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西安建筑科技大学硕士论文城市污水管网水质变化特性与生物演替规律研究专业：环境科学与工程硕士生：王宝宝指导教师：金鹏康教授摘要城市污水管网作为城市污水系统的重要组成部分，传统意义上具有收集、输送城市生活污水、工业废水和雨水的功能，但近年来，人们发现污水经过长时间、长距离的输送过程中污水水质会发生不断的变化，而引起这种变化主要是由于污水管道生物膜的降解作用。论文建立了一套长1200m城市污水管网模拟管段，以模拟城市污水为研究对象，研究了管道中污水水质的沿程变化规律，并通过微小电极、扫描电镜及分子生物学技术研究了管网内壁微生物菌群沿程演替规律，分析评价了管网生物膜的pH、DO、厚度、结构及菌群构造变化情况，为城市污水管网中的微观变化提供了理论依据。在管径为25mm，流量为0.12±0.02m³/h，流速约为0.16m/s，充满度为0.6，温度为26±2℃的条件下进行模拟管段试验，保持管道中的溶解氧为0.1±0.05mg/L。结果表明管道中的溶解态有机物（SCOD）在流经1200m的管段后，平均去除率为34.0%；氮类污染物（TN）沿程平均去除率为12%，其变化主要是由于水中有机氮转化为NH3-N（NH3-N浓度沿程平均升高20.8%），以及反硝化作用造成的NO3-N转变为N2（NO3-N浓度平均降低了76.6%）；总磷的变化相对较小，与管道2-内相对稳定的缺氧环境有关；SO4沿程呈现降低的趋势，平均去除率为23.1%。微小电极分析结果表明，管网生物膜的pH变化不大，DO沿程呈现降低的趋势，生物膜厚度在初期因较大水力冲刷作用导致沿程呈现增长趋势，在800m处达到顶峰，后段因缺乏易吸收营养物质，生物膜厚度明显降低。扫描电镜分析结果表明，管网生物膜结构沿程的变化较大，初始结构表面平整，沿程结构逐渐疏松。国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07313001） 西安建筑科技大学硕士论文粗糙的生物膜结构增大了生物膜比表面积，有利于微生物生长发育，从而有效去除水中污染物质。通过PCR-DGGE生物检测技术研究了管网生物膜内的生物相，总细菌DGGE图谱表明在初始200m处管网生物膜中微生物菌群最为丰富，沿程菌群的相似性Cs值逐渐降低，表明管网内生物膜菌群沿程经过了一定的演替后，逐渐形成稳定菌群结构存在。总细菌DGGE图谱优势条带切胶测序和系统发育分析进一步表明，管网沿程拟杆菌属(Bacteroidetes)与明串珠菌属(Trichococcus)一直存在且量为最多，肠球菌属(Enterococcus)、硫单胞菌属(Thiomonas)以及芽孢杆菌属(Bacillu条带3)沿程逐渐减少，芽孢杆菌属(Bacillu)的条带8在400m处出现迅速增加随后1200m处又减少，枝芽孢菌属(Virgibacillus)与芽孢乳杆菌属(Pullulanibacillus)均有缓慢增加的趋势，Mesotoga属的嗜热菌属于新生菌群。硫酸盐还原菌DGGE图谱优势条带切胶测序和系统发育分析表明，管网沿程脱硫微菌属(Desulfomicrobium)与硫还原弧菌属(Desulfomicrobium)一直存在且量较多，脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)沿程呈现略微减少，脱硫菌属(Desulfomicrobium)呈缓慢增加趋势。关键词：污水管网；生物膜；水质变化；生物菌群；演替规律 西安建筑科技大学硕士论文CharacteristicsofwaterqualityvariationandbioticsuccessioninsewernetworksSpeciality:EnvironmentalScienceandEngineeringName:WangBaobaoInstructor:Prof.JinPengkangAbstractAstheimportantpartofurbansewagesystem，urbansewagepipenetworkhadbeenusedtocollectandtransporturbansewage,industrialwastewaterandrainwaterinthetraditionalsense,butinrecentyears,ithasbeenfoundthatthequalityofsewagewaterwillchangeconstantlyafteralongperiodandlongdistancetransporting,thischangeismainlycausedbythedegradationofthebiofilmsewers.Along-1200murbansewagepipenetworkwasbuilt,thesimulativeurbansewagewasselectedastheresearchobject,thevariationruleofsewagewaterqualityalongthepipelinewasstudied,andthepH,DO,thickness,structureandmicrobialpopulationvariationofthebiofilmwereinvestigatedthroughthemicroelectrodes,ScanningElectronMicroscopyandMolecularBiologyTechnologyalongthenetwork,totally,certaintheoreticalbasisforthemicroscopicchangesintheurbansewagepipenetworkwasprovided.Underthehydraulicconditionsof0.12±0.02m³/h,0.16m/s,fullof0.6,25mmofpipediameter,temperatureof26±2℃,simulationtestwasconducted,alsokeepingthedissolvedoxygenofpipeline0.1±0.05mg/Latthesametime.Theresultsshowedthatthedissolvedorganicmatter(SCOD)averageremovalratewas34.0%alongthepipes;theaverageremovalrateofnitrogen(TN)pollutantswas12%alongthepipeline,thechangewasmainlybecausetheorganicnitrogeninthewatertransformedintoNH3-N(NH3-Nconcentrationsrosebyanaverageof20.8%),andNO3-NwasdenitrifiedintoN2(NO3-Nconcentrationsreducedbyanaverageof76.6%);Thechangeofthetotalphosphoruswasrelativelyslight,whichwasrelatedtothestableoxygenenvironmentin 西安建筑科技大学硕士论文2-thepipe;SO4showeddeceasingtendencyalongthepipe,theaverageremovalratewas23.1%.TheresultsofmicroelectrodesshowthatthepHofbiofilmchangedlittle,DOshoweddecreasingtrendencyalongthepipe,theaveragebiofilmthicknessshowedrisingtendencyduringtheinitialperiodalongthepipebecauseofthelargehydraulicscour,andreachedthepeakat800m,duetoalackofeasyabsorptionofnutrients,thethicknessofthebiofilmdecreasedobviously.ScanningElectronMicroscopyanalysisresultsshowedthatthepipelinebiofilmstructurechangewasbiggeralongthepipe,theinitialsurfacestructureofthebiofimwassmooth,butthestructurealongthepipewasloosegradually.Roughbiofilmstructureincreasedthebiofilmspecificsurfacearea,itwasconducivedtomicrobialgrowthanddevelopment,accordingly,thewaterpollutantswereremovedeffectively.ThenetworkbiofaciesinthebiofilmwasstudiedthroughthebiologicaldetectiontechnologyofPCR-DGGE,thetotalbacteriaDGGEprofilesshowedthatthebiofilmmicrobialflorawasthemostabundantintheinitial200mpipe,theflorasimilaritiesofCsvaluereducedgraduallyalongthepipe,thisindicatedthatthebiofilmfloraexperiencedacertainsuccessionalongthepipeline,andformedstableflorastructureexistsgradually.ThetotalbacteriaDGGEgraphedgebandingrubbercuttingsequencingandphylogeneticanalysisfurtherindicatedthattheBacteroidetesandTrichococcusalongthepipelinehavebeenexitedmuchallthetime,Enterococcus,Thiomonasandband3ofBacillushoweddeceasingtendencyalongthepipe,band8ofBacilluappearedarapidincreasingin400mthenreducedat1200magain,VirgibacillusandPullulanibacillusincreasedslowly,Mesotogabelongedtonewmicroflora.SRBDGGEgraphedgebandingrubbercuttingsequencingandphylogeneticanalysisfurtherindicatedthattheDesulfomicrobium,DesulfomicrobiumandDesulfomicrobiumhavebeenexitedmuchallthetimealongthepipeline,DesulfobulbusandDesulfotomaculumdecreasedslowly,Desulfomicrobiumincreasedslowly.Keywords:sewernetworks;biofilm;thechangeofwaterquality;microbialpopulation;evolutionarychanges 西安建筑科技大学硕士论文目录1绪论..............................................................................................................................11.1城市污水管网系统概述...................................................................................11.2城市污水管网物理、生化过程.......................................................................21.2.1城市污水管网物理过程........................................................................21.2.2城市污水管网生化过程........................................................................21.3研究背景、技术路线、内容及意义...............................................................41.3.1研究背景与意义....................................................................................41.3.2技术路线................................................................................................51.3.3研究内容................................................................................................52城市污水管网研究进展..............................................................................................72.1污水管网水质变化及其模型研究进展...........................................................72.1.1污水管网水质变化研究........................................................................72.1.2污水管网水质模型研究进展................................................................82.2污水管网生物膜研究.......................................................................................92.2.1污水管道生物膜的形成........................................................................92.2.2生物膜活性研究..................................................................................102.2.3生物膜影响因素研究..........................................................................102.2.4生物膜相关模型研究进展..................................................................113试验装置与研究方法................................................................................................133.1城市污水管网模拟管段中试试验装置.........................................................133.1.1模拟依据..............................................................................................133.1.2模拟管段中试试验装置的构造主体..................................................133.1.3模拟管段中试试验装置的设计参数..................................................153.2配水方案.........................................................................................................163.3进水水质.........................................................................................................163.4试验条件.........................................................................................................163.5取样方案.........................................................................................................173.6试验方法.........................................................................................................173.6.1常规水质分析......................................................................................17I 西安建筑科技大学硕士论文3.6.2生物膜分析...........................................................................................184污水管网水质变化特性与生物演替规律.................................................................244.1污水管网污染物转化规律研究......................................................................244.1.1污染物在管网中历时变化规律...........................................................244.1.2污染物在管网中沿程变化规律...........................................................264.1.3小结.......................................................................................................294.2污水管网中生物群落演替规律研究..............................................................304.2.1污水管网中生物膜基本特性...............................................................304.2.2生物膜结构与生物菌群变化规律.......................................................324.2.3生物群落演替规律...............................................................................364.2.4小结.......................................................................................................454.3污水管网中微生物生长对污染物转化作用研究..........................................464.3.1微生物对有机物的去除情况...............................................................464.3.2微生物对营养物的降解作用...............................................................474.3.3微生物对硫酸盐的利用情况...............................................................484.3.4小结.......................................................................................................485结论.............................................................................................................................49致谢.........................................................................................................................51参考文献.........................................................................................................................52附录.........................................................................................................................58II 西安建筑科技大学硕士论文1绪论城市污水管网系统是重要的城市基础设施之一，也是城市污水系统的重要组成部分，在减少和消除合流制管道溢流、道路积水等内涝灾害上发挥着重要的作用。城市污水管网系统的首要问题是选择何种方式收集、输送、排放雨污水，因为这不仅影响污水管网熊的设计、施工、维护及管理，而且对城市整体规划和环境保护也将产生深远影响。1.1城市污水管网系统概述人类的起源是在江河附近，河流作为水源的同时也是污水的受纳水体，这也是最简单的水处理方法。随着漫长历史的进步，城市化的不断发展，城市污水系统逐渐趋于完整，其包括室内污水管道系统、室外污水管网系统、污水处理系统[1]（污水处理厂）以及受纳水体四部分。其中，室内污水管道系统主要是收集并输送污水至室外污水管网系统；室外污水管网系统通过掩埋于地下的重力流污水管道将污水输送至污水厂或受纳水体；污水处理厂根据不同来源的污水采用不同的处理工艺将污水进行处理，通过处理后的水将返回自然水体、土壤或作为再生水回用。即就是说污水管网系统的作用就是收集、输送城市生活污水、工业废水、大气降水（含雪水）径流以及其它废弃水，而污水处理厂则是对污水进行一个净[2]化作用。随着产业革命之后工业的迅速发展以及人口的集中，部分发达国家的城市化建设开始现代化污水管网系统。经过多年的建设，英国的污水管网普及率已经达到100%，在合流制和分流制管网系统共存的德国也完成了最新一轮的改善。在欧洲污水排放标准最为严格的莫斯科，已经建成了140多个污水泵站和长达7000km[3]的完全分流制污水管网。国外的发达国家普及污水管网系统的同时，对污水管网进行有效利用，在减少受纳水体污染灾害的同时充分利用了处理后的中水。而对于我国，城市污水管网的建设速度远远低于城市发展的速度，导致污水管网严重超期服役，不仅漏水、渗水现象严重，而且输送污水能力低下，甚至部分城市的污水管已变成压力流。虽然全国都在建设污水处理厂，但是他们往往只重视污水处理项目的建设，而忽视了污水管网的重要性，导致已经建好的污水处理厂的处理能力远达不到设计时的处理能力，从而遇到大量污水只能直接排放的尴尬局面。在这种传统的观念指导下，城市污水系统的各部分被看做是孤立的单个部分，1 西安建筑科技大学硕士论文随着科学的发展，人们对城市污水系统各部分的作用有了更新的认识，在城市污水管网系统将污水输送至污水处理厂的过程中污水源源不断的发生着变化，大量[4]高活性的微生物存在于污水管道管壁生物膜及污水中，微生物通过充分利用污水[5]中有机物、氮磷等营养物质，进而影响污水处理厂的进水水质。因此整个城市污水系统其实可以看作一个整体，污水管网对污水处理厂有着举足轻重的作用。1.2城市污水管网物理、生化过程1.2.1城市污水管网物理过程城市污水中包含大量悬浮颗粒物，在污水管道内流动过程中部分大颗粒物质会在重力作用下发生沉降，同时在水流剪切力作用下悬浮颗粒物之间会不断发生碰撞、摩擦等作用，一些大颗粒物质可能在水流剪切力的作用下被削减转化为小颗粒物质。目前，对于污水管道内发生的物理反应过程研究主要集中在污水中的悬浮态颗粒物在污水管道中的沉淀、冲刷扬起以及管道内水力学条件的改变对颗粒态污[3]染物形态的影响。如AshleyR.M等人对污水管道内沉淀物的来源、沉降和积累[6]特征等方面进行了一定的研究。1.2.2城市污水管网生化过程污水管道内的污染物质会发生物理沉积过程，但由于污水管道内存在种类繁多的微生物，其内部发生的生物反应过程仍是溶解态污染物去除的最主要途径，主要包括微生物对快速易降解有机物组分的吸收利用、慢速可降解有机物组分的[3]水解、氨化、硝化、反硝化脱氮、硫酸盐的还原以及微生物的增长与衰减等。污水管网内的生化过程可以分为好氧及厌氧两种过程。（1）好氧生化反应污水中的有机物在好氧条件下的转化，主要是通过异养微生物对C和O的吸收以及颗粒态有机质的水解。Raunkjaer等人研究了在长5km的污水管道内碳水化合物及蛋白质的转化，研究结果表明，初始温度及水温对溶解性糖类污染物的转化产生较大影响，悬浮性蛋白质含量随着污水管网水力停留时间的沿程而升高，[7]主要原因是悬浮态的微生物的增长及管壁生物膜脱落所致。（2）厌氧生化反应在坡度较小的管道存在无氧生化反应，此时易生物降解物质被保存下来，厌2 西安建筑科技大学硕士论文氧菌会转化生成其中一部分，同时厌氧微生物的水解作用还会产生一定量的易生物降解的物质，速率约为1~2mgCOD/h。可发酵的易生物降解有机物在厌氧条件[8]下转化为易挥发性脂肪酸，同时也是也是产甲烷菌的基质。水解稳定发酵COD增长污水输出产酸微生物CO2SO42-H2S产硫微生物发酵挥发性脂污水输入肪酸VFA增长产甲烷菌CO2甲烷生成CH4图1.1污水管网内发生的厌氧转化过程污水管道生物膜及沉积物中均含有硫酸盐还原菌，在厌氧条件下，硫酸盐还原菌利用污水中的硫酸盐等物质，将其还原为硫化氢气体，产生的硫化氢气体引起检查井口处常常散发很难闻的气味，同时也会严重腐蚀污水管网内壁、检查爬[9]梯及检查井，而且对检察人员以及污水管网清洁人员的生命健康造成极大危害。污水管网中H2S的形成主要通过以下两种途径：2-1）污水中比较常见的SO4离子，通过脱硫弧菌属、硫酸盐还原菌属等脱硫细菌把硫酸盐转化为含硫氢基蛋白质等有机物，将硫由+6价氧化态转化成-2价的还原态，反应式如下：2-+-2-SO4+8H+8e→S+4H2O(1.1)如果有溶解氧或其它的电子受体存在，此反应就不能发生。2）污水中的含硫有机物，主要指的是微生物体中的蛋白质组成成分中的含硫氨基酸，如半胱氨酸、谷胱甘肤胱氨酸、、蛋氨酸(甲硫氨酸)等，它们是组成微生[10]物蛋白质必不可少的成分。这些氨基酸的分解将会放出H2S气体。污水管网中厌氧条件下生成的H2S进入好氧的环境时，通过杆状菌属的作用下，在管道表面H2S会被氧化成H2SO4，腐蚀污水管网混凝土表面以及输送、处[11]理污水的设备及装臵的其它部分，如检查井、泵站、调节池等。3 西安建筑科技大学硕士论文1.3研究背景、技术路线、内容及意义1.3.1研究背景与意义本课题研究的―城市污水管网水质变化特性与生物演替规律研究‖是国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题―城市污水管网流量质量传递及污染物转移转化规律研究‖（课题编号：2012ZX07313-001-01）的重要组成部分。城市污水管网系统是城市基础设施的重要组成部分之一，其建设发展情况直接关系到城市的生存与发展。随着人口的增长、经济的发展以及城市化的规模加大，城市原有的污水管网系统开始面临着越来越大的威胁，管网内沉积物的淤积导致污水漫溢、管网的破损漏水引起路面凹陷以及管道内有毒有害气体易燃易爆等问题严重影响了人类居民的正常生活、学习与工作。目前，我国约有三分之一的城市污水处理厂存在碳源不足的问题，而且南方许多地区对污水排放的要求较高，需要达到一级A标准，所以南方污水处理厂的有机碳源不足的问题就更加突[12]出。碳源不足直接造成C/N比、C/P比偏低的现象，其严重影响了污水处理厂后续对污染物去除效率记忆稳定运行，而且在我国曾多次发生污水管道维护检修人员硫化氢中毒死亡事件，直接危害人体生命健康。本研究将从污水管网开始进行模拟分析污水水质在管网内部变化的原因，揭示污染物在管网流动相和沉积相之间的转移转化规律。《西安市―十二五‖城市污水全收集管网建设改造方案》中提到国家―十二五‖期间的建设目标为：到2015年，主城区污水处理率达100%；建成区的管网普及率要达到85%以上；全市污水处理率要达到95%以上，在十二五末要实现这一目标，达到全面改善城市综合环境质量，保证西安市的可持续发展，进行城市污水[13]管网改造工程建设。截止到目前为止，我们基本完成了兴建污水处理厂的目标，然而与其相配套[13]的城市污水管网的建设却远远的滞后于污水处理厂的建设。区域内雨、污水的收集、污水处理厂处理程度和设施运行的效率以及受污水体的水质污染程度都与城市污水管网的完善程度息息相关，污水管网作为污水处理厂的配套构筑物，其扮演着最重要的也是最基础的截流污水的角色，在污水处理技术已经逐渐娴熟的今天，配套管网的建设将决定了污水处理厂是否能尽其所能，是否能做到在不依赖处理工艺有多先进时而大量削减污染物，但是我国对污水管网的研究相对较少，因此，分析污水处理厂进水C/N比偏低的原因，研究城市污水在管网在污水传输4 西安建筑科技大学硕士论文过程中污染物的转移转化规律，探明管网内微生物系统的繁殖生长过程，揭示污水管网内有毒有害气体产生的机理，对后续污水管网的建设以及确保污水处理厂的稳定高效运行具有重大的意义。1.3.2技术路线试验基本思路为：对目前城市污水管网现状及研究进展进行归纳总结，根据城市污水管网中污水的流态近似于平推流，建立城市污水管网模拟管段中试试验装置。在城市污水管网中污水所发生的各种变化过程，微生物作用占主导地位，[14]即就是说污水管网与污水处理厂的本质相同，因此可以将污水处理系统的研究方法间接应用于污水管网。技术路线见图1.2。模综城实验研究各拟建合市项管立分污指研段城水质监测析水标究中市水管及进试污质网相展试水和现互验管生状生物膜监测作装网物及用臵膜图1.2技术路线1.3.3研究内容本论文通过建立城市污水管网模拟管段，研究了有机物、营养盐等溶解性污染物在管网流动相和沉积相之间的转移转化规律，考察了管网微生物系统的繁殖生长过程，揭示管网中的生化反应途径和产物形成规律，具体研究内容包括以下几点：（1）建立城市污水管网模拟管段中试试验装置，确定相关配水方案、取样方案及试验方法；（2）以模拟城市污水为研究对象，揭示城市污水管网中有机物、营养物和其它溶解性污染物的转移转化规律，并预测水质变化对污水处理厂处理效果的影响；（3）利用微电极对城市污水管网内壁生物膜的pH、DO及厚度进行监测，同时采用扫描电镜对其结构进行探索，揭示了管壁生物膜基本特性沿程的演替规律；5 西安建筑科技大学硕士论文（4）进一步采用分子生物学技术PCR-DGGE，对城市污水管网内壁生物膜进行分子生物学分析研究，考察了城市污水管网中微生物的繁殖生长、分布规律及沿程的生物菌群变化情况；（5）结合城市污水管网水质变化情况，研究了城市污水管网中微生物生长对污染物转化的影响及作用。6 西安建筑科技大学硕士论文2城市污水管网研究进展2.1污水管网水质变化及其模型研究进展对于城市污水管网的研究，传统观点认为，污水处理的开始是从污水被输送到污水处理厂之后，但随着社会的进步，科技的发展，这种传统模式的“末端处理”逐渐被一种新的模式“污水管网和污水处理厂共同处理”替代，特别是1994年IAWQ（IWA原国际水协前身）在丹麦奥尔堡召开的第一届污水管网水质转化专题会议，证实了污水管网系统是一个内部进行着各种复杂的物理、化学和生物反应的反应器，随后污水管网作为一种管道反应器受到各国城市污水管网系统越来越多的重视和研究，并且很多研究结果均表明污水管网内水质的确会发生一定[15]的变化。2.1.1污水管网水质变化研究上世纪80年代之前，污水管网的研究主要是集中在管道内颗粒物转移等水力学方面的问题，之后相关污水管网内污水的水质变化和发生的各种物理、化学和[16]生物学过程的研究才开始逐渐增多。其中Green等人以DanRegion地区为对象，通过采用SBR生物反应器模拟重力污水管道，该污水收集管网的主干管长37km，管道管径从小到大范围为600mm-2100mm，总的水力停留时间超过10h，通过在不同时间段给SBR生物反应器间歇加水以模拟实际污水管网中不同管道处的汇流，研究结果表明，COD去除率达到79%-80.8%，污水水质得到了显著改善。[7]Raunkjaer以一段5千米长的重力流污水管道为研究对象，对其中污水的BOD变化进行相关研究，结果表明，在25℃时，城市生活污水经过在该污水管道的流动后，其BOD得到了较大比例的去除，去除率达到30%～40%；香港科技大学的[17]Leung以污水管道内高盐度的生活污水为研究对象，研究结果表明该高盐度的生活污水经过1.5千米污水管道的输送后，污水中的溶解性有机碳最后降低了19%；[18]田文龙通过在污水管网中人工挂膜的模拟实验，提高了生物膜的生长条件，同时也增大了生物膜与污水的接触面积，研究结果表明，污水管道中的COD得到了相当大比例的去除，去除率达到70%。7 西安建筑科技大学硕士论文2.1.2污水管网水质模型研究进展城市污水管网污水水质模型又称水质数学模型，是利用数学来描述管网中水质的变化规律。利用污水管网的水质模型可以预测管网中污水水质，研究污水在[19]管网输送的过程中污染与自净。目前，国内外对河口、水库、河流及湖泊等水[20]体建立了不同种类的水质模型。（1）国外水质模型研究进展目前，国外大部分国家在设计污水管网时已经把污水管网看作一种处理污水的生化反应器，在设计的过程中，便有意识的将有利于污水中各污染物被微生物降解的不同参数考虑进去，从而污水在管网的输送过程中各类污染物得到一定的降解，从而大大降低下游污水处理厂的处理成本，减轻处理负荷。国际水质协会IWA以微生物反应为基础开发了活性污泥系列数学模型[21][22](ActivatedSludgeModels，ASM)，Hvitved-jacobsen和Vollertsen等人基于ASM系列模型开发了WATS(WastewaterAerobic/anaerobicTransformationinSewers)模型，其是以ASM1，ASM2为基础研发的在污水管网中水质变化模型，综合考虑了微生物好氧生长、水解反应、管道复氧和硫化氢生成等过程，但对含氮物质的转[23-24]化模拟和对生物膜的变化存在较大应用限制；Huisman等在ASM3模型的基础上，对污水管网在传输污水的过程中生物膜对污水水质的影响进行了模拟，结果表明，该ASM模型适用于污水管网中水质复杂的转化过程；（2）国内水质模型研究进展国内也有学者对污水管网内水质模型进行了研究，但均是在以ASM模型为基[25]础而进行的研究。如王西俜等人采用将细胞固定化的技术对污水管网净化污水的过程进行了模拟试验，同时对好氧、厌氧、缺氧—好氧及厌氧—缺氧—好氧4种工艺的效果进行了对比分析，结果显示通过在污水管网中将细胞固定化，并且进行适当的曝气处理，同时保证一定水力停留时间的条件下，出水悬浮物浓度和有机物浓度均达到排放标准中的二级标准，污水中有机物的去除率大于60%；江[26]峰等人研究了高盐度生活污水在污水管网输送过程中与微生物的反应，并进一步对污水水质沿程的转化进行了探究，最终建立了以高盐度生活污水为对象，其[27]在污水管网传输过程中的水质模型；黄方等人在污水管道前端设臵了高负荷生物接触氧化渠，并沿途给氧化渠内注入一定空气，相当于进行管道式活性污泥法的模拟试验，研究结果表明只要在污水管道中保持一定浓度的溶解氧和足够长的[28]水力停留时间，污染物便能得到一定程度的去除；台湾的白子易等人对城市污8 西安建筑科技大学硕士论文水管网中DO的传质过程及变化原理进行了研究，明确了DO与污水管网中污水水质变化之间的相互关系，最终建立了污水管网系统生化模型。以上这些研究结果均表明，污水管网内的污染物在污水输送过程中会发生一定程度的转移转化，从而对污水水质产生一定的影响，尤其是加强某些条件作用后，变化效果更为明显，如污水的COD、BOD的去除率会明显增加。2.2污水管网生物膜研究污水水质在污水管网系统长距离的输送过程中发生着复杂的物理、生化变化，[29]而这种变化与自然水体河流的自净具有很大的相似性，但同时也有明显的差异，在自然水体中的光照、DO、水深以及污染物传输等因素的影响作用下，污染物的微生物作用主要是通过悬浮性微生物，而在污水管网中污染物的变化主要是通过[29]附着于管壁的生物膜以及沉积于管到底部的沉积物的作用。污水管网中已存在着大量细菌，其细菌种群在有氧条件下与曝气池中微生物[30]群落类似。污水在管网输送的过程中，微生物可以附着于与任意污水接触的物体表面，这些附着的微生物经过时间的累积，慢慢会被粘稠的胞外化合物基质包埋，逐渐就构成一个功能和结构的整体，这也就是污水管网生物膜。它具有较高[31-32]的为生物活性，能够有效利用污水中的污染物。有研究表明，污水管网中的生物降解过程包括处于悬浮态的生物絮体和管道内壁生物膜对污染物的降解，而[33]且生物膜对污染物去除的贡献率要大于悬浮生物对污染物去除的贡献率，因此管道生物膜是水质变化的一个重要影响因素。2.2.1污水管道生物膜的形成城市污水管网生物膜的出现以及形成与时间具有密切的关系，对于不同来源的污水水质在污水管网中的生物膜微生物菌群、数量及其表现的群落特征也有很大的差异性。因此，将污水管网生物膜的形成变化概括起来可以划分为三个连续[18]的阶段，分别是微生物的粘附、管壁生物膜的形成、生物膜的脱落/扩散。（1）微生物的粘附原污水与污水管网接触后，水中的微生物、聚多糖及蛋白质等吸附到污水管[34]网内壁，此时，污水管网内壁表面的疏水性及电荷等表面特征发生改变，同时污水中的污染物及微生物受静电力、范德华力的相互作用，在偶极矩、氢键及色散力等理化作用力的控制下，从而发生粘附，部分粘附的微生物会分泌大量胞外9 西安建筑科技大学硕士论文[18]化合物，进而将微生物、污染物以及污水管网内壁连接在一起。（2）管壁生物膜的形成微生物发生粘附后，在水力冲刷的作用下逐渐形成复杂结构的生物膜。在其形成初期，生物膜以斑块状分布于管网内壁，随着时间的推移，微生物逐渐形成[18]菌落和细胞群体连接成片，随着微生物的不断粘附以及细菌个体增生，管壁微生物菌群逐渐趋于复杂。（3）管壁生物膜的脱落和扩散在生物膜生长期，微生物不断粘附的速度高于微生物降解的速度时，管壁的生物膜厚度就会不断的增加，当生物膜厚度增加到一定厚度时，阻止了污水中营十养基质及DO的传递，从而生物膜内部出现缺氧/厌氧区，造成NH4、H2S、CH4以及有机酸的积累。这些物质会不断的影响管壁生物膜的活性以及附着程度，甚至导致管壁生物膜的脱落，同时在水力不断地冲刷生物膜的作用下，也会引起管[18]壁生物膜的脱落。2.2.2生物膜活性研究城市污水管网管壁生物膜中的微生物具有很强分泌胞外聚合物的能力，细菌[33]细胞往往被粘质外鞘包裹，在管网生物膜中主要以细胞外化合物为主体，细菌[35]含量相对较少。Jones等发现污水管网中生物膜呈―S‖型生长，在生长初期，生物膜生物量少，随着时间的累积，生物含量逐渐维持一个相对稳定的水平。同时，发现污水管网管壁上的生物膜中的微生物通常表现出比悬浮态微生物具有更高的[36]代谢活性，生长繁殖速度和呼吸速率等都呈增强趋势。Lemmer发现污水管网管壁生物膜所显现的生物活性和菌群密度均是具有很高活性的微生物呢菌群，它们的异样活性与高负荷的活性污泥可堪媲美甚至超越他们，同时与悬浮态微生物相比而言，附着于关闭的生物膜微生物具有更好的抵抗毒性物质的作用。2.2.3生物膜影响因素研究污水管道生物膜生长环境非常复杂，且不受人为控制，众多环境因素如水质、pH、温度、水力停留时间、溶解氧以及水流流态等的变化均会影响到生物膜系统。（1）水质：含有基质、微生物种群等不同的污水，其生物膜的结构、菌群种数及群落特征等也会相差很大。（2）温度；温度对溶解氧有一定影响，温度越高，溶解氧越低，因此温度会通过影响水中的溶解氧浓度，而影响到水体复氧速率，此外，温度还会通过影响10 西安建筑科技大学硕士论文[37-38]酶的活性来影响微生物的生长代谢过程。（3）pH：Gutierrez等通过研究结果表明，当pH在8.6-9范围时，SRB的活性比正常pH（7.5-7.7）时减小了30%-50%，而产甲烷菌则完全受到抑制，这说明[39]适宜的pH对微生物生理活动是相当重要的，因此水中不同的pH情况也会影响到生物膜系统。（4）水力停留时间：水力停留时间决定污水管道的处理负荷，水力停留时间越长，处理负荷和污染物的降解速度都将会降低，出水水质有可能提高，但这势[40]必会增加污水管道的长度。（5）DO：溶解氧浓度是污染物尤其是有机污染物降解的关键因素。在好氧的条件下，污水中有机物的转化主要包括颗粒态有机物的水解及异养微生物对溶解态有机物的吸收利用，当溶解氧过低，污水管道内呈厌氧状态时，有机物的主[41]要去除途径为颗粒态有机物的水解及厌氧微生物对溶解态微生物的吸收。[42]（6）水流流态：水流流态也将对污水管道中的微生物组成产生影响。Munson的研究表明，若流速发生改变，则污水管道内的流态、管道底部的剪切力等物理因子均会随之改变，即流速的变化将对污水管道的水力条件产生影响，进而影响管道的微生物菌群的构造。流速较低时，可富集较多的微生物进而形成密实的活性较高的生物膜，从而可能获得较高的处理效率，但流速过低也可能使水流对生物膜的剪切作用不足，因而造成生物膜厚度过厚，影响到生物膜内部微生物的活性。上述研究结果表明，影响污水管道生物膜系统的因素众多，不同的因素均会对污水管道的生物膜组成、数量和活性等产生一定影响，进而影响到生物膜系统。2.2.4生物膜相关模型研究进展[14]国外很多学者以活性污泥模型为基础，建立了生物膜的相关模型，Jacobsen等通过对污水管道中好氧和厌氧过程进行综合分析，总结了悬浮微生物和管壁生物膜的好氧生长及维持能量的条件，分析了有机物质的水解、发酵以及硫化物的[43]生成和管道复氧等过程，并建立了污水管道生物动力学数学模型。Raunkjaer等通过研究表明，污水本身、管壁生物膜和管道沉积物内均包含微生物，因此生物反应过程均与其有关系，而且无论在好氧还是厌氧条件下，都会发生有机污染物[44]的生物转化，DO浓度则是易生物降解有机物去除的决定性因素；Ozer和Kasirga以一根3米长的管道为研究对象，污水在经过管道的输送后，有机物得到一定去11 西安建筑科技大学硕士论文[45]除，管壁的生物膜在其去除过程中起到了关键作用；Cao和Alaerts对一段长1.5km的混凝土污水管网内的污水水质进行了连续的监测，研究结果表明了管壁生物膜在污水传输过程中起污染物降解的作用，其中污水相中的微生物的贡献率为40%，沉淀相中的微生物的的贡献率为60%，即沉淀相中的微生物反应过程是污染物去除的重要过程。[46]国内学者主要也是以活性污泥模型为基础，如江峰等研究推出了预测污水管道中污染物迁移转换的生物膜模型，该模型可对生物膜中发生的硝化反硝化过程、硫酸盐还原过程以及微生物之间的基质竞争过程进行模拟，并用荧光标记的原位杂交技术（FISH：fluorescenceinsituhybridization）等分子生物学方法对模型[47]进行了验证，但该模型并未考虑流态对生物反应过程的影响；朱学兵等以ASM1模型和Hvitved-jacobsen模型为基础，研究了重力流污水管道内发生的生物反应过程，并对水质转化过程进行了定量描述，最后将模型应用于西安某段典型污水管道。综上所述，目前对城市污水管网系统的研究主要居中在国外，国内研究甚少，尤其是对污水中污染物的转移转化、管网内微生物系统及微生物对水质的作用研究。本课题通过建立城市污水管网模拟管段中试试验装置研究污水中污染物在沿程中的转移转化，并通过微小电极、扫描电镜、分子生物学技术PCR-DGGE，对管网内生物膜系统的结构及菌群沿程的演替规律进行研究。12 西安建筑科技大学硕士论文3试验装置与研究方法3.1城市污水管网模拟管段中试试验装置3.1.1模拟依据污水管道中污水的流态近似于平推流，所以可以将污水管网可看成一个推流式反应器（PFR），在PFR中，流体内各种组分停留时间相同，反应器内污水像塞[48]子一样依次向前推进，与实际城市污水管网流态相符。城市污水管道是长距离运输，一般用户出水到污水处理厂的水力停留时间有较大波动，为了在有限的空间里模拟出尽可能长的距离，可将管道叠放，增加模拟长度，延长水力停留时间（HRT）。城市污水管网中污水一般是重力流，污水从高处流入模型进行重力流，与实际相符。3.1.2模拟管段中试试验装置的构造主体城市污水管网模拟管段中试试验装置见图3.1，模拟管段中试试验装置主体是由PVC给水管道构成，在进水的初始2层采用有机玻璃管道，管材内壁用砂纸经过适当打磨，以控制管道沿程阻力系数及雷诺数，使其与钢筋混凝土管的粗糙度[49-50]相接近，从而保证其流动特性与钢筋混凝土管相仿。管径为25mm，总有效长度为1200m（有机玻璃管段长136m），共有35层，层与层之间通过检查井连接，整体呈螺旋状，检查井材质为有机玻璃。每层模拟管段上均设有取样点，通过阀门取得水样，为了便于观察模拟管段内水流状态，取样点两侧有活结连接的长为500mm有机玻璃管段，每节有机玻璃管段内放置尺寸L×B×H为500mm×10mm×3mm的经适当打磨有机玻璃试样片1个，作为管道生物膜附着载体，每层有2段，分别位于阀门两侧，共计有70段，取样阀门共有35个。在试验过程中，为充分模拟实际污水管道重力流的状态，利用潜污泵将1号水箱的污水提升至高度为8m的2号水箱，2号水箱底部开有直径为25mm的出水口，污水依靠重力流进入模拟管段。2号水箱采用有机玻璃材质，1号水箱材质为聚乙烯。13 西安建筑科技大学硕士论文5002号水箱7000进水50015001000流量计阀门1500取样口200层1500潜水泵35700040001号水箱出水（a）主体设计图4000透明管段透明管段200500500取样口（b）取样口及透明管段详图（c）实物图14 西安建筑科技大学硕士论文（d）取样口及透明管段（f）检查井图3.1城市污水模拟管段中试试验装置3.1.3模拟管段中试试验装置的设计参数由于城市污水管网中的污水几乎都处于非满流的状态，只有合流制的排水体制在降雨期才会有可能满流，所以为模拟实际污水中主要的运行状态，模拟装置内的污水需都处于非满流的状态，通过现场实验调试，得出最佳坡度为0.005，在实际加工时须严格控制。33模拟管段中试试验装置的设计流量为0.05m/h~0.30m/h，配套设备具体参数：（1）水箱：3a）1号水箱：数量1个，体积为1m，直径为1000mm，高度为1700mm；b）2号水箱：数量1个，尺寸500mm×500mm×500mm，内设3个挡板；3（2）离心泵：数量2台，流量均为1.0m/h，扬程20m，一用一备；（3）流量计：数量2个，直径为25mm，流量为40L/h~400L/h；（4）阀门：a）取样阀：数量35个，每层模拟管段上均设置取样口，共有35层；b）进水控制阀：数量4个，调控进水的流量及方向；（5）配电设备：一套，需设专门的配电设备，以保证反应器的正常运转。15 西安建筑科技大学硕士论文3.2配水方案[51]试验采用人工配水作为原水，其组成如表3.1所示，表3.1人工配制城市污水的组成-1-1组成c/mg·L组成c/mg·L葡萄糖200FeSO4·7H2O2NH4Cl60无水CaCl23Na2HPO4·12H2O25酵母30NaH2PO4·12H2O25尿素30KHCO350蛋白胨20NaHCO3130大豆蛋白胨20MgSO4·7H2O50胰蛋白胨20MnSO4·H2O2酪蛋白胨203.3进水水质试验采用人工配水模拟城市污水，主要水质指标如表3.2所示，包括SCOD（溶2-解态有机物）、TN（总氮）、NH3-N（氨氮）、NO3-N（硝氮）、硫酸盐（SO4）、TP（总磷）。表3.2污水水质2-SCODTNNH3-NNO3-NSO4TP指标-1-1-1-1-1-1/mg·L/mg·L/mg·L/mg·L/mg·L/mg·L数值356.8±1565.7±344.0±23.9±0.528.9±28.5±0.53.4试验条件模拟管段整个系统是在避光、室温下运行，温度变化曲线如图3.1（a）所示，同时保证系统具有良好的密封性，溶解氧变化曲线如图3.1（b）所示，由图看出试验温度为26±2℃、溶解氧为0.1±0.05mg/L。污水依靠重力流进入模拟管段，在连续运行期间，污水的流量为0.12±0.02m³/h，反应器的水力停留时间为120min，流速约为0.16m/s，充满度为0.6。16 西安建筑科技大学硕士论文0.230250.151-℃200.1T//mg·LDO150.05100020040060080010001200020040060080010001200长度/m长度/m(a)(b)图3.1温度、溶解氧变化曲线3.5取样方案反应器共设7个取样点，每个取样点对应距进水口不同距离，分别是0m、200m、400m、600m、800m、1000m、1200m。通过这7个不同取样点的阀门取得水样。生物膜是通过6个取样点两侧的透明管段中放置的生物栽片获取，对生物膜进行厚度、pH、DO、结构及生物群落检测。当模拟管段稳定运行至120d时，分别取不同模拟管段内载片上的生物膜进行结构及种群分析。3.6试验方法3.6.1常规水质分析本试验测定的水质指标采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中规定的标准方法进行分析测试，具体指标分别是SCOD(solubleCOD：0.45μm滤膜过滤)、总氮、氨氮、硝氮、总磷、硫酸盐，具体方法及分析仪器见表3.3、表3.4。表3.3各水质指标测定方法分析项目分析方法SCODCr重铬酸钾法TN碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法NH3-N纳氏试剂光度法NO3-N紫外分光光度法TP过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法2-SO4铬酸钡光度法17 西安建筑科技大学硕士论文表3.4设备/仪器型号序号设备及仪器名称型号1分析天平HR-1202分光光度仪TV-1901双光束紫外可见分光光度计3高压消解锅LDZX-30KBS立式电热压力蒸汽灭菌器4六联万用调温电炉DK-98-11电子万用炉5真空抽滤器SHB-III循环水式多用真空泵6电热鼓风干燥器DHG-9036A型电热恒温鼓风干燥箱3.6.2生物膜分析3.6.2.1生物膜厚度、pH及DO利用微电极（UnisenseDenmark）测定管壁生物膜内部的pH及DO，并由此[52-53]推断得到生物膜的厚度，pH和DO电极顶端直径均为10μm。具体分析方法是以用N2吹脱后的超纯水为基液，将管壁生物膜稳定在尼龙网上保持静止，从而使微电极穿透生物膜分析其内部环境。3.6.2.2生物膜结构及生物菌群为了进一步探明污水管网内壁生物膜结构及菌群构造的变化，采用扫描电镜对其进行监测分析。具体方法为：将附着生物膜的载片置于玻璃培养皿中，加4%的多聚甲醛，使生物膜全部浸泡于其中，固定6h以上；把固定好的生物膜于30%、50%、70%、80%、90%、100%的酒精溶液中梯度洗脱，每个浓度溶液洗脱时间为15min；将脱水的生物膜于酒精：乙酸异戊酯=1:1的溶液中置换5min，再在100%乙酸异戊酯的溶液中置换5min；把置换好的生物膜去掉上清液，转移到干净培养皿中在通风橱中风干。将风干的生物膜采用扫描电子显微镜（型号：JSM-6510LV）进行观察。3.6.2.3生物膜群落（1）样品预处理及DNA的提取将稳定运行120d后的透明管段卸取下来，把附着生物膜的栽片轻轻取出来，从其上取得生物膜，将取得的样品离心，弃滤液，得湿重样品。采用OMEGATME.Z.N.A.SoilDNAKitD5625-01试剂盒提取管壁生物膜DNA，最终得到100μLDNA溶液，置于-20℃冷冻保存。（2）基因组DNA的PCR扩增18 西安建筑科技大学硕士论文根据前期调研及试验测得溶解氧的量，本课题主要研究了总细菌和硫酸盐还原菌的群落结构多样性。硫酸盐还原菌(Sulfate-reducingbacteria，SRB)是一类能够从硫酸盐异化型还原过程中获取能量的原核微生物，具有多样的系统发育分支和生理学特性。硫酸盐还原菌包括革兰氏阴性的嗜中温SRB、革兰氏阳性的具芽孢的SRB、嗜热SRB和[54]嗜热古细菌。硫酸盐还原菌广泛的存在于厌氧环境当中，在污水管道中能腐蚀污水管网管壁的混凝土以及处理、输送污水装置的其它部分，如泵站、检查井等，造成经济损失。a）总细菌的PCR扩增将提纯到的基因组DNA作为模板进行PCR扩增。使用TP600型梯度PCR扩[55-56]增仪，采用对大多数细菌和古细菌16SrRNA基因V3区原核生物通用引物GC-338F(5-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGACTCCTCAGGGAGGCAGCAG-3)和518R(5-ATTACCGCGGCTGCTGG-3)为引物扩增基因。PCR扩增反应体系采用50μL，其组分为：5μLBuffer、4μLdNTP、2μL338F、2μL515R、32.75μL无菌超纯水、0.25μL酶Extap。扩增条件为：94℃预热9min，94℃变性30s，55℃退火30s，72℃延伸30s，30个循环，72℃延伸7min。[57]反应的产物用2%的琼脂糖凝胶电泳检测。b）硫酸盐还原菌PCR扩增对硫酸盐还原菌采用特异性引物DSRp2060F-GC(5-GC-CGCCCGCCGCGCCCGCGCCCGGCCCGCCGCCCCCGCCCCCAACATCGTYCAYACCCA[58]GGG-3)和DSR4R(5-GTGTAGCAGTTACCGCA-3)为引物扩增基因。PCR扩增反应体系采用50μL，其组分为：5μLBuffer、4μLdNTP、2μLDSRp2060F、2μLDSR4R、32.75μL无菌超纯水、0.25μL酶Extap。扩增条件为：94℃预热4min，94℃变性1min，52℃退火1min，72℃延伸1min，33个循环，72℃延伸10min。反应[59]的产物用2%的琼脂糖凝胶电泳检测。c）实验步骤：制胶：称0.6gLEAgarose于150mL锥形瓶中，加入40mL1×TAE缓冲液后于微波炉中熔化，待冷却至50℃后加入4μLGELred，然后倒入已插好样品梳的凝胶槽中，待凝固拔出梳子并将其放入1×TAE缓冲液的电泳槽中；点胶：将5μLDNA样品与1μLloadingBuffer在封口膜上混匀，然后加入凝胶的样品孔中，在样品孔前的第一个孔点5μL的Marker，最后一个孔点空白；19 西安建筑科技大学硕士论文跑胶：打开电源，设定电压120v和电泳时间30min，电泳完毕后，关闭电源，紫外成像仪上拍摄成像。（3）PCR-DGGEDGGE分子生物学技术的原理是根据组成核酸序列的不同，从而将DNA序列进行分离。对于双链DNA分子中G、C碱基之间有3个氢键连接，而A、T碱基之间有仅有2个氢键相接，基于这四种碱基的排列与组成的差异性，不同序列的DNA分子就具有不同的解链温度。碱基序列上具有差异的DNA双链解链时就需要不同的变性剂浓度，DNA双链分子在聚丙烯酰胺变性剂中电泳时，不同DNA序列根据其在凝胶中的不同位臵以及达到的链解温度才发生解链，随着链解程度的增大，部分DNA分子的迁移速度随之减小，从而在凝胶的不同位臵滞留有不同[60]的DNA序列，电泳结束后，凝胶上会形成相互分开的条带。a）DGGE所需试剂：40%丙烯酰胺：称取38.93gBis-acrylamide，1.07g甲叉双丙烯酰胺，用超纯水溶解后定容至100mL，再用0.45μm滤膜过滤（所有的设备均消毒），4℃储存于棕色瓶，保存1-2月。50×TAEBuffer：57.1mL乙酸，242gTrisbase，100mL0.5mol/LEDTA（pH8.0），加水定容1000mL。0.5mol/LEDTA：称取18.61gNa2EDTA·2H2O置于100mL烧杯中，加入80mL水，NaOH调pH至8.0，定容100mL，最后高压锅灭菌。10%APS：过硫酸铵0.1g加水1mL，用0.22μm滤膜过滤，-20℃避光保存。b）制胶：由于总细菌与硫酸盐还原菌所选择的引物不同，所对应的片段长度分别是200bp与400bp，根据DGGE的最佳适用范围（表3.5），同时结合多次试验结果，最终确定总细菌与硫酸盐还原菌合适的胶浓度分别为8%、6%，具体配制见表3.6。表3.5凝胶浓度与相对应的最佳分离片断长度凝胶浓度片段长度6%300~100bp8%200~400bp10%100~300bp20 西安建筑科技大学硕士论文表3.6不同浓度的胶及变性梯度的配制凝胶浓度8%胶6%胶变性梯度0%100%0%100%40%丙烯酰胺/mL2020151550×TAEBuffer/mL2222甲酰胺/mL040040尿素/g042042超纯水定容100mL定容100mL定容100mL定容100mLc）配胶：经过多次试验确定总细菌变性梯度范围为40%-70%，硫酸盐还原菌的为45%-70%，具体配制见表3.7。表3.7注射器中变性剂浓度的配制凝胶浓度8%胶6%胶变性梯度40%70%45%70%0%变性剂/mL8.64.88.84.8100%变性剂/mL6.411.27.211.210%APS/μL100100100100TEMED/μL10101010d）跑胶取5μLloadingBuffer点于封口膜上，加15μLPCR产物吹打混匀，然后将样品加入凝胶的样品孔中。其运行条件为：在1×TAE电缓冲液中，60℃条件下，130V预沉10min，然后80V运行12h。f）染色等待电泳完成后，依次关闭电泳槽回流泵、控温装置以及电源，待温度稍微下降（时间3~5min）后从电泳槽上拿出控温装置，然后将槽心取出并将缓冲液倒回电泳槽中，将凝胶玻璃板取下，随后一起将玻璃与凝胶放入超纯水中，小心翼翼的将凝胶从玻璃上剥离，然后放入GelRed中在黑暗环境下染色，时间大约为30min，染色结束，将凝胶放在纯水中轻轻摇荡褪色20min。g）凝胶成像TM试验采用DCodeUniversalMutationDetectionSystem(U.S.A，Bio-RADCo)凝胶成像系统，在紫外照射下成像，观察凝胶上的条带并拍照。21 西安建筑科技大学硕士论文h)切胶将观察到的优势条带用专业切胶刀切割下来进行回收。回收的条带转移到1.5mL的离心管中，用300μL的超纯水清洗3遍，然后加入50μL超纯水-20℃冷冻，在56℃解冻30min，继续-20℃冷冻，重复冻溶3次，上清液即为回收的DNA溶液，将割胶回收后的DNA溶液重新进行PCR扩增，扩增条件与之前相同，将扩增好的PCR产物寄生工生物工程（上海）有限公司测序。3.6.2.5DGGE图谱统计分析通过对DGGE条带图谱进行统计分析，讨论了管网沿程细菌种群的丰富度和相关性。其中，丰富度分析以图谱中所有的条带数为1，沿程的不同距离样品的细菌种群丰富度值为该距离样品的条带数除以图谱中的总条带数（同一位臵的条带计一条）：Rsi＝Li/LT（3.1）式中：Rsi为第i泳道的细菌种群丰富度值；Li是第i泳道上的条带数；LT为图谱中的总条带数（同一位臵的条带计一条）。相关性分析主要分析不同距离处细菌种群的相似性，通过比较相似性系数[61-62]（Cs）来分析污水管网沿程的不同阶段指纹图谱的相似性，Cs值变化范围为（0～100）。Cs=2j/（a+b）×100（3.2）式中：a，b分别代表沿程的不同距离处较清晰DGGE条带数目；j指a，b中共有的条带数目。3.6.2.6系统发育分析使用GenBank的BLAST程序，获得与管道生物膜的测序结果同源性最近的[63]序列数据，将获得的序列数据利用生物信息分析软件MEGA建立系统发育树。3.6.2.7细菌总数、氨化细菌数与反硝化细菌数的测定预处理：称取1g生物膜装入已灭菌的磨口锥形瓶中，加入超纯水100mL，加上塞子并用封口膜密封，置于摇床上振荡30min，制成均匀悬浊液。将制成的均匀-1悬浊液按10倍梯度稀释法稀释成一系列梯度，总共稀释6个梯度，分别是10、-2-3-4-5-610、10、10、10、10。细菌总数的测定用平板法。分别称取蛋白胨10g，牛肉浸膏3g，NaCl5g，琼脂18g，加纯水1000mL，调pH7.4，然后分装于2个1000mL的烧杯中，在121℃22 西安建筑科技大学硕士论文高压锅中灭菌30min，灭菌后置于无菌操作台中等待降温，当温度降为45℃左右时，在无菌操作台中快速完成倒平板。等平板凝固后，取稀释好的样品100μL涂平板，同时做3组平行样，且需用无菌水做空白对比，然后置于37±1℃恒温培养箱内培养24h，最后取出计数。氨化细菌与反硝化细菌计数采用MPN多管发酵法。制备氨化细菌培养基：蛋白胨5g，K2HPO40.5g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O0.5g，纯水1000mL，pH7.2；制备反硝化细菌培养基：KNO32g，MgSO4·7H2O0.2g，K2HPO41.0g，KH2PO41.0g，柠檬酸钠5.0g，纯水1000mL，pH7.2。将培养基配制好后装入试管中，每管装5ml，塞上硅胶塞（反硝化培养基的试管中应放入倒置杜氏发酵管，以检测气体的生成），121℃灭菌30min，每个样品需培养基18管。然后制备纳氏试剂、格里斯试剂I和Ⅱ及二苯胺试剂。将灭菌分装好的各培养基试管取出，用1mL的无菌注射器将样品的稀释液接种到培养管中，同时接种无菌水作为对照，每个样品的稀释液均接-1-2-3-4-5-6种3个培养基试管，接种的稀释梯度分别是10、10、10、10、10、10，然后在设定温度为25℃的恒温培养箱中培养。氨化细菌的检测，培养后第3天和5天检查培养基的浑浊度。培养第7天，取出培养液5滴于白瓷比色板上，加纳氏试剂两滴，检查是否出现棕褐色，确定是否产生氨。反硝化细菌的测定，培养14天后检查杜氏发酵罐中是否有气泡出现，培养液变浑浊。用纳氏试剂检查是否有氨产生；格利斯试剂Ⅰ及Ⅱ检测有无亚硝酸盐生成；用二苯胺试剂检测硝酸盐，判断反硝化作用进行情况。然后根据检测的结果结合MPN数值表计数。23 西安建筑科技大学硕士论文4污水管网水质变化特性与生物演替规律4.1污水管网污染物转化规律研究4.1.1污染物在管网中历时变化规律污水管网中主要污染物为有机物、营养物质和其他溶解性污染物，本研究主2-要关注SCOD、TN、NH3-N、NO3-N、TP及SO4的变化，图4.1为管网模拟反应器连续运行期间时各污染物的变化情况。由图4.1（a）中可以看出，管网模拟反应器进水SCOD在300mg/L~410mg/L之间，在管网内运行2h后出水SCOD降为190mg/L~310mg/L，去除率为24%~38%；（b）中TN由进水的57.79mg/L~74.78mg/L，经过2h后出水降为49.59mg/L~68.67mg/L，去除率为8%~21%；（c）中NH3-N由进水的32mg/L~50mg/L升高为45mg/L~75mg/L，升高率为10%~25%；（d）中NO3-N初始含量在2mg/L~6mg/L之间，经过2h的运行出水降为1mg/L左右，去除率为60%~80%；（e）中TP的进水浓度为7.95mg/L~9.62mg/L，经过2h后出水浓度为7.97mg/L~9.87mg/L，总磷浓2-度变化不大；（f）中SO4浓度由初始的23.1mg/L~38.5mg/L，经过2h后出水浓度降为16.8mg/L~29.4mg/L，去除率为13%~28%。500进水出水400-1300200SCOD/mg·L1000日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(a)24 西安建筑科技大学硕士论文90进水出水8070-160TN/mg·L504030日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(b)80进水出水60-140-N/mg·L3NH200日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(c)10进水出水8-16/mg·L-N43NO20日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(d)25 西安建筑科技大学硕士论文12进水出水10-18/mg·LTP64日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(e)50进水出水40-130-/mg·L2420SO100日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日日2468246810121416182022242628301012141618202224262830月月月月月月月月9999月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月99999999999101010101010101010101010101010日期(f)2-图4.1SCOD、TN、NH3-N、NO3-N、TP及SO4的浓度变化4.1.2污染物在管网中沿程变化规律4.1.2.1溶解态有机物在管网中沿程变化规律从图4.2可以看出，在室温条件下，SCOD含量沿程呈现降低趋势，平均去除率为34.0%。在流经分别为200m、400m、600m、800m、1000m、1200m的管段时，测得SCOD由初始平均浓度356.8mg/L降为313.8mg/L、293.4mg/L、273.1mg/L、260.3mg/L、249.5mg/L、235.5mg/L，平均每间隔200m去除率分别为12.1%、6.5%、6.9%、4.7%、4.1%、5.6%，可以看出在初始200m内SCOD的降低最为明显。污水管网中的生物降解过程包括两种，一是处于悬浮态的生物絮体对有机物[64]的降解，二是管道内壁的生物膜对有机物的降解，由此可以推测SCOD浓度的降低主要是由于污水管网中微生物的降解作用，同时，由于模拟管段管径、流速26 西安建筑科技大学硕士论文偏小，这为生物膜生化作用过程提供了有力条件，且配水中的碳源多为易生物降解有机物，所以在流经1200m距离的条件下，SCOD的去除率与实际相比会有所偏高。450360-1/mg·L270SCOD18090020040060080010001200长度/m图4.2SCOD在管网沿程中的变化4.1.2.2营养物在管网中沿程变化规律总氮包括无机氮和有机氮，无机氮一般包括NH3-N、NO3-N和NO2-N。实验结果表明，污水中NO2-N浓度几乎为零，因此无机氮以NH3-N和NO3-N的形式存在。从图4.3（a）中可以看出，TN沿程呈现降低的趋势，平均去除率为12%。TN初始平均浓度为67.7mg/L，在流经分别为200m、400m、600m、800m、1000m、1200m长的管段时，平均浓度降为66.2mg/L、64.8mg/L、62.4mg/L、61.1mg/L、60.1mg/L、59.6mg/L，平均每间隔200m去除率分别为2.2%、2.0%、3.7%、2.2%、1.5%、1.0%。NH3-N在污水管道内沿程呈现上升趋势，由初始平均浓度44.0mg/L，经过1200m距离后平均浓度升高为55.4mg/L，平均升高率为20.8%。在流经分别为200m、400m、600m、800m、1000m、1200m的管段时，测得NH3-N平均浓度升高为48.2mg/L、51.4mg/L、52.2mg/L、53.9mg/L、55.4mg/L，平均每间隔200m去除率分别为8.7%、6.2%、3.4%、1.9%、1.3%、1.0%，可以明显看出在初始200m距离内NH3-N的升高最为明显。NH3-N浓度升高主要是因为有机氮的氨化作用，即使可能存在NH3-N在异养菌缺氧生长的作用下而减少，但数据表明有机氮的氨化作用远远强于异养菌厌氧的消耗作用，特别是在污水开始进入管网内，大部分的有机氮都被转化为氨氮，随后的变化趋于平缓。NO3-N在污水管道内沿程呈现下降的趋势，进水平均浓度为3.9mg/L，流经27 西安建筑科技大学硕士论文1200m距离后平均浓度降为0.92mg/L，平均去除率为76.6%。沿程200m、400m、600m、800m、1000m处的浓度分别为3.0mg/L、2.7mg/L、2.3mg/L、2.0mg/L、1.3mg/L，平均每间隔200m去除率分别为22.4%、10.8%、15.7%、14.2%、31.0%、32.1%。NO3-N浓度降低说明污水管道内缺氧的环境下发生反硝化作用将NO3-N还原为[31][65]N2。由于1gNO3-N发生反硝化作用需要实际消耗2.86g的BOD5，如将本实验中SCOD近似看成BOD5，则在本次实验中，反硝化消耗的SCOD应为8.6mg/L左右，而实际SCOD的减少量为120mg/L，这说明在污水管网中除了反硝化细菌外，其他异养细菌对SCOD的去除将加剧污水处理厂进水碳源不足的问题，影响[66-67]污水处理脱氮效果。由以上TN、NH3-N、NO3-N的实验数据计算得到有机氮在污水管网内的变化，其中有机氮平均由进水的19.8mg/L降至出水的3.2mg/L，一部分溶解性有机氮发[7,68]生氨化作用，另一部分可能被微生物自身吸收利用。从图4.3（b）可以看出，TP初始平均浓度为8.57mg/L，沿程流经1200m的距离后，出水TP平均浓度为8.24mg/L，从图中可以看出TP在污水管道中的含量变化不大，可能与管网中相对稳定的缺氧环境有关，而磷的有效去除必须在缺氧/好[69]氧交替的环境才可以实现。9012TNNH3-N有机氮NO3-N-17591-/mg·L60/mg·L456有机氮-N3-N,330NONH3TN,1500020040060080010001200长度/m(a)28 西安建筑科技大学硕士论文12-19/mg·LTP630020040060080010001200长度/m(b)图4.3TN、NH3-N、NO3-N、有机氮及TP在管网沿程中的变化2-4.1.2.3SO4在管网中沿程变化规律2-从图4.4中可以看出，在模拟管段内SO4沿程呈现降低的趋势，由初始平均浓度28.9mg/L，经过1200m距离后平均浓度降低为22.3mg/L，平均去除率为23.1%，沿程200m、400m、600m、800m、1000m处的浓度分别为27.3mg/L、25.9mg/L、24.8mg/L、23.8mg/L、22.9mg/L，平均每间隔200m去除率分别为5.6%、4.9%、2-4.4%、4.3%、3.8%、2.7%。SO4含量降低主要是由于管网内硫酸盐还原菌的作用。2-2-污水进入模拟管段内，在缺氧/厌氧的环境下硫酸盐还原菌将SO4还原为S，从2-[70]而导致SO4的浓度降低。40301--/mg·L2024SO100020040060080010001200长度/m2-图4.4SO4在管网沿程中的变化4.1.3小结以人工配水为原水，在管径为25mm，流量为0.12±0.02m³/h，流速约为0.16m/s，29 西安建筑科技大学硕士论文充满度为0.6，温度为26±2℃的条件下进行模拟管段试验，维持管道中溶解氧为0.1±0.05mg/L，试验得到以下主要结论：（1）城市污水管网中的溶解态有机物（SCOD）在流经1200m的管段后，平均去除率为34.0%，进水平均浓度由356.8mg/L降为235.5mg/L。（2）氮类污染物（TN）沿程平均去除率为12%，其变化主要是由于水中有机氮转化为NH3-N（NH3-N浓度沿程平均升高20.8%），以及反硝化作用造成的NO3-N转变为N2（NO3-N浓度平均降低了76.6%）；总磷的变化相对较小，与管道内相对稳定的缺氧环境有关。2-（3）SO4沿程呈现降低的趋势，平均去除率为23.1%，由28.9mg/L降至22.3mg/L，这主要与管网内硫酸盐还原菌的作用相关。4.2污水管网中生物群落演替规律研究4.2.1污水管网中生物膜基本特性管壁生物膜生物量是微生物活性的物质基础，一定环境条件下，管壁生物膜生物量随时间和位臵而变化，相应的生物膜厚度也会随之发生变化，沿程分布规[71]律也会由于基质浓度及微生物生长速度不同而不同。模拟管段连续运行以来，在其运行30d、60d、90d及120d后分别取附着载片的生物膜利用微电极测定厚度、pH及DO。不同时期内生物膜厚度沿程的变化如图4.5所示，从图4.5中可以看出随着运行天数的增长生物膜厚度不断增加，到90d以后逐渐趋于稳定。在运行30d时，管网沿程生物膜厚度由最初的100μm，随着管道沿长在800m处达到最大厚度300μm，随后开始沿管道长度减少，在运行60d、90d、120d时，生物膜厚度分别由290μm、410μm、430μm开始沿程增加，在800m处增加到最大厚度分别是550μm、680μm、700μm，此后随距离增加逐渐降低。这主要是由于初始的水力冲刷作用较大，生物膜外层松散的结构在向外伸展的过程[11]中，水流不断地将其冲走，从而生物膜容易脱落，所以随着距离的增加生物膜厚度相应的增加，其结构也在不断的发生变化，由于在增加的过程易吸收营养物质也会源源不断地被消耗，因此在800m处厚度出现峰值，随后因管道中污水缺乏易吸收营养物质而导致生物膜厚度明显降低。30 西安建筑科技大学硕士论文100030d60d90d120d800/μm600400生物膜厚度20000200400600800100012001400长度/m图4.5不同时期生物膜厚度的沿程变化利用微电极测定生物膜pH、DO沿程的变化如图4.6所示，从图中可以看出在污水输送过程中生物膜pH值变化不大，而生物膜DO随距离的增加呈逐渐降低的趋势，平均由0.35mg/L减小为0.26mg/L，表明生物膜内的环境随着距离的增加缺氧程度逐渐加剧。0.57DOpH0.456.50.461-mg·L0.355.5pHDO/0.350.254.50.240200400600800100012001400长度/m图4.6生物膜pH、DO的沿程变化图4.7（a）是管道模拟反应器运行30d、60d、90d、120d时沿程800m处生物膜内部pH的变化，电极处于N2吹脱后的超纯水基液中时，检测线变化趋势较为稳定，当电极检测到生物膜时检测线开始发生突变，直到穿透生物膜后电极再次处于基液中时，检测线恢复平稳，从而确定生物膜厚度。从图4.7（b）中可以看出运行30d、60d、90d、120d时沿程800m处的生物膜厚度分别约为300μm、550μm、680μm、700μm，在90d时达到680μm后逐渐趋于稳定。图4.7（b）是管道模拟反应器运行30d、60d、90d、120d时沿程800m处生物膜内部DO的变化，从图中可以看出，生物膜内DO均小于0.5mg/L，这表明生物膜内部基本是一个缺氧的环31 西安建筑科技大学硕士论文境，同时可以看出DO随着生物膜厚度的增加呈逐渐降低的趋势。0260550μm680μm700μm300μm520Depth/μm780104013000306090120150时间/d(a)DO/mg·L-10.20.250.30.350.40.450.5030d60d15090d120d300Depth/μm450600750(b)图4.7生物膜厚度、pH及DO沿程变化4.2.2生物膜结构与生物菌群变化规律利用扫描电镜进一步对生物膜结构及菌群构造变化进行分析，结果如图4.8和图4.9所示。从图中可以看出，在200m、400m处生物膜表面结构平整均匀且致密，在600m、800m处生物膜表面粗糙凹凸不平且结构疏松，起伏较大，在1000m、1200m处生物膜结构进一步恶化，出现了大量的胞外聚合物，细菌细胞被粘质外鞘包裹起来，此时以各种细胞外化合物构成为主体。污水管网生物膜的表面平整状况及厚度取决于污水的组成成分和污水量，污水管网内的通风情况、生长期及营养物、溶解氧的供应情况和污水流动的速率等[30]因素有关。在污水刚进入管网内，水流流速较快，管网内生物膜厚度较薄结构32 西安建筑科技大学硕士论文致密且表面平整均匀性好，随着生物膜的堆积及初始形成生物膜的水力冲刷作用的脱落，致使沿程生物膜厚度增加，引起水流速度开始减缓，从而生物膜更易积累增厚，表面凹凸不平结构疏松。不同距离处生物膜表面都存在如孔洞或沟渠的结构，流体在生物膜内空隙通道形成对流，从而增大了局部传质系数。粗糙生物膜结构增大了生物膜比表面积，深层生物膜除依靠扩散作用得到基质外还从液相直接获得营养，这种结构有利于[72]生物膜的生长发育，从而有效去除水中的污染物质。（a）200m（b）400m（c）600m（d）800m33 西安建筑科技大学硕士论文（e）1000m（f）1200m图4.8生物膜平面结构的沿程变化（a）200m（b）400m（c）600m（d）800m34 西安建筑科技大学硕士论文1000m1200m图4.9生物膜剖面结构的沿程变化从图4.8放大5000倍的沿程平面图中可以看出，在200m处微生物呈现球状、链球状、杆状、球杆状、链杆状等形状，400m处出现弧状菌，链球状菌、链杆状菌有所减少，600m处的球状菌、杆状菌、球杆状菌可能被大量胞外聚合物包裹，800m出现了形态不规则的球状菌，链杆状菌、球杆状菌有所减少，1000m和1200m菌群以不规则形态的球状菌群为主，同时存在少量杆状菌，由于此时营养条件趋于恶劣，菌群只有通过减小个体形态、减弱繁殖能力来适应生存，随之空隙及通道也减少。具体生物种属变化情况见后面PCR-DGGE分析。对管网生物膜菌群总数采用平板计数法进行测定，结果如由图4.10所示，从图中可以看出管网生物膜中细菌的数量总体上是呈随着距离的增加逐渐减少的趋势，这是由于随着距离的增加易吸收营养物质不断被消耗减少，可被微生物利用的也减少，相应的总细菌数就会减少。图4.9生物膜剖面结构的沿程变化进一步表明生物膜厚度先增加后减小，管壁生物膜结构及菌群构造沿程变化较大。2500020000/mg1500010000细菌总数500000200400600800100012001400长度/m图4.10细菌总数的沿程变化35 西安建筑科技大学硕士论文4.2.3生物群落演替规律4.2.3.1总细菌DNA的PCR扩增将提取出的DNA进行总细菌PCR扩增，扩增出的DNA片断如图4.11所示，从图中可以看出，提取的总DNA都能满足PCR扩增的要求，而且扩增出来的条带单一明亮，目的条带大小在200bp左右，证实为扩增的目的条带。MabcdefN图4.11沿程生物膜总细菌PCR扩增产物4.2.3.2DGGE图谱的总细菌多样性统计分析取15μL的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳分析，结果如图4.12所示。从图中可以看到污水管网生物膜样品中微生物的多样性状况，以及生物膜沿程细菌种群的演变和更替。沿程不同距离处的样品均分离出不同位臵的电泳条带，且每个条带所代表的PCR产物的产量和迁移率不同，进而表征了样品中不同的优势菌群的分布。根据DGGE对不同DNA片段的分离原理，可以得知样品的PCR产物中既含有一些相同的DNA片断，也含有数种不同的DNA片断。这些分离出来的条带都是不同种类的微生物的基因的DNA片断，每个DNA片断原理上可以代表一个微生物种属，[73]条带信号越强表示该种属在污泥中的优势地位越明显。模拟管段共设有6个取样点，这6个取样点在图4.12中从左到右分别以a、b、c、d、e、f表示，对应的距离依次是200m、400m、600m、800m、1000m、1200m。图谱中不同亮带代表一种细菌种群，从图中可以看出管网生物膜中微生物种类极36 西安建筑科技大学硕士论文其丰富。abcdef图4.12PCR产物的DGGE凝胶电泳图图4.13PCR-DGGE图谱的条带分布和强度示意图通过QuantityOne软件包可以对DGGE图谱进行定量分析。图4.13是污水管网沿程生物膜的总细菌DGGE图谱泳道识别图。图中的a、b、c、d、e、f分别代表200m、400m、600m、800m、1000m、1200m处的细菌种群，泳道中的条带粗细不一，对应其在DGGE胶上的密度大小不同，密度大，则条带比较粗黑，密度[74]小，则条带比较细。图中显示共有32类条带，200m处有28类条带，依次400m、600m、800m、1000m、1200m处分别有24、23、21、21、16类条带。管网沿程生物膜DGGE图谱的丰富度及相似性分析分别见表4.1和表4.2。表4.1生物膜沿程总细菌群落丰富度值（Rs）样品abcdef条带数282423212116Rs0.8750.750.7190.6560.6560.537 西安建筑科技大学硕士论文表4.2生物膜沿程总细菌种群相似性系数（Cs）样品abcdefa10071.568.571.966.263.5b-10089.48075.675c--10081.886.482.1d--10090.586.5e----10086.5f-----100结合图4.12，图4.13与表4.1，表4.2，可以看出在初始200m处管网生物膜中微生物菌群最为丰富，此时Rs值为0.87，也说明此时微生物菌群很是丰富。沿程生物膜菌群呈现减少的趋势，由初始200m处的28种菌群减少为1200m处的16种菌群，其结果与之前的扫描电镜结果以及图4.11细菌总数沿程的变化结果相一致。丰富度Rs值沿程呈现减小趋势，同样表明沿程生物膜菌群在不断减少。f与a、b、c、d、e之间的Cs值逐渐增大，说明沿程生物膜的细菌组成逐渐趋于稳定。从图4.13可以看出，条带1、16、17、20一直存在且粗黑，以优势菌群的形式存在整个沿程中，条带3、14、21、23开始比较粗黑，随着距离的增减条带逐渐减弱变细，条带7、19比较细，但是存在于整个沿程，条带24在b、c处粗且黑，在d处减弱变细，条带27初始比较纤细，在f处逐渐变粗黑，条带32在a、b、c处粗黑，最后逐渐减弱变细，条带2只存在于b、c中，可能由于随后的环境不适应直接消失，条带7只存在于a中，最后可能由于缺乏营养物质直接消失。沿程生物膜的菌群有一定的相似性，但又有差异性，开始菌群种类丰富，随着距离的增加，易于吸收的易吸收营养物质被不断的消耗，有些优势菌群保留下来，有些菌群逐渐消失，沿程菌群演替结构之间的相似性逐渐升高形成稳定群落结构，同时表明管网生物膜中含有丰富的菌群种数。4.2.3.3总细菌系统发育分析将图4.12中的优势条带进行割胶回收，对割胶回收后的DNA溶液重新进行PCR扩增（扩增条件与之前相同），随后扩增好的PCR产物送交进行测序。测序共得到10条序列片段，再利用GenBank中的BLAST程序将测序结果与数据库中序列进行比对，从而获得各条序列的同源性信息，结果见表4.3，然后从GenBank下载到与其同源性最近的序列，使用DNAStar5.0程序的MEGA，建立系统发育树，具体结果见图4.14。38 西安建筑科技大学硕士论文表4.3总细菌的DGGE回收DNA片段序列分析结果条带登录号种属名同源性所属类群band1HM442485.1UnculturedBacteroidetes97%Bacteria;BacteroidetesBacteria;Thermotogae;Thermotogales;band2KC800693.1Mesotogainfera91%Thermotogaceae;MesotogaBacteria;Firmicutes;Bacilli;Bacillales;band3KC462923.1Bacillussp.Noryt398%Bacillaceae;Bacillusband4HQ113835.1unculturedbacterium90%BacteriaThiomonasintermediaBacteria;Proteobacteria;Betaproteobacteria;band5NR_074593.1100%K12Burkholderiales;ThiomonasBacteria;Firmicutes;Bacilli;Lactobacillales;band6KF387711.1Trichococcus100%Carnobacteriaceae;TrichococcusEnterococcussp.CCMBacteria;Firmicutes;Bacilli;Lactobacillales;band7JX948101.1100%8434Enterococcaceae;EnterococcusBacteria;Firmicutes;Bacilli;Bacillales;band8DQ993153.1Bacillusdanangensis90%Bacillaceae;BacillusBacteria;Firmicutes;Bacilli;Bacillales;band9AB441627.1Virgibacillussp.AS1090%Bacillaceae;VirgibacillusPullulanibacillussp.Bacteria;Firmicutes;Bacilli;Bacillales;band10AB719201.192%09M123Sporolactobacillaceae;Pullulanibacillus根据表4.3的同源性分析结果可以看出，条带1属于Bacteroidetes（拟杆菌门），条带2属于Mesotoga属的嗜热菌，条带3、8、9、10均属于Bacillus（芽孢杆菌属）的耐低氧细菌，条带5属于Thiomonas（硫单胞菌属），其与ThiomonasintermediaK12的同源性达到100%，条带6、7分别属于Trichococcus（明串珠菌属）与Enterococcus（肠球菌属），其分别与Trichococcus，Enterococcussp.CCM8434的同源性极高，均为100%。从图4.14所显示的亲缘关系可以看出：条带2与数据库中Mesotoga属的Mesotogainfera亲缘性很高，条带3虽然属于Bacillus（芽孢杆菌属）的耐低氧细菌，但与条带6（Trichococcus球菌属）及条带7（Enterococcus肠球菌属）之间的亲缘性最近，条带8与条带9均与数据库的Bacillusdanangensis有很高的亲缘性，同时条带8与条带9之间的亲缘性也非常近，条带10与Pullulanibacillussp.39 西安建筑科技大学硕士论文09M123，Pullulanibacillussp.09M123均有很高的亲缘性，同时与测序序列之间的3、6、7也具有很近的亲缘性，条带2与条带5分别与数据库Mesotoga（热孢菌属），Thiomonas（硫单胞菌属）亲缘性很近，对于条带1与条带4在同源性分析中和系统发育树上都难以找到与其亲缘关系比较近的种，所以与其他的亲缘性较远，这两种细菌有可能是尚未知的某种功能菌种。64band7Enterococcussp.CCM8434-JX948101.1band661Bacillussp.Noryt3-KC462923.1Trichococcus-KF387711.133band3Pullulanibacillussp.09M123-AB719201.162Virgibacillussp.AS10-AB441627.1band10Bacillusdanangensis-DQ993153.172band832band973band280Mesotogainfera-KC800693.1ThiomonasintermediaK12-NR074593.171band593unculturedbacterium-HQ113835.1band4unculturedBacteroidetes-HM442485.195band10.70.60.50.40.30.20.10.0图4.14总细菌系统发育树4.2.3.4硫酸盐还原菌DNA的PCR扩增将提取出的DNA进行特异性引物的PCR扩增，扩增出的DNA片断如图4.15所示，从图中可以看出，扩增出来的条带单一明亮，目的条带大小在400bp左右，证实为扩增的目的条带。40 西安建筑科技大学硕士论文MabcdefN500bp100bp图4.15沿程生物膜硫酸盐还原菌的PCR扩增产物4.2.3.5DGGE图谱的硫酸盐还原菌多样性分析取15μL的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳分析，结果如图4.16所示。从图中可以看到模拟管段生物膜样品中硫酸盐还原菌的多样性状况，以及生物膜沿程硫酸盐还原菌种群的演变和更替，图4.17是PCR-DGGE图谱的条带分布和强度示意图。模拟管段共设有6个取样点，这6个取样点在图4.16中分别以a、b、c、d、e、f表示，对应的距离依次是200m、400m、600m、800m、1000m、1200m。图谱中不同亮带代表一种细菌种群，从图中可以看出沿程菌群发生了一定的变化。图中显示共有28类条带，200m处有19类条带，依次400m、600m、800m、1000m、1200m处分别有19、19、19、15、16类条带。条带1、2、3、4、5、6、7这几种菌群在图中的亮度都较高，是模拟管段沿程中硫酸盐还原菌的优势菌群。管网沿程生物膜DGGE图谱的丰富度及相似性分析分别见表4.4和表4.5。41 西安建筑科技大学硕士论文abcdef图4.16PCR产物的DGGE凝胶电泳图图4.17PCR-DGGE图谱的条带分布和强度示意图表4.4生物膜沿程硫酸盐还原菌群落丰富度值（Rs）样品abcdef条带数191919191516Rs0.6790.6790.6790.6790.5360.571表4.5生物膜沿程硫酸盐还原菌种群相似性系数（Cs）样品abcdefa10072.960.968.755.651.9b-10068.473.658.868.6c--10073.770.674.3d--10070.680e----10077.4f-----100结合图4.16，图4.17与表4.4，表4.5，我们可以发现管网生物膜沿程在200m、400m、600m、800m菌群种数没有发生变化，即就是丰富度没有发生变化，但内42 西安建筑科技大学硕士论文部的种群发生一定变化，从表4.5就可以看出，沿程b、c、d、e、f样品与初始a样品的Cs值从72.9逐渐减小为51.9，沿程菌群种类发生一定变化，尤其是e、f与a的Cs值均已小于60，细菌可能由于缺乏易吸收的营养物质而逐渐消失。从f样品与a、b、c、d、e的Cs值可以看出，在1000m以后开始形菌群种数趋于稳定。从图4.17可以看出，条带4、15、17、19、21、22沿程一直存在且粗黑，在管网内以优势菌群的形式存在，条带1在b处出现后一直存在，条带2存在于整个沿程中，且在b处量最大，条带8、10分别在e、d处开始出现，随后沿程均有，条带23、24、25只存在于初始阶段，c处以后均已消失，条带26、27、28在e处没有出现，其它均有。沿程菌群具有一定的相似性，但差异性能更大，随着易于吸收的易吸收营养物质被不断的消耗，有些优势菌群保留下来，有些菌群逐渐消失，沿程菌群演替结构之间的相似性逐渐升高，在1000m以后形成比较稳定的菌群结构，同时表明管网生物膜含有丰富的硫酸盐还原菌群。4.2.3.6硫酸盐还原菌系统发育分析将图4.16中的优势条带进行割胶回收，对割胶回收后的DNA溶液重新进行PCR扩增（扩增条件与之前相同），测序共得到9条序列片段，再利用GenBank中的BLAST程序将测序结果与数据库中序列进行比对，从而获得各条序列的同源性信息，结果见表4.6，然后从GenBank下载到与其同源性最近的序列，使用DNAStar5.0程序的MEGA，建立系统发育树，具体结果见图4.18。表4.6硫酸盐还原菌DGGE回收DNA片段序列分析结果条带登录号种属名同源性所属类群Bacteria;Proteobacteria;band1AJ250473.1Desulfobulbusrhabdoformis90%Deltaproteobacteria;Desulfobacterales;Desulfobulbaceae;Desulfobulbus.band2HQ222666.1Unculturedbacterium90%BacteriaBacteria;Proteobacteria;Desulfomicrobiumband3AF418188.191%Deltaproteobacteria;Desulfovibrionales;apsheronumDesulfomicrobiaceae;DesulfomicrobiumBacteria;Proteobacteria;Desulfomicrobiumband5AB061532.191%Deltaproteobacteria;Desulfovibrionales;norvegicumDesulfomicrobiaceae;Desulfomicrobiumband6AF482460.1Desulfomicrobiumbaculatum91%Bacteria;Proteobacteria;43 西安建筑科技大学硕士论文DSM4028Deltaproteobacteria;Desulfovibrionales;Desulfomicrobiaceae;DesulfomicrobiumBacteria;Proteobacteria;Desulfobulbuspropionicusband8CP002364.190%Deltaproteobacteria;Desulfobacterales;DSM2032Desulfobulbaceae;DesulfobulbusBacteria;Firmicutes;Clostridia;Desulfotomaculumreducensband9CP000612.190%Clostridiales;Peptococcaceae;MI-1DesulfotomaculumBacteria;Proteobacteria;Desulfovibriomagneticusband10AP010904.196%Deltaproteobacteria;Desulfovibrionales;RS-1Desulfovibrionaceae;DesulfovibrioBacteria;Proteobacteria;band11JQ031012.1Desulfovibriocarbinoliphilus92%Deltaproteobacteria;Desulfovibrionales;Desulfovibrionaceae;Desulfovibrio根据表4.6的同源性分析结果可以看出，条带1、8均属于Desulfobulbus（脱硫叶菌属），条带3、5均属于Desulfomicrobium（脱硫微菌属），而条带6与Desulfomicrobium（硫还原弧菌属）同源性最近，条带9是属于Desulfotomaculum（脱硫肠状菌属）的严格厌氧菌，条带10、11均属于Desulfovibrio（脱硫弧菌属），其分别于DesulfovibriomagneticusRS-1，Desulfovibriocarbinoliphilus的同源性分别高达96%，92%。从图4.18所显示的亲缘关系可以看出：条带1（Desulfobulbusrhabdoformis）、条带2（Unculturedbacterium）、条带8（DesulfobulbuspropionicusDSM2032）、条带9（DesulfotomaculumreducensMI-1）之间的亲缘性最近，条带10、11属于脱离弧菌属的不同种，所以也具有很高的亲缘性，条带3与数据库中的Desulfomicrobiumapsheronum亲缘性较近，条带5与条带6具有较近的亲缘性，但与其他条带亲缘性较远。44 西安建筑科技大学硕士论文49band834band969unculturedbacterium-HQ222666.1band137band2DesulfobulbuspropionicusDSM2032-CP002364.152Desulfobulbusrhabdoformis-AJ250473.1DesulfotomaculumreducensMI-1-CP000612.1DesulfovibriomagneticusRS-1-AP010904.1Desulfovibriocarbinoliphilus-JQ031012.199band105684band11band362Desulfomicrobiumapsheronum-AF418188.1band5band6100DesulfomicrobiumbaculatumDSM4028-AF482460.192Desulfomicrobiumnorvegicum-AB061532.10.70.60.50.40.30.20.10.0图4.18硫酸盐还原菌系统发育树4.2.4小结（1）利用微小电极测定管网生物膜pH、DO及厚度，pH变化不大，DO沿程呈现降低的趋势，这也是引起生物膜群落结构变化的一个原因。生物膜厚度由于初始水力冲刷作用较大导致沿程呈现增长趋势，在800m处达到顶峰，后段因缺乏易吸收营养物质生物膜厚度明显降低。（2）管网生物膜结构沿程的变化较大，初始结构表面平整，沿程结构逐渐疏松，粗糙的生物膜结构增大了生物膜比表面积，有利于生物膜生长发育，从而有效去除水中污染物质。管网生物膜内菌群构造逐渐趋于以球菌为主，并存在少量的杆菌，初始菌群种数丰富，沿程逐渐减少，总细菌数呈现逐渐减少的分布特征，与扫描电镜结果一致。（3）通过PCR-DGGE生物检测技术研究了管网生物膜内的生物相，总细菌DGGE图谱表明在初始200m处管网生物膜中微生物菌群最为丰富，对应的Rs值为0.87，随后呈现逐渐减小的趋势，同样证明了此处生物膜微生物菌群最为丰富。沿程菌群的相似性Cs值逐渐降低，表明管网内生物膜菌群沿程经过了一定的演替后，逐渐形成稳定菌群结构存在。（4）总细菌DGGE图谱的测序结果和系统发育分析表明：10条DGGE优势45 西安建筑科技大学硕士论文条带序列中有4条带与Bacillus（芽孢杆菌属）的耐低氧细菌有较近的亲缘关系，2条带分别与Bacteroidetes（拟杆菌门）、Mesotoga属有较近的亲缘关系，3条带分别与Thiomonas（硫单胞菌属）、Trichococcus（明串珠菌属）、Enterococcus（肠球菌属）的同源性达到100%。管网沿程拟杆菌属与明串珠菌属一直存在且量为最多，肠球菌属、硫单胞菌属沿程逐渐减少，芽孢杆菌属中的条带9、10有增加的趋势，Mesotoga属的嗜热菌属于新生菌群。（5）硫酸盐还原菌DGGE图谱的测序结果和系统发育分析表明：9条DGGE优势条带序列中有2条带与Desulfobulbus（脱硫叶菌属）有较近的亲缘关系，2条带与Desulfomicrobium（脱硫微菌属）有较近的亲缘关系，2条带分别与Desulfomicrobium（硫还原弧菌属）、Desulfotomaculum（脱硫肠状菌属）亲缘性较高，2条带与Desulfovibrio（脱硫弧菌属）的同源性高达90%以上。管网沿程脱硫微菌属与硫还原弧菌属一直存在且量较多，脱硫叶菌属、脱硫肠状菌属沿程呈现略微减少，脱硫弧菌属呈增加趋势。（6）结合DNA测序、序列同源性分析和系统发育分析对模拟管段沿程细菌做出了种属鉴定，为城市污水管网内生物膜菌群的微观变化提供一定的理论依据。4.3污水管网中微生物生长对污染物转化作用研究4.3.1微生物对有机物的去除情况模拟管段中污水水质沿程的变化连续监测结果如表4.7所示。从表4.7中可以看出SCOD沿程降低，在开始的200m内平均减少量为39.1mg/L，随后每隔200m的平均减少量分别为20.4mg/L、20.2mg/L、12.9mg/L、10.8mg/L、16.2mg/L。结合生物膜结构、菌群构造及沿程群落演替可以发现，在模拟管段初始200m内，总细菌数21000个/mg生物膜，微生物种群最多有28种，生物膜结构呈现平整致密，此时SCOD降低的量高达39.1mg/L，由此我们推断SCOD含量的降低主要是由于管网内壁生物膜的作用。随着距离的增加易吸收营养物质不断被消耗减少，可被微生物利用的也减少，相应的总细菌数就会减少，种群逐渐减少形成稳定结构。46 西安建筑科技大学硕士论文表4.7城市污水管网沿程水质变化（mg/L）长度020040060080010001200/m298.8~410.8275.6~396.7261.7~368.3244.8~332.3227.7~325.8210.5~314.8191.4~310.7COD(352.9)(313.8)(293.4)(273.2)(260.3)(249.5)(233.3)32.91~53.3037.38~57.6240.21~59.8541.46~62.1842.26~63.8243.39~65.4444.79~66.78NH3-N(43.90)(48.18)(51.36)(52.57)(53.63)(54.59)(55.38)2.49~6.581.92~5.681.38~4.970.91~4.110.62~3.260.41~2.540.34~1.88NO3-N(3.99)(3.39)(2.74)(2.35)(1.68)(1.21)(0.92)23.14~38.5121.98~37.0820.65~33.5219.21~31.9718.11~30.8417.25~30.0216.76~29.432-SO4(28.92)(27.31)(25.98)(24.84)(23.78)(22.87)(22.25)4.3.2微生物对营养物的降解作用由表4.7可以看出，NH3-N在污水管道内沿程呈上升趋势，由初始平均43.90mg/L流经1200m距离后增加为55.38mg/L，其中初始200m管段内的最大增加量为4.28mg/L，随后每隔200m的平均增加量分别为3.18mg/L、1.21mg/L、1.06mg/L、0.96mg/L、0.79mg/L。而NO3-N进水平均浓度为3.9mg/L，流经1200m距离后平均浓度降为0.92mg/L，每隔200m的平均减少量分别为0.6mg/L、0.65mg/L、0.39mg/L、0.67mg/L、0.47mg/L、0.29mg/L。图4.19是氨化菌、反硝化菌数沿程的变化，从图中可以看出氨化细菌沿程呈现逐渐减小的趋势，在1000m以后小于500个/mg，在初始200m内氨化细菌数丰富，迅速的将污水中的有机氮氨化为氨氮，氨氮含量开始增加，随着有机氮浓度的降低，氨化细菌数逐渐减少，相应的氨氮浓度增加就变得缓慢，这与氨氮含量沿程的变化一致。而反硝化细菌随着距离的增加逐渐增多，在1000m以后达到2000个/mg，反硝化菌将污水中的硝氮转化为氮气，从而造成硝氮含量的降低，在1200m处硝氮含量相应的已经很少，所以减少的量也就相应的减少，反硝化细菌数趋于稳定。47 西安建筑科技大学硕士论文5000氨化细菌数反硝化细菌数4000/mg30002000氨化、反硝化细菌数100000200400600800100012001400长度/m图4.19氨化菌、反硝化菌的沿程变化4.3.3微生物对硫酸盐的利用情况2-由表4.7可以看出，SO4在污水管道内沿程呈现降低趋势，由初始平均28.92mg/L流经1200m距离后减少为22.25mg/L，其中初始200m管段内的最大减少量为1.61mg/L，随后每隔200m的平均增加量分别为1.33mg/L、1.14mg/L、1.06mg/L、0.91mg/L、0.62mg/L。由图4.16、4.17可以看出，硫酸盐还原菌沿程菌群种数逐渐有减少的趋势，在1000m以后仅有15种菌群，尤其在图4.18中可以明显看出，比较粗黑的条带仅有4条，条带的粗细不一样代表其在DGGE中的密度不一样，相应的含量就不同，这就说明随着距离的增加硫酸盐还原菌含量也有2-逐渐减少的趋势，最后趋于形成稳定结构，所以SO4在沿程中初始减少量相对较多，随后减少的量逐渐减小。4.3.4小结2-（1）城市污水管网中的有机物、营养物及SO4浓度的变化情况与生物膜中细菌的生命活动有关，如硫酸盐还原菌、脱硫肠状菌、脱硫单胞菌等细菌将硫酸盐、亚硫酸盐等作为电子受体，还原为硫化氢，从而引起污水管网的恶臭、腐蚀等问题。（2）通过城市污水管网管壁生物膜特性分析及SCOD与硝氮去除效率的分析可以得出，污水经过污水管网后，由于管网内壁微生物的作用会进一步降低污水的C/N比，从而加剧下游污水处理厂碳源不足的问题，影响污水处理厂脱氮除磷效果。48 西安建筑科技大学硕士论文5结论城市污水管网系统是城市基础设施的重要组成部分。论文以模拟城市污水为研究对象，建立了一套长1200m的城市污水管网模拟管段，通过模拟管段的推流式流动研究了污水水质沿程的变化特性及管网内壁微生物菌群沿程演替规律，分析评价了管网生物膜的pH、DO、厚度、结构及菌群构造变化情况，并结合生物膜分析了其对水质变化的影响及作用，得到以下主要结论有：（1）在管径为25mm，流量为0.12±0.02m³/h，流速约为0.16m/s，充满度为0.6，温度为26±2℃的条件下进行模拟管段试验，保持管道中溶解氧浓度为0.1±0.05mg/L，结果表明，污水管网中的溶解态有机物（SCOD）在流经1200m的管段后，平均去除率为34.0%，进水平均浓度由356.8mg/L降为235.5mg/L；氮类污染物（TN）沿程平均去除率为12%，其变化主要是由于水中有机氮转化为NH3-N（NH3-N浓度沿程平均升高20.8%），以及反硝化作用造成的NO3-N转变为N2（NO3-N浓度平均降低了76.6%）；总磷的变化相对较小，与管道内相对稳定的缺2-氧环境有关；SO4沿程呈现降低的趋势，平均去除率为23.1%，由28.9mg/L降至22.3mg/L，这主要与管网内硫酸盐还原菌的作用相关。（2）利用微小电极测定管网生物膜pH、DO及厚度，pH变化不大，DO沿程呈现降低的趋势，这也是引起生物膜结构变化的一个原因。生物膜厚度在初期因较大水力冲刷作用导致沿程呈现增长趋势，在800m处达到顶峰，后段因缺乏易吸收营养物质生物膜厚度明显降低。（3）扫描电镜分析结果表明，管网生物膜结构沿程的变化较大，初始结构表面平整，沿程结构逐渐疏松。粗糙的生物膜结构增大了生物膜比表面积，有利于微生物生长发育，从而有效去除水中污染物质。管网生物膜内菌群构造逐渐趋于以球菌为主，并存在少量的杆菌，初始菌群种数丰富，沿程逐渐减少，总细菌数呈现逐渐减少的分布特征。（4）通过PCR-DGGE生物检测技术研究了管网生物膜内的生物相，总细菌DGGE图谱表明在初始200m处管网生物膜中微生物菌群最为丰富，对应的Rs值为0.87，随后呈现逐渐减小的趋势，同样证明了此处生物膜微生物菌群最为丰富。沿程菌群的相似性Cs值逐渐降低，表明管网内生物膜菌群沿程经过了一定的演替后，逐渐形成稳定菌群结构存在。49 西安建筑科技大学硕士论文（5）总细菌DGGE图谱的测序结果和系统发育分析表明：10条DGGE优势条带序列中有4条带与芽孢杆菌属（Bacillus）的耐低氧细菌有较近的亲缘关系，2条带分别与拟杆菌门（Bacteroidetes）、Mesotoga属有较近的亲缘关系，3条带分别与硫单胞菌属（Thiomonas）、明串珠菌属（Trichococcus）、肠球菌属（Enterococcus）的同源性达到100%。管网沿程的拟杆菌属(Bacteroidetes)与明串珠菌属(Trichococcus)一直存在且量为最多，肠球菌属(Enterococcus)、硫单胞菌属(Thiomonas)以及芽孢杆菌属(Bacillus)的条带3沿程逐渐减少，芽孢杆菌属(Bacillus)的条带8在400m处出现迅速增加随后1200m处又减少，枝芽孢菌属(Virgibacillus)与芽孢乳杆菌属(Pullulanibacillus)均有缓慢增加的趋势，Mesotoga属的嗜热菌属于新生菌群。硫酸盐还原菌DGGE图谱测序结果和系统发育分析表明：9条DGGE优势条带序列中有2条带与脱硫叶菌属（Desulfobulbus）有较近的亲缘关系，2条带与脱硫微菌属（Desulfomicrobium）有较近的亲缘关系，2条带分别与硫还原弧菌属（Desulfomicrobium）、脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum）亲缘性较高，2条带与脱硫弧菌属（Desulfovibrio）的同源性高达90%以上。管网沿程脱硫微菌属(Desulfomicrobium)与硫还原弧菌属(Desulfomicrobium)一直存在且量较多，脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)沿程呈现略微减少，脱硫菌属(Desulfomicrobium)呈缓慢增加趋势。（6）结合DNA测序、序列同源性分析和系统发育分析对模拟管段沿程细菌2-做出了种属鉴定，城市污水管网中的有机物、营养物及SO4浓度的变化情况与生物膜中细菌的生命活动有关，如硫酸盐还原菌、脱硫肠状菌、脱硫单胞菌等细菌将硫酸盐、亚硫酸盐等作为电子受体，还原为硫化氢，从而引起污水管网的恶臭、腐蚀等问题。（7）通过城市污水管网管壁生物膜特性分析及SCOD与硝氮去除效率的分析可以得出，污水经过污水管网后，由于管网内壁微生物的作用会进一步降低污水的C/N比，从而加剧了下游污水处理厂碳源不足的问题，影响污水处理厂脱氮除磷效果。50 西安建筑科技大学硕士论文致谢三年时光匆匆而逝，转眼间我的研究生生涯即将结束，可谓恍如梦一般。三年时间的学习教会了我很多东西，在我人生的道路上留下了不可磨灭的印记，现在我论文即将完成之际，我在此对过去帮助、关心我的所有人表示最诚挚的谢意。首先要衷心感谢我的导师金鹏康教授，本论文是在金老师的悉心指导下完成的。论文从选题到最后的定稿，字里行间都凝聚着金老师的诸多心血，金老师以他渊博的知识、严谨的治学态度、丰富的理论与实践经验以及精益求精的科研作风给我们留下深刻印象，金老师不仅在学业上给予了我悉心的教导，而且在生活上给予了我无微不至的关怀和帮助，金老师的无私帮助和鼓励，催我上进，激励我认真学习，积极探索。至此论文完成之际，我对金老师表示最诚挚的敬意和最衷心的感谢！同时还要感谢金鑫、任武昂、王先宝等师兄和郭海泉、郝晓宇、王斌、焦丁、卞小珍、石山等同门，你们在我的生活和学习中给予了我无限的帮助，你们的真挚让我感受暖暖的温馨，结识你们真心是我的幸运！我还要把一份特别的感激之情献给我的父母，感谢他们多年来的养育之恩，感谢他们给予我精神和物质上的鼓励和帮助，感谢他们在我生活上和学习上的关心和支持，在此谨向你们表示衷心的感谢！最后感谢百忙之中即将审阅本论文的教授、专家和学者，感谢他们给予我学术研究的指导。51 西安建筑科技大学硕士论文参考文献[1]孙慧修,郝以琼,龙腾锐.排水工程（上）[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.[2]WarithMA,KennedyK,ReitsmaR.Useofsanitarysewersaswastewaterpre-treatmentsystems[C].WasteManagement,1998(18):235-247.[3]李茂林.基于PIV与FLUENT的排水管道流态研究[D].重庆:重庆大学硕士论文,2013.[4]VollertsenJ,Hvitved-JacobsenT,UjangZ,etal.Integrateddesignofsewersandwaste-watertreatment[J].WaterScience&Technology,2002,46(9):11-20.[5]张涛,周丹.城市排水管道污水水质的变化过程.环境科学与技术,2007,30(8):38-41[6]AshleyR,CrabtreeB,FraserA,Hvitved-JacobsenT.Europeanresearchintosewersedimentsandassociatedpollutantsandprocesses[J].JournalofHydraulicEngineering-Asce,2003,129(4):267-275.[7]RaunkjaerK,Hvitved-JacobsenT,NielsenPH.Transformationoforganicmatterinagravitysewer[J].WaterEnvironmentResearch,1995,67(2):181-188.[8]Hvitved-JacobsenT,andVollertsen.Odourformationinsewernetworks.In:OdoursinWastewaterTreatment:Measurement,ModellingandControl[J].IWA,2001,33-68.[9]詹劲基.麦海岸一起下水道口如厕硫化氢中毒的调查[J].实用预防医学,2002,3(9).[10]凌京蕾,赵压乾.我国城市污水处理现状与发展之浅见[J].环境保护,1997(10).[11]Islander,R.,Devinny,J.,Mansfeld,F.,etal.MicrobialEcologyofcrowncorrosioninsewers[J].JournalofEnvironmentalEngineering,1991,117(6):751-770[12]杨俊杰,超声波水解处理污泥作为反硝化碳源的研究[D].北京:北京市环境保护科学研院,2009.[13]《西安市中心市区排水工程详细规划》(2010-2020年).西安市市政公用局,2012.01.11.52 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