所有细菌均具有的结构，称作基本结构。由细胞外向内分别为细胞壁、原生质体（由细胞膜、细胞质、核质、内含物组成）。 根据细胞壁成分的不同，将细菌进行革兰氏染色后分为两大类：细胞呈蓝紫色的细菌为革兰氏阳性（G+）菌；细胞呈红色的细菌为革兰氏阴性（G-）菌，这是细菌分类的重要依据之一。 革兰氏染色的四个步骤分别为：结晶紫初染，碘液媒染，酒精脱色（关键步骤），番红和沙黄复染。 细胞壁的功能主要有：保持细胞具有一定的外形；作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动；为细胞的生长和分裂必需；与细菌的抗原性、致病性有关；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质。
细胞（质）膜是紧贴细胞壁内侧，包被细胞质的一层具有选择性吸收的半透性薄膜，其组成成分包括蛋白质、糖类、脂类，主要成分是蛋白质（约占70%）。细胞膜的结构可用生物膜的“流动镶嵌模型”来描述。模型的要点：磷脂双分子层构成膜的基本骨架；膜蛋白以不同方式分布在膜的两侧或磷脂层中；磷脂分子在膜中不停运动，故膜具有流动性。
细胞膜的作用：选择性地控制细胞内外物质（营养和废物）的运输和交换；维持细胞正常的渗透压；合成细胞壁和荚膜成分的场所；进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地；许多代谢酶和运输酶及电子呼吸链组分的所在地；鞭毛的着生和生长点。
细胞质是位于细胞膜以内，除核质以外无色透明、黏稠的复杂胶体。其组成为蛋白质、核酸（RNA）、多糖、脂类、水、无机盐。
核质又称拟核、核区。细菌核质由核酸构成，携带细菌的遗传信息，与细菌的遗传有密切关系。细菌属于原核生物，所以核质无核膜包被，也无核仁。
内含物是细菌新陈代谢的产物或是储备的营养物质，当营养缺乏时，这些物质可作为营养重新被分解利用。
细菌的特殊结构有：荚膜（细胞壁外，营养缺乏时，可以作为碳源和能源物质利用）、鞭毛（主要成分是蛋白质，是细菌运动器官，执行运动功能。着生位置有端生和周生两种）、菌毛（比鞭毛细、短而直的丝状物）、芽孢（当环境不利时，细胞质和核质浓缩，形成圆形或椭圆形的休眠体。含耐热物质和耐热性酶，具有耐热性。需加热120～140℃才能彻底杀灭）等。
许多细菌的荚膜物质融合成团块，称其为菌胶团。菌胶团是污水处理中细菌的主要存在形式，在废水处理中具有重要意义：可以防止细菌被动物吞噬；可以增强细菌对不良环境的抵抗，如干旱等；菌胶团具有指示作用（新生菌胶团有良好废水处理性能，结构紧密，吸附和分解有机物能力强，具有良好沉降性，颜色浅，甚至无色透明；老化的菌胶团，结构松散，吸附和分解有机物能力差，沉降性差，颜色较深。
细菌的常见繁殖方式属于直接分裂或叫二分裂。
菌落是指单个（或少量）微生物在固体培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细菌群。 主要从三个方面看菌落特征：菌落表面的特征（光滑、粗糙，干燥、湿润）；菌落的边缘特征（圆形、边缘整齐、呈锯齿状、花瓣状）；菌落的纵剖面特征（平坦、扁平、隆起、凸起、草帽状等）
细菌的命名采用林奈双命名法：细菌名称用两个斜体拉丁文单词表示，第一个单词为属名（第一个字母需大写）（主要特征），第二个单词为种名（次要特征）。
当食物不足，或溶解氧、温度、pH值不适宜，或有毒物质超过原生动物忍受程度时，他们就会形成胞囊以保卫自身。如观察大量胞囊形成时，表明处理效果不好。 细菌的生理特征
构成细胞的化学成分包括水、无机盐和有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪、核酸等）。 细菌从外可以获得六大营养包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子及能源。
能够利用有机碳源的微生物，称其为异养微生物；能够利用无机碳源的微生物，称其为自养微生物。能量来源为化学物质的微生物，则为化能营养微生物；能量为辐射能的微生物，称为光能营养微生物。根据碳源及能源的不同，微生物的营养类型可分为光能自养型（藻类、蓝藻）、光能异养型（红螺菌）、化能自养型（硝化细菌、硫化细菌、铁细菌）和化能异养型（放线菌、原生动物、后生动物）。 酶是由活细胞产生，具有催化活性的生物催化剂。绝大多数酶是具有催化功能的蛋白质。
根据酶促反应的性质分为：水解酶（A|B+H|OH ??????+????）；氧化还原酶（A???2+?? ??2 ??+
←
←
????2 ??2??2,??2?? ）；转移酶（?????+?? A+?????）；同分异构酶（A ??′）；裂解酶（A ??+??）；合
←
←
←
成酶（A+B+ATP ?????+??????+????）。酶促反应的高度专一性，取决于它的蛋白质部分。
←
根据酶的存在位置分为胞外酶（水解酶）和胞内酶（绝大多数属于此类）。根据酶的组分分为单成分酶（仅有蛋白质，如水解酶）和全酶（包括蛋白质和辅助因子）。蛋白质的作用是识别底物和加速反应，而辅助因子起传递电子、化学基团等的作用。辅助因子为有机物，或金属离子，或有机物加上金属离子。
活性中心由结合部位（识别并结合底物分子的部分）和催化部位（打开或形成化学键的部位）两个关键部位组成。
影响酶活力（反应速度）的因素：温度、pH、抑制剂（分为可逆和不可逆抑制剂，可逆又可分竞争性和非竞争性抑制剂。竞争性的可通过增加底物浓度解除抑制，而非竞争性的不可以）、激活剂（一些金属离子、无机阴离子、有机化合物等都可作为激活剂）、底物浓度（底物浓度和酶催化反应速度曲线，先后呈现一级反应、混合级反应和零级反应。米门公式：V=Vmax[S]/（Km+[S]），V为反应速度，[S]为底物浓度，Vmax为最多反应速度，Km为米氏常数，又称为半饱和常数。当[S]《Km时为一级反应，当[S]》Km时为零级反应。当V=1/2Vmax时，Km=[S]，单位mol/L，表示酶与底物的亲和程度，Km越大亲和程度小，Km值越小，亲和程度大）、酶的初始浓度。
呼吸的本质是氧化和还原的统一过程，在这个过程中伴随能量的产生。其中，失去电子和氢的一方称供氢体；得到电子和氢的一方称受氢体。
从机制上，即根据受氢体的不同将呼吸作用分好氧呼吸和厌氧呼吸。好氧呼吸以氧气作受氢体；厌氧呼吸以氧气以外的物质作受氢体。细菌根据呼吸作用不同，分为三种类型：好氧细菌，厌氧细菌和兼性细菌。
好氧细菌分为好氧异养细菌（电子和氢供体为有机物）和好氧自养细菌（电子和氢供体为无机物）。 呼吸中，产生的能量主要以ATP（三磷酸腺苷）的形式储存起来。ATP是微生物体内能量的通用货币。 含碳有机物在好氧条件降解为二氧化碳，最后进入的途径是三羧酸循环。
呼吸中ATP的形成方式有：底物水平磷酸化；氧化磷酸化。葡萄糖发酵过程中，ATP产生的途径是底物水平磷酸化。
细胞色素只能传递电子不能传递氢。
能量主要利用途径有合成细胞物质、运动、营养物质的吸收、散热。 影响细菌生长的环境因素：营养物、氧、温度（低温菌10～20℃、中温菌20～40℃、高温菌50～60℃。绝大多数细菌属于中温菌。常用4℃左右温度保存菌种）、pH、氧化还原电位（好氧菌E>+0.1V；厌氧菌E<+0.1V；兼性菌E>+0.1V好氧，E<+0.1V厌氧。好氧处理法E=+0.2～0.6V，厌氧处理法E=－0.1～－0.2V）、干燥、渗透压（通常在等渗溶液中微生物生长的最好；低渗透压下细胞易胀裂；高渗透压下细胞易发生质壁分离）、光线（波长为260nm左右的紫外线可以杀菌，主要原因是造成核酸损伤）、化学药剂（60%～75%的乙醇可用来消毒）。
细菌吸收营养后，若同化作用大于异化作用，则体积或数量不断增长的现象，成为生长。微生物的生长用群体生长来表示，而不是个体生长。群体生长主要表现在数量和质量的变化上，所以群体生长常用数量或重量来表示。
混合溶液挥发性悬浮固体（MLVSS）比混合液悬浮固体（MLSS）更能准确表示混合液中微生物的量。 细菌培养方式有间歇培养和连续培养，分别表现不同的生长特性。
间歇培养：以细菌数目对数绘制的生长曲线大致分为：缓慢期（适应期或停滞区，细菌数目几乎没有变化；细菌的生长速度为零）、对数期（代时（细菌繁殖一代或细菌数目增加一倍所用的时间用G表示）稳定，是测定世代时间的最佳时间，生长速度最快）、稳定期（细菌新生数等于死亡数；生长速度为零；此时荚膜、芽孢形成、内含物储存、有毒物质等积累）、衰老期（细菌进行内源呼吸（细菌开始将自身储存物，甚至细胞的组成部分，用作呼吸以维持生命的现象）；细菌数目不断减少；生长速度负增长）。稳定期常用于水处理，衰老期，在污泥消化、延时曝气应用。以细菌重量绘制的生长曲线大致分为生长率上升阶段、生长率下降阶段、内源呼吸阶段。
连续培养分为恒浊连续培养（调节进水量，使细菌浊（浓）度相同）和恒化连续培养（指营养物为限
制因子，进出培养基量相同，进水组分级反应器内营养物浓度基本不变，水处理多采用。
遗传的物质基础是核酸，含DNA的微生物的遗传物质是DNA，不含DNA，含RNA的，是RNA。 遗传物质的存在形式包括核区染色体（是遗传物质的主要载体，是遗产物质的主要形式）和质粒（是独立于染色体外携带某种特异性遗传信息的小DNA，具有特殊功能）。
DNA的结构为双螺旋结构。DNA复制方式属于半保留复制，复制后的DNA，一条链来自亲代DNA，另一条则是新合成的。 RNA的三种类型是：信使RNA（mRNA）：由DNA转录而来，最终把信息传递给蛋白质；转移RNA（tRNA）：在蛋白质表达中起转移氨基酸的作用；核糖体RNA（rRNA）：核糖体的组成部分。核糖体是蛋白质合成的主要场所。
细菌的变异：变异分为基因突变和基因重组两种情况。 基因突变：遗传物质碱基排列顺序发生改变，从而引起后代表现型发生可遗传的变化。特点：不定向、频率低、自发性、独立性、稳定性、可逆性、诱变性。突变可分自发突变和诱发突变。在废水处理中，诱发突变可以用来进行活性污泥的驯化。
基因重组：凡是把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起，使基因重新排列，形成新的性状的过程。与基因突变相比，碱基对没有发生变化，即基因本身没有变化。细菌（原核生物）常见的基因重组类型：转化（受体菌直接吸收供体菌的DNA片断）、接合（发生条件是其一细菌能产生性菌毛，质粒在两菌间转移）、转导（遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组）。 其他微生物
丝状细菌：菌体呈丝状的细菌。多数外有黏性皮鞘（相当于荚膜）。常见种类有铁细菌（化能自养，需氧）、硫磺细菌（适量硫磺细菌生长利于废水处理，但大量繁殖，会使活性污泥结构松散，沉降性下降，造成污泥膨胀。化能自养，需氧）和球衣菌（化能异样，好氧，大量繁殖效果同上）。 放线菌形态是分枝状的丝状菌体。菌丝体根据功能不同分为营养菌丝、气生菌丝和孢子菌丝。 真菌包括酵母菌（常见繁殖方式是出芽生殖）和霉菌（化能异养）。
藻类为单细胞或多细胞，含光和色素。光能自养型。包括绿藻、硅藻、金藻等。
原生动物是单细胞动物的统称。根据运动胞器将其分为肉足类、鞭毛类、纤毛类。即原生动物运动胞器为伪足、鞭毛和纤毛。
原生动物的数量在废水处理中仅次于菌胶团中的细菌，具有净化作用、促进絮凝的作用、指示作用（运行初期以植物性鞭毛虫、肉足类为主；中期以动物性鞭毛虫、游泳型纤毛虫为主；后期以固着型纤毛虫为主，表明活性污泥成熟；动物性鞭毛虫、游泳型纤毛虫等出现表明污泥结构松散，出水水质差。固着型纤毛虫如钟虫、轮虫、累枝虫等出现，表明污泥正常，出水水质好）。
后生动物指原生动物以外的多细胞动物。轮虫为水处理好的指示；线虫为净化程度差的指示；寡毛类动物如颤蚓、水丝蚓，为废水净化程度差的指示。
病毒属于微生物中唯一一类非细胞形态的微生物，专门寄生在活得敏感宿主体内。
病毒的形状有球状、杆状、蝌蚪状、冠状等。整个病毒体分两部分：蛋白质衣壳和核酸内芯，每种病毒核酸只有一种，或为RNA，或为DNA。
病毒按寄主分为：动物病毒；植物病毒；噬菌体（侵染微生物的病毒）。 病毒繁殖过程：吸附、侵入和脱壳、复制与合成、装配和释放。 微生物之间的关系：互生（可分可和，和比分好）、共生（相互依存，不可分割。地衣中的真菌和藻类）、拮抗（一种微生物产生不利于另一种微生物生存的代谢产物或者一种微生物以另一种微生物为食料）、寄生（一种微生物生活在另一种微生物体内，摄取营养生长繁殖，使后者受到损害或死亡的关系。噬菌体和细菌）。硝化作用中，硝酸盐细菌与亚硝酸盐细菌之间为互生关系。 水的卫生细菌学
能引起疾病的微生物种类主要包括病毒、细菌、原生动物等。在水处理中我们主要关注病原细菌和病毒。水中常见的病原细菌有伤寒杆菌（菌体为杆状、革兰氏染色呈阴性、不生荚膜和芽孢、周生鞭毛；60度30分钟杀死）、痢疾杆菌（菌体为杆状、革兰氏染色呈阴性，不生荚膜和芽孢、一般无鞭毛；60度10分钟杀死）、霍乱弧菌（菌体为弧状、革兰氏染色呈阴性、不生荚膜和芽孢、仅一根端生鞭毛；60度10分钟杀死）等。
水的卫生细菌学检验：主要检验两个方面内容：细菌总数和病原微生物的检验。大肠菌群作为水被病
原细菌污染的指示微生物。它的生理特性和体外的存活时间与病原菌基本一致。大肠菌群形态为杆菌、革兰氏染色呈阴性、不生芽孢，好氧或兼性。大肠菌群包括大肠埃希氏菌（大肠杆菌）、产气杆菌、枸橼酸盐杆菌、副大肠杆菌4种菌。根据其发酵糖产酸能力的不同，可以将4种菌区分开。 细菌总数测定采用平板计数法。常用检测大肠菌群方法：多管发酵法（初步发酵、平板分离、复发酵、最后求最大可能数MPN）和滤膜法。
发酵法测定大肠菌群实验中，大肠菌群发酵乳糖培养基时，溶液颜色由紫色变成黄色。 病原微生物的去除常见方法：加氯消毒（有效成分HOCl）；臭氧消毒；紫外辐射消毒。
病毒的杀灭可采用高温、干燥、紫外线、氧化剂（加氯）等。检验病毒最常用噬斑检验法。 废水生物处理中的微生物及水体污染的指示生物 脂肪在脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸。
蛋白质的转化：氨化作用（蛋白质水解为肽，肽水解为氨基酸，氨基酸脱氨基。生物体内的脱氨基有氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨等途径）；硝化作用（NH3在有氧条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用氧化为硝酸的过程）；反硝化作用（反硝化作用在缺氧条件进行，必须有有机物存在作为氢的供体，还原硝酸和亚硝酸为氨气）。硝酸盐细菌属化能自养菌，反硝化细菌属于化能异养菌。
无机硫的转化：主要通过硫化作用和反硫化作用实现。硫化作用是在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为元素硫，进而氧化为硫酸的过程称为硫化作用。反硫化细菌在缺氧，有机物存在的条件下，进行反硫化作业。
无机磷化物的转化：不溶性磷酸钙可被微生物产生有机酸和无机酸溶液。 有机磷化物在有氧条件下，被微生物作用生成H3PO4，无氧条件下，H3PO4先后被还原为H3PO3、H3PO2、PH3。
废水生物处理中的微生物根据微生物在构筑物中存在状态分活性污泥法（微生物呈悬浮状态）和生物膜法（微生物呈固着状态）。
好氧生物处理法最终产物是CO2、HNO3、H2SO4。
活性污泥法运行中微生物造成的问题包括：活性污泥不凝聚；微小絮体；起泡（由于丝状菌过量生长或反硝化引起的）；丝状菌引起的污泥膨胀；非丝状污泥引起的污泥膨胀（由于细菌产生过多菌胶团物质造成的，又称菌胶团膨胀）。
丝状膨胀的控制：溶解氧的控制（加大溶解氧浓度，防止丝状菌过量生长）；污泥负荷率的控制（过高则降低溶解氧，使丝状菌大量繁殖）；营养比例的控制（N、P营养要充足）；加氯、臭氧、过氧化氢等，可以杀死伸出活性污泥外的丝状微生物，控制膨胀；投加混凝剂，可增加污泥的絮凝作用。 好氧生物膜中微生物：普通生物滤池内生物膜微生物自内向外分布是不同的，分别是生物膜生物（以菌胶团为主，起净化功能）；膜面生物（以固着型和游泳型纤毛虫为主，起促进净化速度，提高滤池整体处理效率的功能）；扫除生物（以轮虫、线虫、寡毛类、蝇类幼虫等为主，起去除滤池内的污泥，防止污泥聚集和堵塞的功能）。生物膜微生物自上而下分布也是不同的。上层有机物浓度高，腐生细菌为主，少量鞭毛虫；中层以菌胶团、球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫为主；下层有机物浓度低，故菌胶团(自养菌为主)、固着型纤毛虫、轮虫为主。生物膜的形成有自然挂膜法和活性污泥挂膜法等。 厌氧硝化过程的机制：水解发酵阶段（水解性和发酵性细菌，生成有机酸、醇等）；产氢气乙酸阶段（产氢和产乙酸细菌，转化为乙酸，H2和CO2）；产甲烷阶段（产甲烷细菌，专性厌氧菌，途径1：将乙酸直接变为CH4和CO2；途径2：将H2和CO2转化成CH4和H2O。其中途径1占72%，途径28%）；同型产乙酸阶段（同型产乙酸细菌，将H2和CO2转变为乙酸）。
厌氧生物处理的构筑物：硝化池、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧生物滤池。 生物脱氮是硝化作用（将NH3氧化为亚硝酸盐和硝酸盐）、反硝化作用（生成氮气）的结合。 生物除磷（聚磷菌）：厌氧放磷（聚磷酸盐分解，释放磷酸，产生ATP，生成PHB）、好氧吸磷（PHB分解释放能量，用于过量吸收环境中的磷）。好氧摄取的磷比厌氧释放的磷多。 生物处理对水质的要求：酸碱度（好氧pH6.5～8.5，厌氧6.6～7.6）；温度；有毒物质；养料。
沿着河流方向形成一系列连续的污化带：多污带（溶解氧极少，甚至没有。有机物分解产生硫化氢、二氧化硫、甲烷等气体。无显花植物，鱼类绝迹。代表指示生物是细菌，都是厌氧和兼性厌氧细菌。水底污泥中含有大量寡毛类蠕虫。苍蝇幼虫）、α-中污带（水面有泡沫和浮泥。出现蓝藻和绿藻等，出现原生动物纤毛虫和轮虫，水底污泥滋生大量颤蚯蚓。栉虾）、β-中污带（藻类大量繁殖，有根的
水生植物出现，原生后生动物很多，鱼类开始出现。枣状钩虾）、寡污带（有大量浮游植物，显花植物大量出现，鱼类种类多。钟虫）。
水力学
水静力学
计算静止流体作用在平面上的总压力有图解法和解析法两种。压力的大小等于受压平面形心处的压强乘以受压面的面积。对于常见的左右对称形状的受压平面，压力的作用点在其中线上。其纵向位置由式????=????+??????确定。矩形????=12???，圆形????=64??4
??
??1
3
??
图解法以静压强分布图为基础，要求受压平面必须是矩形，且上下两边水平。液体总压力的作用线通过静压强分布体重心。压力中心距自由液面的距离为2H/3。
曲面上液体总压力可以先分解为水平（铅锤面上的水平投影，与平面液体压力问题相同）和铅锤（大小等于压力体中液体的质量ρgV。压力体与液体在同侧为实压力体，受向下力；压力体与液体在异侧，为虚压力体，受向上力）两个方向的分力分别求解，然后再将两个方向的分力合成，求出合力的大小和方向。
重力与浮力相等（必要条件），物体的重心和浮心同时位于同一铅垂线上（充分条件），潜体才会处于平衡状态。潜体在倾斜后恢复其原来平衡位置的能力，称潜体的稳定性。重心位于浮心之下称为稳定平衡；重心位于浮心之上称为不稳定平衡；重心与浮心相重合称为随遇平衡。浮体重心在浮心之上时，其平衡仍有可能是稳定的。
流线是欧拉法，迹线是拉格朗日法。 水动力学理论
伯努利方程：z+????+2??+水头损失=常数，z位置水头，位能；????压强水头，压能；z+????测压管水头，势能；2??速度水头，动能；z+????+2??总水头，总能 比托管????= 2?? ????+???? ? ????+???? = 2??
????
????
??汞???水??水??2
??
??2
??
??2
??
??
?= 2??×12.6?
均匀流断面上压强分布符合静压分布规律，各点测压管水头均相等。
总水头线总是沿程单调下降的。测压管水头线可能下降也可能上升。测压管水头线总低于总水头线，两者之间的距离反应流速水头的大小，管路细时流速大，两者距离远；管路粗时距离近，在水面较大时常忽略流速水头的影响，则总水头线与测压管水头线重合。在等值径均匀流条件下，测压管水头线与总水头线相互平行。系统中有水泵，水头线会有突然上升，总水头线的上升幅度就是水泵的扬程。管路突然扩大处测压管水头应上升，管路细处总水头线斜率大。 水流阻力和水头损失
水头损失???=沿程损失+局部损失=???+???=????2??+??2?? 沿程损失系数：层流区（L线，Re<2000，??=64/Re）、临界过渡期（T线，2000
局部水头损失发生在固体边界的形状、尺寸发生变化的流动区域。局部损失系数：突然扩大
????2
??2
???= 1???
2
2??12??1
2??
= ???1
1
??2
2??2
2
22
；突然缩小?=0.5 1? 。由水管进入水池的淹没出流，其局部??2????2??
1
??
??2
阻力系数为1；由水池进入水管的管路进口，其局部阻力系数为0.5
绕流阻力分摩擦阻力和形状阻力（也称压差阻力），形状阻力由边界层分离产生。