，本书除介绍水处理微生物学基本知识、基本原理、处理的基本工艺外，结合水处理工程的实际需要，介绍了与水处理工程有关的内容和理论，并适当补充了水环境饮用水等方面内容，使读者能够适时了解并掌握水处理微生物学的最新发展动态和技术应用情况。
水处理微生物学与水处理工程有密切的关系，它是一门实践性很强的学科。本书紧扣水处理工程和微生物学两条紧密结合的主线，在介绍基本原理、技术的基础上，注重于环境生物技术在水处理领域的应用，并且给出许多实践中丰富的案例，旨在深入阐述水处理微生物技术的基础上，建立一个有效的水处理微生物技术选择的定性和定量模式，以期更好地指导我国水环境领域污染处理技术开发、应用推广。我们希望本书能对高等院校师生和广大科技工作人员有所帮助，同时对我国环境教育的发展做出贡献。
全书共12章。第1章绪论，概述水处理微生物学的研究对象和任务以及微生物的基础知识；第2章微生物的性状和分类，简述真核生物、原核生物及病毒的基础知识；第3章微生物的生理，简述微生物发生生化反应的酶相关知识，微生物的营养、呼吸、物质代谢，难降解物质等；第4章微生物的生长，简述微生物培养和分离技术及微生物生长条件；第5章微生物的遗传和变异，简述微生物的遗传物质基础，基因技术，菌种培育及保存技术；第6章微生物的生态系统，简述微生物在自然界中的存在状态，微生物在自然界中的循环等；第7章水环境中的微生物污染，简述水处理污染的微生物来源及途径，微生物污染种类，水处理工程中的细菌污染和病毒污染；第8章水处理工程中好氧生物处理的原理与应用，简述好氧生物处理的基本原理及生物处理方法、工艺；第9章水处理工程中厌氧生物处理的原理及应用，简述厌氧生物处理的微生物原理及生理特征以及厌氧处理工艺；第10章水体富营养化和脱氮除磷技术，简述水体富营养化现象、原因、危害及控制水体富营养化的措施与方法，生物脱氮除磷基本原理、基本流程、基本工艺；第11章水中病原微生物的检测及去除，简述水中的病原微生物及其检测技术，饮用水的深度净化技术，饮用水消毒，及病原微生物的去除工艺；第12章生物修复技术，简述生物修复技术原理、水处理工程中微生物修复技术，并介绍了一些案例。
参与本书编写的有赵远研究员(第1章、第4章部分、第9章部分、第12章部分)、王琴副教授(第2章)、张小菊老师(第3章)、孙向武副教授(第4章)、张崇淼副教授(第5章、第7章、第12章部分)、张翠英副教授(第6章、第11章部分)、刘婷老师(第8章)、代红艳老师(第10章)、申蓉艳博士(第9章部分)、马伟芳副教授(第11章部分)、蓝梅副教授(第12章部分)等。最后由赵远研究员统稿。本书在编写的过程中，除参考了相关书籍外，还参考了大量国内外学者、科研单位、生产企业等的研究成果及资料，在此一并表示感谢。
由于本书涉及多学科交叉，内容广泛，加之科学技术发展迅速，新成果不断涌现，以及编者水平和编写时间的限制，难免有遗漏之处，热忱希望广大读者和同行提出宝贵意见，以利于以后进一步修改提高。
主编
2013年7月
赵远，研究员，长期从事污染控制技术、环境生态修复技术等研究，先后主持或参加了国家科技支撑计划等各种科技部或省科技厅科技攻关项目12项、国家自然科学基金或省自然科学基金5项、国家风险基金项目2项。参与或主持了各类横向项目16项。获得省部级及市厅级奖项10项；授权8个发明专利；发表文章60多篇；主编教材3本。
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
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