1、微生物學基礎知識及其在造紙系統(tǒng)中的應用- 山東晨鳴集團2003年7月1號第一部份微生物學基礎知識什么是微生物?微生物: 就是通常用肉眼無法看到的 所有微小生物 微生物無處不在!微生物有哪些種類?病 毒 非細胞生物顆粒細 菌 既非植物又非動物形態(tài)的微生物真 菌 植物形態(tài)的微生物藻 類 植物形態(tài)的微生物原生動物 動物形態(tài)的微生物 微生物到底有多小?原子 1 nm分子 1 - 10 nm病毒 8 - 200 nm細菌 0.5 - 2 m酵母 10 m霉菌 10 m (細胞) - 100 m (菌絲)原生動物 10 - 1000 m藻類 100 m - 1 km (海草)觀察微生物, 我們需要它- 顯

2、微鏡!細菌在我們所關心的微生物中 (細菌，真菌，藻類等）最小在顯微鏡下直接觀察呈透明狀如要觀察細菌的大小，形狀，結構及排列方式（形態(tài)學），需要染色要想用顯微鏡清楚地觀察細菌，必須放大 1000 倍細菌 的形態(tài)學 大小: 1 m 形狀: - 圓形 (球菌) - 棒狀 (桿菌) - 螺旋狀 (螺旋菌，弧菌） 排列方式: - 單個; - 成對; - 4 個田字狀； - 鏈狀; - 葡萄串狀 桿菌 銅綠膿桿菌屬 Pseudomonas sp. 酸性復紅染色 (1000 X)金黃色葡萄球菌 Staphylococcus 結晶紫染色 (1000 X)螺旋菌 Desulfovibrio 結晶紫染色 (100

3、0 X)細菌 的形態(tài)學 細菌細胞的結構: 請看示意圖腐漿（菌泥）層鞭毛細胞膜剛毛原生質其它細胞器細胞核細菌（微生物）細胞結構模型細胞壁腐漿（菌泥）層的作用 什么是腐漿？是細胞的分泌和排泄物，包括蛋白 質，脂肪酸，及多糖等。 粘附: 使細菌相互粘結在一起形成菌落 保護: 保護細胞壁和細胞膜免遭水解及阻礙環(huán)境 中有毒物質進入細胞內部 食物源: 作為其它微生物的食物 細菌芽孢的產生什么是芽孢？芽孢是細菌在逆境下的生存機制 極端 pH 極端溫度 營養(yǎng)缺乏 廢物積累 有害化學物品的不當處理細菌芽孢的功能 抵抗逆境 生存機制 - 一個細菌細胞只產生一個芽孢 - 芽孢細胞壁有7層，所以抵抗逆境的能力 特別強

4、 只有少數細菌能產生芽孢細菌生長繁殖的物理條件 - 1 溫度 - 喜溫細菌 (45 - 60 oC) - 中溫細菌 (25 - 40 oC) - 低溫細菌 (低于 0 oC 至 20 oC) 氧氣 - 好氣細菌: 需要氧氣 - 厭氧細菌: 不能有氧氣 - 兼性細菌: 有氧、無氧都能生長細菌生長繁殖的物理條件 - 2 pH - 范 圍：4 到 9 - 最適 pH: 6.5 到 7.5 水 - 細菌是一種水生生物 - 需要自由水細菌生長繁殖的營養(yǎng)條件 能量: 化合物（光 光合細菌） 碳源: CO2 及有機碳化物 氮源: 無機氮, N2, 蛋白質 硫及磷: 有機/無機的硫酸鹽、磷酸鹽 微量元素: N

5、a, Mg, K, Ca, Fe, Cu, Zn 等 水生物的代謝類型 異養(yǎng)型 - 需要復雜的有機碳化合物作為食物 - 酶將這些有機化合物分解為能被細胞同化的簡 單化合物 自養(yǎng)型 - 細胞中含有葉綠素 - 能進行光合作用兩種代謝的機理 自養(yǎng)型 (光合作用) n CO2 + n H2OU.V. (CH2O)n + nO2 6 CO2 + 6 H2O U.V. C6H12O6 + 6 O2 異養(yǎng)型 (C6H12O6)n 酶 n C6H12O6 多 糖 葡萄糖細菌的繁殖方式 以無性二等分裂為主 代 時: 細胞從形成到開始分裂所需要的時間 在理想條件下，每 20 分鐘細菌總數翻倍 環(huán)境條件決定了細菌

6、是否分裂及分裂的速度細菌繁殖示意圖如環(huán)境條件適宜，上述過程僅需一小時細菌數量的測定方法 直接計數法 - 血球計數器法 間接計數法 - 平板計數法: 倒皿法; 培養(yǎng)片法等. - 還原酶測定法 - ATP測定法 - 濁度測定法細菌 小結 細菌在常見微生物中最小 細菌能在較寬的溫度范圍下生長 細菌生長的 pH 范圍很廣，但大部份喜歡堿性條件 細菌可分為好氣細菌、厭氣細菌及兼性細菌 絕大部份細菌是異養(yǎng)型代謝 有些細菌能產生芽孢 大部份細菌都有腐漿層真菌 具有植物形態(tài)的微生物，但未分化出根、 莖、葉等器官 所有真菌都是異養(yǎng)型代謝: 需要復雜的有 機營養(yǎng) 多糖 (CH2O)n 真菌可以是絲狀（霉菌），也可

7、以是單細 胞（酵母） 真菌比細菌大，平均10 m (單個細胞)霉菌的形態(tài) 請看下面的照片 菌 絲孢子和孢子頭腐漿沉積物中的黑曲霉 - Aspergillus sp. 100 X黑曲霉 - Aspergillus sp. 1000 x根霉 - Rhizonial sp. 100 x青霉 - Penicillium sp. 1000 x霉菌孢子的形成 分生孢子: 產生于氣生菌絲的頂端 子囊孢子: 產生于子囊中 擔孢子: 由菌絲斷裂而成 霉菌的孢子是一種繁殖組織、常用于霉菌的鑒定霉菌孢子的不同形狀霉菌孢子的萌發(fā)孢子萌發(fā)、生長，并形成菌絲菌絲開始分枝菌絲開始分節(jié)菌絲頂端形成孢子頭，繼而產生孢子霉菌生長

8、所需的物理條件 溫 度 - 范圍較廣，但比細菌的低 - 最適溫度： 22 - 30 oC 氧 氣： 所有霉菌都必須要氧氣 pH: 最適 5 - 6 水: 不一定要有自由水。霉菌能利用空氣中的水氣霉菌的代謝方式 霉菌只進行異養(yǎng)型代謝 根據食物來源，霉菌分為兩類: - 腐生: 以死的有機物為食物 - 寄生: 從活的生物體 寄主，取得食物霉菌的繁殖方式 霉菌的繁殖主要是無性繁殖 - 產生無性孢子 - 菌絲裂殖 少數能產生有性孢子酵母菌 酵母菌是真菌的一種，與霉菌同類 與霉菌不同的是：酵母通常是單細胞的 酵母的形態(tài) 請看照片酵母沒有鞭毛，所以不能運動單細胞酵母及出芽繁殖酵母菌 繁殖: - 無性出芽繁殖

9、及裂殖 - 產生有性孢子 有些酵母分裂時，子細胞保持粘連成菌絲狀 （假菌絲）絲狀酵母真菌小結 異養(yǎng)代謝 需要復雜的有機物為食物 喜歡偏酸性的環(huán)境 生長溫度比細菌低 幾乎所有真菌都需要氧氣 以無性孢子繁殖和出芽繁殖為主 不需自由水真菌和細菌的比較項 目真 菌細 菌大 小 50 m1 m放大倍數400 - 6001000最適 pH5.0 - 6.06.5 - 7.5最適溫度28 - 30 oC35 38 oC 氧氣需求必須三種類型水比細菌少95 - 99%孢子功能繁殖生存藻 類 生長在水體中的、具有植物形態(tài)的微生物 絕大部份為自養(yǎng)型代謝 - 含葉綠素進行光合作用 藻類的形態(tài)各異 絕大部份藻類都有顏

10、色 以綠色為主請看照片單細胞和絲狀綠藻0時間XX基準群體量潛伏期對數增長期穩(wěn)定期衰亡期微生物群體數量微生物群體增長曲線微生物之間的相互關系 中性關系 小群體時互不干涉；群體大時生存競爭 單向有利關系 一種微生物的活動為另一種提供更好的 環(huán)境條件 互利關系 相互提供養(yǎng)料 拮抗關系 相互殘殺造紙系統(tǒng)中的微生物控制第二部份造紙系統(tǒng)中為什么會有大量微生物？造紙系統(tǒng)的物理條件 - 溫度- 氧氣 - pH - 水份造紙系統(tǒng)的營養(yǎng)條件 - 纖維- 原水 - 填料 - 循環(huán)系統(tǒng) （養(yǎng)料累積）堿性系統(tǒng)中的微生物堿性系統(tǒng)中，微生物通常以細菌為主單細胞細菌絲狀細菌酸性系統(tǒng)中的微生物酸性系統(tǒng)中的微生物通常以真菌為主霉

11、菌微生物在造紙系統(tǒng)中會引起哪些問題？腐漿沉積物 (生物膜)噴頭、篩網堵塞紙病 斑點（長霉、腐漿斑），紙洞金屬腐蝕斷紙纖維、填料的生物降解 填料、輔料理化性狀的改變氣味引起問題的微生物種類 所有微生物都會引起問題 產腐漿細菌 硫酸鹽還原菌 (SRB) 產酸細菌 (改變 pH) 鐵細菌 腐蝕 產氣細菌 芽孢細菌，等微生物之間的相互關系腐漿沉積物的形成過程 - 1紙機中的許多微生物都能產生腐漿，以利于細胞間相互粘結在一起微生物細胞 腐漿層產腐漿細菌 - 1產腐漿細菌 - 2腐漿沉積物的形成過程 - 2 物理 化學過程 - 有機、無機物質在機架、管/槽壁表面沉積 - 微生物向沉積物吸附、聚集 腐漿沉積

12、物的形成過程 - 3 生物過程 - 微生物繁殖形成生物膜（腐漿層） - 腐漿層通過粘連、靜電吸附進一步俘獲有機、 無機物 - 上述兩過程不斷重復就形成腐漿沉積物 請看示意圖化學沉積物或垢機架、管壁或槽壁表面微生物個體腐漿沉積物的形成過程示意圖水體環(huán)境腐漿層粉紅色腐漿粉紅色腐漿除顏色外，本質上與普通腐漿并無區(qū)別粉紅色腐漿通常由能產生色素的微生物引起 - Rhodotorula; Monilia; Monascus, etc. - 產色素細菌 (A. viscosus; B. subtilis, etc.) - 一些霉菌 (Cephalothecium; Fusarium; Ascochyta,

13、etc.) - 放線菌 - 絲狀細菌粉紅色腐漿中的絲狀細菌粉紅色腐漿中的放線菌紙機上的腐漿 網部紙機上的腐漿 網下白水道紙 洞被腐漿堵塞的噴淋嘴金屬的腐蝕 化學腐蝕 電化學腐蝕 微生物引起的腐蝕2 eH H H H H H陰極陽極O2Fe(2+) Fe(OH)3H+OH(-)O2H2氧 化:Fe - Fe(+) + 2e(-)Fe + 2OH(-) -Fe(OH)22Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O - 2 Fe(OH)3還 原:H(+) + e(-) - HH + H - H2H + H + 1/2 O2 - H2O1/2O2 + H2O + 2e(-) - 2OH(-)電化學腐蝕

14、過程微生物引起的腐蝕過程陰極陽極金屬SRB3 Fe (+)6OH(-)3 Fe(OH)2+ 8(-)8(-)8 H2O- 8OH(-) + 8H(+) - 8H + 6 OH (-) + 2OH(-)Fe S8HFe(+)S(2-)SO4 (2-)-S(2-) + 4O8 H + 4 O - 4H2O4 Fe - 4 Fe(+)微生物在金屬腐蝕中的作用 產生腐蝕性物質 氧化劑 - 無機 / 有機酸 - 含硫化合物 - 氨 - 氧氣, 等 加速陽極極化 破壞金屬保護膜 分解腐蝕抑制劑引起金屬腐蝕的幾種重要微生物 鐵細菌 - Sphaerotilus natans - Gallionella 硫細

15、菌 - Beggotoa - Thiobacillus - Desulfovibrio (SRB) 一些真菌和藻類鐵細菌 - Sphaerotilus natans 酚棉藍染色 (1000 X)鐵細菌 - Gallionella sp.結晶紫染色 (1000 X)微生物引起的腐蝕 - 1微生物引起的穴蝕 - 2厭氧細菌引起的腐蝕 - 3 通常有黑色沉積物 生物降解和不良氣味 纖維的生物降解填料和涂料的生物降解 - 改變顏色 - 特殊氣味 (微生物代謝物、發(fā)酵) - 改變粘度 - 改變 pH - 原料變質、分解填料通常都是微生物的食物微生物喜歡生長于下列物料中:淀粉PCC助留助劑損紙漿顏料，等微

16、生物的控制 氧氣 pH 溫度 濕度（水份） 陽光 養(yǎng)料 (食物) 殺菌劑 影響微生物生長繁殖的因素：殺菌劑/抑菌劑殺菌劑是用來殺滅微生物的化學品抑菌劑是抑制微生物產生長繁殖的化學品殺菌劑和抑菌劑通常統(tǒng)稱為殺菌劑不同的殺菌劑發(fā)揮作用的 pH 也不同殺菌劑的作用機理 - 使細胞解體 (溶解細胞壁) - 破壞細胞壁、細胞膜 - 使蛋白質、原生質變性、失活 - 破壞細胞的能量代謝 - 使細胞內的酶失活 - 改變細胞膜的通透性，使其失去滲透壓調節(jié)功 能如何選擇殺菌劑？殺菌劑初選 - 系統(tǒng)情況 微生物種類 pH和溫度 主要問題 - 避免對環(huán)境的不良影響 - 避免殺菌劑和其它造紙化學品，殺菌劑之間的不良反應

17、從候選殺菌劑中確定具最佳成本效益的產品 殺菌劑選擇試驗（BST）影響殺菌劑使用效果的因素 添加濃度 （殺菌試驗） 添加點 （根據目的而定） 接觸時間殺菌劑的殺菌譜: 一種殺菌劑所能殺滅的微生物種類的多少紙機系統(tǒng)中殺菌劑的應用策略 紙機微生物控制是一個系統(tǒng)工程，殺菌劑的添加點多少與紙機及所抄紙種有關原水及噴淋水的處理 備漿及流送部的防腐輔料的防腐短循環(huán)中微生物的控制原水處理為什么？如何選用殺菌劑？氧化型殺菌劑非氧化型殺菌劑填料/涂料的防腐如需用殺菌劑，應該每批都加 所用殺菌劑不應對原料的理、化性狀產生不良影響 相容性填料防腐越早越好 填料腐敗常引起紙病備漿系統(tǒng)和短循環(huán)中微生物的控制備漿系統(tǒng) - 開放性 - 以防腐為主 （加藥點通常為滯留時間長、利 于微生物生長在的部位）短循環(huán)的特點 - 封閉度高 - 通常以殺菌為主生物分散劑在腐漿控制中的作用 什么是生物分散劑? 生物分散劑的功能 為什么要用生物分散劑? 微生物數量與腐漿的關系殺菌劑使用與清洗/日常保潔的關系在開放系統(tǒng)中任何殺菌劑都無法徹底殺滅所有微生物使用殺菌劑的目的是減輕或延緩，而不能根除由微生物引起的問題，如腐漿3. 即使使用了殺菌劑，仍需進行定期清洗4