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污水管道中生物膜的秘密

乐虎电子游戏官网 2020-06-18 25人浏览

“污水管道生物膜是污水管道生态系统的重要组成部分。对其结构,影响因素以及物质迁移和转化功能的研究对丰富污水管道认识和优化污水管道管理具有重要意义。成为科学研究。为政府决策提供支撑。”污水管道生物膜的环境功能

有益功能:污水的预处理,污水中部分COD和总氮的去除以及污水处理厂负荷的减轻。

功能不良:产生代谢产物,例如CH4和H2S,危害管道安全和人体健康;加速管道腐蚀并增加管道运行和维护成本。

污水管道生物膜的结构

物质结构:一般来说,污水管道生物膜的厚度约为1mm。污水管道生物膜由无机物质(水,无机盐)和有机物质(微生物,细胞外聚合物)组成。有机物主要是细胞外聚合物,主要是蛋白质,微生物仅占总有机物的15%,每克干重生物膜含约108-1012个微生物。

社区结构:污水管的生物膜社区结构很复杂,研究最多的是细菌和古细菌。从分类的角度来看,细菌是变形杆菌为主导的细菌,拟杆菌,厚壁细菌和放线菌也广泛分布。从功能性细菌的角度来看,发酵菌主要包括毛球菌和梭菌,产乙酸产乙酸的菌主要包括Veillonella和厌氧线菌,反硝化菌主要包括红细菌和脱氯单胞菌,硫酸盐还原菌主要包括脱硫微生物和脱硫细菌,硫氧化细菌主要包括鞘氨醇单胞菌和嗜酸杆菌,产甲烷古细菌是甲烷菌属和甲烷菌属。

污水管道生物膜的影响因素

a)污水管道运行模式

运行模式对以溶解氧为核心的污水管道生物膜的影响在污水中的影响。以最常见的重力流管和压力流管为例(图1)。由于污水上方存在空气,通风良好的重力流管道具有较高的溶解氧。管道生物膜的表面主要是需氧细菌,内层主要是缺氧细菌和厌氧细菌。由于通风不良的重力流管道的弱复氧过程,污水中的长期溶解氧低于0.5 mg / L。形成的管道生物膜主要由缺氧细菌和厌氧细菌组成。压力流管道中充满污水,再氧化过程中没有空气。管道环境基本上处于厌氧状态,形成的生物膜基本上是厌氧细菌。

b)污水水质在污水运输过程中,由于管道生物膜和悬浮微生物的降解,水质逐渐变化,进而改变了管道生物膜的群落结构。在通风不良的管道中,随着管道长度的增加,污水中的溶解氧逐渐减少,管道环境逐渐向缺氧和厌氧方向发展,生物膜中产甲烷的古生菌和减少硫酸盐的细菌的含量逐渐增加。 。在通风良好的管道中,沿管道方向的管道中溶解氧的变化相对较小,并且由于生物膜纵向厚度中溶解氧的变化而引起的生物膜群落结构差异显着。污水的总体pH值相对不变,但是局部微环境中的pH值变化将显着改变局部生物膜群落结构。管道腐蚀领域有许多相关研究。

c)剪切应力

在管道中的污水流过期间,管壁处的流体剪切应力对生物膜有显着影响。为了防止管道积聚,重力流污水管道一般需要保持污水流速为0.6-0.75m / s,相应的剪应力为1-2N / m2左右。一般来说,低剪切应力的环境容易形成管道沉积物,并促进生物膜的形成;高剪切应力的环境易于减少生物膜中的微生物多样性,并减慢生物膜的生长过程。

d)其他

管子对生物膜也有很大的影响。一般而言,世界上使用最广泛的排污管是混凝土管和塑料管。塑料管的用途越来越广泛,因为在耐腐蚀性和运输安装成本方面,它们明显优于混凝土管。但是,混凝土管道中生物膜的H2S氧化速率比塑料管道高约2个数量级。用塑料管代替混凝土管可能会增加管中H2S的浓度并改变生物膜群落结构。尽管这种管道的更换减少了管道运输安装的建设成本以及管道腐蚀的运营和维护成本,但仍可能增加管道中硫化氢的积累。污水停留时间和A / V(润湿面积/污水量)对减少硫酸盐的细菌和产甲烷古菌有一定的影响。物质的迁移转化

a)有机物

污水中的有机物可以在管道生物膜和悬浮微生物的作用下逐渐降解为挥发性脂肪酸,CH4和CO2。其中,管道生物膜甲烷化的过程非常值得关注。一般而言,微生物的甲烷化过程有三种途径,即乙酸型,甲醇型和CO2型。污水管道的生物膜主要通过乙酸型路径产生甲烷,而最主要的产甲烷菌是甲烷菌和甲烷菌(图2)。通常,在具有高COD,长水力停留时间和高A / V的厌氧/厌氧管道中,管道甲烷生成过程更可能发生。因此,应特别注意通风不良且流速缓慢的重力流管和压力流管中产生甲烷的风险。大量研究探索了添加化学试剂来控制管道甲烷生成过程的方法,例如添加碱,铁盐,氮氧化物和氧气。其中,在压力流管道中添加碱,铁盐和硝酸盐是一种更有效,安全的控制管道甲烷生产的措施。在重力流管道中,保持较高的污水流量并保持良好的管道通风是一种较好的长期控制方法。

b)硫

污水中的硫酸盐可通过厌氧条件下的硫酸盐还原细菌还原为H2S,然后将H2S通过硫氧化细菌氧化为元素硫和硫酸盐。 H2S气体是一种有恶臭的有毒气体。由其氧化形成的硫酸可以加速管道的腐蚀。排污管中最常见的硫酸盐还原菌是脱硫微生物,脱硫细菌和脱硫尿单胞菌,而最常见的硫氧化细菌是嗜酸杆菌属,硫杆菌和硫杆菌属(图3)。在高温,长水力停留时间和高COD浓度的管道中,更容易大量生产H2S。可以通过增强管道通风,增加管道坡度和减少化粪池来减少产生的H2S量。此外,添加硝酸盐,亚硝酸盐,碱金属,铁盐和氧气都会减少管道中H2S的输出,而添加碱金属以提高污水的pH值是最有效的控制方案。但是,从长远来看,优化管道设计和施工水平,保持良好的管道通风和减少污水的停留时间是更好的控制方法。

c)氮

排污管道的生物膜中存在氮循环功能细菌,例如反硝化细菌和固氮细菌(图4)。污水处理设施中常见的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌在污水管道的生物膜中含量较低,这主要是由于整个管道的低氧环境以及污水中丰富的有机物增强了快速生长的异养性类型细菌的繁殖逐渐消失,而自养性氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌逐渐被消除。污水管道中可能会发生大量的反硝化过程,以去除污水中的部分硝酸盐。宏基因组测序的结果还证明,污水管道生物膜中的反硝化功能基因是所有氮循环功能基因中最丰富的。然而,与对有机物降解和硫代谢的研究相比,目前对污水管氮循环的研究仍明显不足。

d)新的微污染物

污水管道中的一些新的微污染物(包括一些生物标志物,抗性基因和人工纳米材料等)具有迁移和转化过程。一些基于污水的流行病学研究研究了污水管道中药物,烟草和酒精等生物标志物的变化过程,并得出了可预测该地区人口使用药物,烟草和酒精的结论。良好的预测效果。污水管道中的生物膜含有大量的抗性基因,这是抗性基因的源和汇之一,并具有潜在的安全隐患。污水管道生物膜的代谢过程中会产生大量的代谢物,例如硫化物,半胱氨酸和组氨酸,这些代谢物会与污水中的人工纳米材料复合,影响其在环境中的迁移和转化行为。展望

现有管道生物膜的结果主要基于实验室规模的稳定流态研究,而实际上大多数污水管道都在改变流态。流动状态的变化会引起剪切应力的变化,从而影响管道生物膜的特性。因此,未来的研究应注意流体状态变化对管道生物膜的影响。

近年来,将动力学模型应用于污水处理反应器的研究,取得了良好的模拟效果,可进一步应用于管道生物膜的模拟研究。

关于污水管道中生物膜对氮和新污染物的迁移和转化的研究仍然不足,需要进一步研究。

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