排水管道中生物膜的菌群分布特征

城市排水管道中的污水以生活污水為主，含有豐富的碳、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，且管道內(nèi)部為密閉空間，為厭氧菌的生長提供了有利條件。實際管道生物膜中的細菌以擬桿菌綱、β-變形菌綱、δ-變形菌綱為主，古菌則以甲烷鬃毛狀菌科、甲烷球菌科為主。SRB還原硫酸鹽所產(chǎn)生的H2S是管道腐蝕的主要原因，同時，研究表明，污水在管道輸送途中削減了大量sCOD，其中72%的削減量來自于產(chǎn)甲烷過程。因此，SRB和MA是管道中的2種關(guān)鍵菌群，實際管道中液相CH4、H2S濃度可達30 mg˙L−1、12 mg˙L−1 。目前，國內(nèi)排水管道的材質(zhì)多為混凝土，管道內(nèi)壁粗糙不平、比表面積較大，雖然水泥的水化過程產(chǎn)生了較高的堿度，但H2S的積累逐漸降低了液相pH，同時腐蝕管道表面，使微生物能夠不斷侵入管壁內(nèi)部，進一步加劇管道結(jié)構(gòu)破損。

排水管道中生物膜的菌群分布與污水處理中顆粒污泥的微生物群落結(jié)構(gòu)相似，SRB、MA存在分層分布的現(xiàn)象。由于MA的附著性較高、對厭氧環(huán)境要求更嚴格，MA主要分布在生物膜內(nèi)部，SRB則通常生長在表面。污水中的硫酸鹽進入生物膜后迅速被SRB還原利用，研究表明，管道底泥表面的硫酸鹽濃度約為45 mg˙L−1，而在1 cm處僅為3 mg˙L−1，限制了SRB向內(nèi)部增殖。而sCOD難以被完全消耗、能夠向深層繼續(xù)滲透，因此MA在內(nèi)層占據(jù)優(yōu)勢。

管道生物膜的厚度約為700 μm，SRB主要分布在0~300 μm的外層，MA則主要分布在250 μm以下的內(nèi)層。從豐度來看，SRB在總微生物中所占比例從生物膜表面的20%逐漸下降到400 μm處的3%，MA占比則從生物膜表面的3%增加到700 μm處的75%。管道底泥一般厚度達數(shù)厘米，底泥的最上層(0~2 cm)是硫化物還原的主要場所，產(chǎn)甲烷的主要場所更深，范圍約占2.5~3.5 cm。SRB與MA兩者的相對豐度也隨深度而變化，SRB的相對比例從底泥表面的35%逐漸降至1 cm處的4%，2 cm以下SRB的存在可忽略不計。