岩土师考试辅导：下水道管渠内壁生物膜的形成及其特性.docx

岩土师考试：下水道管渠内壁生物膜的形成及其特性目前普遍的看法是：城市污水系统主要是由污水收集系统（排水管网）和污水处理系统（污水厂）两局部组成，而且它们各自的功能划分非常明确，下水道管网的主要功能是收集与输送污水，而污水厂的主要功能则是净化污水实际上，城市污水系统对污水的净化并不是在污水到达污水处理厂时才开头的，从污水进入污水管网的那一刻起，污水系统对污水的净化就已经开头了，污水管网对于污水处理厂来说，其作用不仅仅只是一个“供给站”，它同时也扮演了一个巨大的中间反响器的角色，对一些排水管道内壁生物膜的大量测试说明：原污水中和下水道管内壁已存在着大量高活性的微生物，管道中的生物不断发生着细菌增殖、适应及选择等生物过程，从而在污水输运过程中诱导出活性很强的微生物群落大量讨论说明：排水管渠内外表已存在着大量微生物，其生物群落组成类似于超高负荷曝气池中的生物群落特殊是在有氧条件下，污水在管道内流行过程中，污水中的微生物几乎能够附着到全部与污水接触的固体外表，这些附生微生物往往包埋在浓稠的细胞外化合物基质中，构成一个构造和功能的整体，称之为下水道生物膜。

这层生物膜不仅能够有效的降低污水中的有机物质，而且具有较高的生物活性2.下水道生物膜的形成演化下水道生物膜的消失与时间亲密相关，不同水质的下水道中生物膜微生物的种类和数量及其表现出来的群落特征相差很大据此，将下水道生物膜的形成演化划分为以下五个连续的阶段① 附生介质（生物膜载体）外表性质的转变不同材料的污水管道与原污水接触后，水中各种物质，如各种细菌微生物、蛋白质、聚多糖等可能通过疏水作用、外表化合反响等作用吸附到下水道管网内壁，吸附速率取决于水中有机物质的含量、水流特征等发生吸附的有机物对管壁的外表粗糙度影响不大，但它们转变了管道的外表电荷和疏水性等外表特征，同时供应了细菌等微生物生长所需的养分物质，为它们发生粘附制造了有利条件② 微生物的可逆性粘附在下水道内流淌的污水中含有各种各样的微生物和有机质，受范德华力、静电力的相互作用，在氢键、偶极矩、色散力等理化作用力的掌握下，局部个体与管壁接触，进而发生粘附但这些粘附个体仍作布朗运动，在水流冲击下很简单解除粘附，处于一种不稳定的可逆粘附状态发生可逆性粘附的微生物和有机质都来源于污水中的悬浮性物质，因而水中微生物的种类和数量及其生理状态打算可逆性粘附的发生速度和发生程度。

③ 微生物不行逆粘附发生可逆性粘附后，有些粘附个体分泌大量具有粘合作用的细胞外化合物，它们将微生物、有机质和下水道管壁严密联系在一起，从而使粘附具有不行逆性微生物发生不行逆粘附是附生生物膜发育过程中的关键阶段这些经受住下水道内较高流速水力冲刷的微生物渐渐形成为构造简单的生物膜④ 外表微群落、生物膜的形成在下水道生物膜形成初期，下水道附生微生物斑块状散布在管道内壁上由于数量少，加上流淌水体源源不断的“运送”各种养分物质，微生物间不存在对养分物质和空间上的竞争，因而分裂增生速度快，形成的菌落或细胞群体连接成片，相对匀称地掩盖在管道内壁随着细菌微生物的连续粘附及粘附个体的不断增生，下水道内管壁生物群落渐渐简单化物种组成上，粘附生物种类增加，甚至在水中有机质降低到肯定程度时，原生动物也消失在膜表层；在构造上，管壁生物群落渐渐向外伸展，由突出的二维平面变为垂直的三维立体，发育良好时还消失明显的分层现象⑤ 生物膜的脱落和集中在膜的增长期内，当微生物的粘附速度超过微生物的降解速度时，粘附管壁生物量就不断增加但当膜生长到肯定厚度后，由于较大的阻力而阻挡了基质，尤其是溶解氧向其纵深的集中传递，当生物膜超过肯定厚度后，其内部将消失厌氧区。

结果膜深处的消失缺氧状况，厌氧区的消失简单造成NH4+、CH4、H2S及有机酸的积存，若这些物质不能够准时向外传递，将渐渐影响生物膜的活性和在载体外表的附着程度，甚至导致生物膜的特别脱落从而引起膜大块脱落，这种现象在养分丰富的环境中特别普遍水力冲刷也是引起生物膜脱落的重要缘由生物膜外层构造较为疏松，在向外伸展的过程中，水流不断地将其冲走，这同样使得下水道生物膜不能无限制地增厚细菌和微生物在粘附后发生各种各样的生理变化，尤其分泌的细胞外化合物的性质和数量发生变化以及细胞外酶的积存会破坏生物膜的稳定性3.下水道生物膜的物理特征下水道生物膜是一个简单的微生物系统受生长时间和环境条件的影响，其构造和组成处在不断的变化之中，所表现出来的生物和物理特征也随之转变近年来，一些学者用共焦激光扫描显微镜（CSLM）下水道生物膜的三维构造，取得较好效果下水道生物膜的厚度及外表平坦状况与水流强度有关①在坡度较大、水流流速大的下水道管段，生物膜构造致密且匀称性好，生物膜的厚度不大，外表平坦；②在坡度较小、水流平缓的下水道管段，下水道生物膜构造疏松且较大程度地向外垂直伸展，外表凹凸不平，表现出极强的异质性这主要是各类丝状微生物伸入水流中获得养分物质和氧气而充分生长的结果。

下水道生物膜的密度随水流速度增加而增大，这可能与强水流对附生物种的选择以及膜内水分被水流挤压出来等因素有关Hoehn和Ray发觉，在膜生长期生物膜的密度较大，到达临界厚度后相对稳定在一个低值此外，不同深度处的膜的密度也不一样，充分反映诞生物膜空间构造的简单性下水道生物膜的生物活性对下水道生物膜的细菌进展种群密度和酶活性测定，是一种描述下水道生物群落活性的有效而有用方法，据此可以用生物学方法有效证明下水道内污水水处理过程和效果形成下水道生物膜的细菌微生物分泌细胞外聚合物的力量很强，细菌细胞常被厚厚的粘质外鞘包裹在由这些细菌微生物形成的生物膜中，细菌占一小局部，而以各种细胞外化合物构成为主体大量讨论说明：下水道生物膜的生物量呈“S”形增长，即在生长初期，生物膜的生物量很小，随着时间延长，生物量渐渐积存并维持在一个相对稳定的水平一些学者通过测定下水道生物膜的ATP、蛋白质和脂肪含量 、电子传递、氧在生物膜内的分布、同位素示踪、同化养分基质的力量，结果发觉：附生在下水道生物膜内的微生物通常表现出比悬浮个体更高的代谢和酶活性，生长生殖速度和呼吸速率等都呈增加趋势生物膜内部，藻类、细菌和真菌等自养和异养微生物在空间上紧邻，彼此相互交换代谢产物，尤其藻类分泌的可溶性有机物为异养细菌等利用，引起微生物增生。

下水道生物膜是固定形式的膜系统，经对下水道生物膜的种群密度和生物活性的讨论，发觉其表现出来的性质与超高负荷活性污泥系统中的细菌活性相近，例如酪酶、M-和p-葡萄糖昔酶以及磷酸酶在基质转化方面，各种酶活性表现出相像的趋势然而，L-丙氨酸-氨肤酶在高负荷活性污泥中却显示出极高的基质转化率但是下水道生物膜细菌种群密度却比在二级废水处理厂高负异养菌数目高出一个数量级下水道生物膜中有兴旺的真核生物机体存在，例如粘土霉菌、各种原生动物和后生动物多年来，人们广泛应用这种生物膜系统去除碳和氮Lemmer发觉下水道生物膜所显示的种群密度和生物活性都是高活性的生物群落，它们的异养活性可与高负荷活性污泥相比甚至超出它们并且与悬浮性微生物有机体相比，那些附着在生物膜上的微生物能够更好地反抗如重金属之类的毒性物质4.利用下水道空间处理污水的展望由于城市污水管道的管径大，管道长，污水在其中有相当长的滞留时间，而下水道中污染物质降解主要是通过管壁上附着的下水道生物膜来完成假如能够通过采纳适当的技术措施增加管道内的微生物量和溶解氧的浓度，将使直接利用下水道管渠空间处理污水成为可能例如在我国的广阔山地城镇地区，生活污水水量小、分布面广，污水排放零散，不利于污水的集中处理，而目前对这些污水进展处理所需的技术和资金都很缺乏，可以通过大力开发下水道管渠处理城市污水的简易、高效、低能耗工艺，以较少的投资削减较大量的污染负荷。

另一方面，对于地形简单和污染源分散的广阔经济尚不兴旺的农村地区，假如利用下水道管渠空间处理污水，将有利于在有限的经济条件下有效地掌握水环境污染。