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城市污水管网微生物群落的演替及其对水质的影响

王斌  
【摘要】:论文以西安市城市污水为研究对象,通过1200m长的城市污水管网中试实验装置研究了污水管网内生化产物形成规律、管网生物膜结构及菌群构造变化情况,深入分析了污水管网内微生物群落的沿程演替规律,进一步评价了微生物菌群对污水水质的影响,为污水管网中污染物的降解途径提供了理论基础。在管径为40mm,流速约为0.6m/s,充满度为0.6,温度为25°C的条件下进行模拟管段中试实验,并控制管道中的溶解氧为0.3±0.05mg/L以下。污水经过1200m管网的输送后,水中TCOD、NO3-N、NH3-N以及SO42-含量均发生了变化,其中TCOD、NO3-N以及SO42-的含量分别由370mg/L、0.45mg/L以及38mg/L降至251.0mg/L、0.11mg/L以及25.3mg/L,NH3-N含量由35.8mg/L上升为42.9mg/L,这与管网中微生物作用有关。生物膜的扫描电镜分析结果表明污水管网沿程生物膜结构变化较大,初始结构表面平整,沿程结构逐渐疏松;膜表面可见球菌、丝状菌、链球菌以及杆菌等微生物,膜内部丝状菌、杆菌缠绕。通过PCR-DGGE技术研究了生物膜内的生物相,测序结果表明,10条DGGE优势条带对应微生物主要为气单胞菌属、变形杆菌属、毛球菌属、脱硫微菌属、脱硫叶菌属、微单胞菌属、螺旋菌属、厚壁菌门等。进一步通过覆盖度更高的高通量测序结果表明,随着管网距离延长,管网沿程菌群丰度和多样性沿程呈增大趋势,污水管网内绝对优势菌门有变形杆菌、厚壁菌门以及拟杆菌门,其相对丰度沿程分别呈增加、减小和不变的趋势。管网内发酵菌群主要有链球菌属、肠杆菌属、梭菌属等菌属;产氢产乙酸菌群主要有地杆菌属、暗杆菌属、史密斯氏菌属等菌属;同型产乙酸菌群有醋酸杆菌属和瘤胃球菌属两种菌属;硫酸盐还原菌群主要有脱硫叶菌属、脱硫微菌属、脱硫弧菌属等,产甲烷菌群有甲基球菌属。进一步分析评价了微生物菌群对污水水质的影响,结果表明污水经过1200m管网的输送后,蛋白质及腐殖质的含量均沿程减少,而蛋白质发生了蓝移,腐殖质则发生了红移,表明其物质的化学结构发生了改变。结合有机物的分子量分析可知污水中高分子量(蛋白质等)及部分中等分子量有机物(腐殖质)向小分子量有机物(VFA等)转化。污水的生化性分析结果表明管网中微生物改变了水中有机物的构成,将复杂大分子有机物水解成简单的小分子有机物,将不饱和性有机物转变为饱和性物质,水中难降解与慢速可生物降解有机物逐渐转向易于生物利用的基质,从而提高了污水的生化性。


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