城市污水管網(wǎng)的規(guī)律

城市污水管網(wǎng)的規(guī)律城市污水管網(wǎng)是一個(gè)收集、運(yùn)輸城市污水的系統(tǒng)，是城市水利基建的重要組成部分然而，污水在管網(wǎng)內(nèi)的運(yùn)輸過程中水質(zhì)發(fā)生了變化，生化需氧量、化學(xué)需氧量會有不同程度的變化,溶解性有機(jī)碳也存在著降低的現(xiàn)象同時(shí)，在污水運(yùn)輸過程中，還發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)的管壁上有生物膜的形成,由此人們開始關(guān)注污水管網(wǎng)中微生物對水質(zhì)的改變作用在城市污水管網(wǎng)中，由于污水中含有揮發(fā)性脂肪酸等物質(zhì)，為產(chǎn)甲烷過程提供了物質(zhì)基礎(chǔ)先前研究發(fā)現(xiàn)，在管網(wǎng)中，確實(shí)有的產(chǎn)生管網(wǎng)中的產(chǎn)生對管網(wǎng)的運(yùn)行管理和污水處理帶來極大的隱患是一種溫室氣體，管網(wǎng)中的排放到空氣當(dāng)中會加劇溫室效應(yīng)當(dāng)管網(wǎng)內(nèi)濃度超過時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)管網(wǎng)內(nèi)的產(chǎn)生會帶走一部分、這不利于后續(xù)污水處理廠的生物脫氮除磷的過程4因此管網(wǎng)中的產(chǎn)生是值得關(guān)注的問題的產(chǎn)生與管網(wǎng)中的產(chǎn)甲烷菌有關(guān)，因此研究管網(wǎng)中的產(chǎn)甲烷菌也具有重要意義然而，目前對管網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)甲烷菌的演替規(guī)律了解甚少基于此，本文通過建立一套管道系統(tǒng)，對污水管網(wǎng)內(nèi)沿程變化及產(chǎn)甲烷菌的分布特性進(jìn)行研究，并探明Y產(chǎn)甲烷菌可利用基質(zhì)與產(chǎn)甲烷菌分布之間的關(guān)系材料與方法實(shí)驗(yàn)條件和原水水質(zhì)反應(yīng)器為城市污水模擬管網(wǎng)反應(yīng)器，以西安市城市污水作為原水，在室溫下運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)溫度為土），為土，密封性良好管網(wǎng)沿程的溶解氧為土?-沿程變化不大，總體變化趨勢為沿程降低，且由于管網(wǎng)始端和末端暴露在空氣中，溶解氧相對含量較高，溶解氧沿程變化如圖所示圖管網(wǎng)沿程中溶解氧的變化在反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行期間，通過控制管網(wǎng)坡度為％。和污水充滿度，來使污水流速為?-水力停留時(shí)間為污水依靠重力進(jìn)入模擬管段在反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行期間，原水的水質(zhì)狀況如表所示水質(zhì)指標(biāo)coD/mg-L-1NH\-N/mg-L--TN/mg-L_1TPJmg-L-'數(shù)值3-5數(shù)值3-50^37035-4342-487.2-8.5表城市污水管網(wǎng)中的水質(zhì)特性取樣方法在的管網(wǎng)系統(tǒng)中選取個(gè)取樣點(diǎn)，其中選取原水作為處的取樣點(diǎn)，然后一次在分別選取和處作為剩余的個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)分析，分析指標(biāo)包括、氨氮、總氮、總磷等常規(guī)指標(biāo)及發(fā)酵產(chǎn)物對于生物分析所需要的生物膜樣品采集，以o和作為生物膜取樣點(diǎn)首先將個(gè)位置的管段兩端的活結(jié)松開，取下管段，將管段里的有機(jī)玻璃條取出，用無菌棉簽將適量的生物膜從有機(jī)玻璃載體上刮入一次性培養(yǎng)皿中并將培養(yǎng)皿蓋好，然后立即放入裝有干冰的保溫盒并送至實(shí)驗(yàn)室℃保存分析方法乙酸分析水樣分析之前用的磷酸將水樣的調(diào)節(jié)到左右，再將水樣用p濾膜過濾分析儀器為氣相色譜儀日本島津氫火焰離子化檢測器，色譜柱為XpX升溫程序：初始柱溫℃保持，以0?的速度升至℃保持，再以℃-升至℃保持進(jìn)樣口溫度℃,檢測器溫度℃,進(jìn)樣量p作為載氣和補(bǔ)償氣，速率均為-速率為?n空氣為-甲醇分析測定甲醇和乙醇的濃度選用方法為氣相色譜法，進(jìn)樣方式為頂空進(jìn)樣分析儀器為氣相色譜儀日本島津，色譜柱為XpX,檢測器，并配有頂空自動進(jìn)樣器升溫程序：℃保持，以℃?的速度升至℃，保持，以℃?的升溫速度升至℃進(jìn)樣口溫度為℃,檢測器溫度為℃載氣流量為-分流比：頂空自動進(jìn)樣器條件：加熱平衡溫度為0,加熱平衡時(shí)間取樣針溫度為℃進(jìn)樣體積甲酸分析分析儀器選用液相色譜儀日本島津，色譜柱為分析儀器選用液相色譜儀日本島津，色譜柱為XXp）紫外檢測器，波長設(shè)置為流動相為-:甲醇體積比為：）用磷酸調(diào)節(jié)到流速設(shè)置為-，柱溫℃，進(jìn)樣體積p甲胺分析

甲胺濃度采用液相色譜法進(jìn)行測定上機(jī)測樣之前對樣品進(jìn)行衍生化處理，并用柱進(jìn)行固相萃取分析儀器選用液相色譜儀日本島津，色譜柱為（Xp）紫外檢測器，波長設(shè)置為流動相為乙腈：水體積比為：0流速設(shè)置為-,柱溫℃,進(jìn)樣體積p分析的測定選用氣相色譜法，分析儀器為氣相色譜儀日本島津檢測器為熱導(dǎo)檢測器，色譜柱型號為填充柱柱溫設(shè)置為℃,保持作為尾氣，流速為-作為載氣，流速為-使用標(biāo)準(zhǔn)氣體混合氣校準(zhǔn)，其組分為、、以及其他水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)中、+和的測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法提取和擴(kuò)增采用提取試劑盒對生物膜樣本中的進(jìn)行提取，提取方法按照試劑盒制造商提供的方法使用說明書進(jìn)行對于產(chǎn)甲烷菌基因片段的擴(kuò)增，選用特異性引物Pg加無菌水至℃延伸，T反應(yīng)體系Pg加無菌水至℃延伸，PL引物各pL聚合酶PL模板P條件：℃預(yù)變性，℃變性，℃退火個(gè)循環(huán)，最后C延伸瓊脂糖凝膠電泳檢測產(chǎn)物產(chǎn)甲烷菌高通量測序用凝膠回收試劑盒切膠回收產(chǎn)物，洗脫，并用瓊脂糖電泳檢測參照電泳初步定量結(jié)果，將產(chǎn)物用藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)公司進(jìn)行檢測定量，之后按照每個(gè)樣本的測序要求，進(jìn)行相應(yīng)比例的混合用試劑盒對混合物進(jìn)行擴(kuò)增，擴(kuò)增后的混合物按照平臺的標(biāo)準(zhǔn)方法，在平臺上進(jìn)行上機(jī)測序結(jié)果與分析管網(wǎng)系統(tǒng)中氣體的產(chǎn)生圖中展現(xiàn)Y管網(wǎng)中的含量的變化趨勢，結(jié)果表明含量較低均在以下，遠(yuǎn)小于，所以管網(wǎng)內(nèi)甲烷化程度較低從中可以看出，在管網(wǎng)中的變化規(guī)律是沿程增加的在處，沒有的產(chǎn)生，這可能由于在管網(wǎng)始端，污水中溶解氧含量較高，不適合產(chǎn)甲烷菌富集生長，此外污水中的有機(jī)物質(zhì)以大分子有機(jī)物為主，這些大分子有機(jī)物質(zhì)無法被產(chǎn)甲烷菌直接利用隨著管網(wǎng)沿程距離的不斷增加，管道內(nèi)的含量也不斷升高，在處達(dá)到最大值，其含量為含量沿程升高，這是由于管道內(nèi)的

水解發(fā)酵過程使得大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酸等小分子物質(zhì)，產(chǎn)甲烷菌得以不斷利用乙酸等可利用基質(zhì)，使得在管網(wǎng)中不斷產(chǎn)生并得到積累，故管網(wǎng)中的含量隨之升高圖管網(wǎng)沿程中含量的變化管網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的沿程分布特性管網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的構(gòu)成及多樣性分布表反映了管網(wǎng)中產(chǎn)甲烷菌的構(gòu)成及其相對豐度情況，從中可以看出，管網(wǎng)中檢測到的產(chǎn)甲烷菌共有種，其中甲烷八疊球菌屬、廣古菌門中的菌屬、甲烷桿菌科中的菌屬和古菌門中的菌屬在管網(wǎng)中始終存在類型管網(wǎng)沿程距離fm10020040060080010001200tAethanosarcina0.250.490.570.630.64□30030Ecifyafchaeota_tinclassified0.37□300.24-0.260.250.540.54nobacteriaceae_unclassified口.220.0750.0&80.00530.0070□,□620.060tAethanosarcinaceae_unclassified0.0350.0790.0970.0890.085□,□310.026Me強(qiáng)曰nospiriilum0.0590.013000.0120.029D.022^rchaea_unclassified0.00760.0290.&110.0110.0056□,□150.013tAethanobacterium0.045□0000.009□D.0078Enuironmental_samples_norank0.0070□O.C'ie00□,□057D.025f^ettranosaeta□0.0110□0□,□0280.0024Others0.00640.0030.0080.00470.0004□,□055D.00381途中數(shù)值表示相對豐度表管網(wǎng)中產(chǎn)甲烷菌的構(gòu)成圖展現(xiàn)了管網(wǎng)沿程產(chǎn)甲烷菌的多樣性變化指數(shù)是表征物種多樣性的指標(biāo)8因此在圖中是通過指數(shù)來反映產(chǎn)甲烷菌的多樣性變化由于在管網(wǎng)初始端處的生物膜樣本中沒有生成有效序列，即在處沒有檢測到產(chǎn)甲烷菌，故處不存在產(chǎn)甲烷菌，這可以很好地解釋圖中處沒有的生成從中可以看出，之間指數(shù)沿程降低，由處的降低至處的5處的指數(shù)保持穩(wěn)定，說明管網(wǎng)之前產(chǎn)甲烷菌的多樣性沿程降低，且在之間保持穩(wěn)定在管網(wǎng)處，指數(shù)突然升高，此后一直保持穩(wěn)定，之間保持穩(wěn)定在管網(wǎng)處，指數(shù)突然升高，此后一直保持穩(wěn)定，指數(shù)穩(wěn)定在左右，說明管網(wǎng)末端多樣性較為豐富且保持穩(wěn)定圖產(chǎn)甲烷菌多樣性在管網(wǎng)中的沿程變化管網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌菌群結(jié)構(gòu)分析圖所示的是產(chǎn)甲烷菌的熱圖分析，是在屬水平下進(jìn)行的分析，不同的顏色代表了不同的相對豐度值，藍(lán)色相對豐度最低，紅色相對豐度最高，圖頂?shù)姆种П硎玖藰颖局g的結(jié)構(gòu)相似性由于沒有產(chǎn)甲烷菌，因此管網(wǎng)處的樣本不參與熱圖分析圖中聚類結(jié)果表明，管網(wǎng)中的產(chǎn)甲烷菌群落結(jié)構(gòu)共分為兩大類，其中為一類，0和為一類這一類中，和中的群落結(jié)構(gòu)最為相近，而在0和的這一類中，以和的群落結(jié)構(gòu)最為相似在和這一相鄰位置處，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變，說明在該處存在著產(chǎn)甲烷菌的演替現(xiàn)象同時(shí)，根據(jù)圖中的顏色分布可以看出，在管網(wǎng)中的優(yōu)勢菌群有甲烷八疊球菌屬、廣古菌門中的菌屬和甲烷桿菌科中的菌屬，其中甲烷八疊球菌屬和廣古菌門中的菌屬為主要優(yōu)勢菌群圖產(chǎn)甲烷菌聚類熱圖分析產(chǎn)甲烷菌的菌屬演替過程優(yōu)勢菌群是一個(gè)群落中的主要構(gòu)成部分，基于節(jié)的結(jié)果對管網(wǎng)中的優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行進(jìn)一步的分析圖反映了管網(wǎng)中優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌相對豐度的沿程變化，結(jié)果表明，甲烷八疊球菌屬、廣古菌門中的菌屬和甲烷桿菌科中的菌屬，這種產(chǎn)甲烷菌相對豐度變化規(guī)律較為明顯在管網(wǎng)處，種菌屬都不存在，在管網(wǎng)范圍內(nèi)，甲烷八疊球菌屬的相對豐度在種優(yōu)勢菌屬中最高，且隨著管網(wǎng)距離的增加相對豐度也不斷增加，與之相反，廣古菌門中的菌屬和甲烷桿菌科中的菌屬在管網(wǎng)的范圍內(nèi)相對豐度的沿程變化趨勢與甲烷八疊球菌屬嚴(yán)格相反，它們的相對豐度在管網(wǎng)中沿程降低，其中甲烷桿菌科中的菌屬在之間失去優(yōu)勢地位，相對豐度均在以下在管網(wǎng)范圍內(nèi)，甲烷八疊球菌屬的相對豐度降低并保持穩(wěn)定，廣古菌門中的菌屬和甲烷桿菌科中的菌屬相對豐度升高并保持穩(wěn)定，其中廣古菌門中的菌屬超過甲烷八疊球菌屬成為種菌屬中相對豐度最高的菌屬從圖中可以看出，和0和的優(yōu)勢菌屬的相對豐度變化不大，這與圖中的群落結(jié)構(gòu)分析可以很好地對應(yīng)起來，也說明了群落中的優(yōu)勢菌屬的構(gòu)成基本反映了群落結(jié)構(gòu)的構(gòu)成情況同時(shí)，在的過程中，種產(chǎn)甲烷菌的相對豐度、優(yōu)勢地位和變化趨勢都發(fā)生了改變，說明在該管網(wǎng)范圍內(nèi)，產(chǎn)甲烷菌群中菌屬發(fā)生了演替過程，即在該處廣古菌門中的菌屬取代了甲烷八疊球菌屬成為第一優(yōu)勢菌屬S晌出的TE1間I犯媼:縮口血油觸圖優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌相對豐度在管網(wǎng)中的沿程變化產(chǎn)甲烷菌可利用基質(zhì)的變化規(guī)律圖反映了產(chǎn)甲烷菌可利用基質(zhì)的變化情況管道中存在的產(chǎn)甲烷菌可利用基質(zhì)有甲酸、甲醇、甲胺、乙酸“三甲一乙”和2其中乙酸的含量最高，而甲胺的含量極低由于是氣相產(chǎn)物且在管網(wǎng)中的含量很低，本文對不做過多論述“三甲一乙”這種基質(zhì)在管網(wǎng)中的變化規(guī)律基本一致，均呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢0制相曲沏IML現(xiàn)aoj圖管網(wǎng)中產(chǎn)甲烷菌可以用基質(zhì)的沿程變化乙酸在整個(gè)管網(wǎng)中含量最高，在管網(wǎng)沿程增加并在處達(dá)到最大值?-并在處保持穩(wěn)定，而后開始沿程逐漸下降甲酸在管網(wǎng)沿程增加并在處達(dá)到最大值-,而后開始沿程降低甲醇在處達(dá)到最大值-后開始沿程降低而甲胺在整個(gè)管網(wǎng)中的含量之中保持在很低的水平且濃度不超過-,在處含量最高-這種基質(zhì)在管網(wǎng)中均存在含量降低的現(xiàn)象，說明這種基質(zhì)在管網(wǎng)中都被產(chǎn)甲烷菌利用生成在管網(wǎng)中，乙酸是含量最高的產(chǎn)甲烷可利用基質(zhì)，即產(chǎn)甲烷菌可以利用的乙酸多