09年经验交流：下水道管渠内壁生物膜的形成及其特性

　　水力冲刷也是引起生物膜脱落的重要原因。生物膜外层结构较为疏松，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累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复杂的微生物系统。受生长时间和环境条件的影响，其结构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改变。
　　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结构，取得较好效果。
　　下水道生物膜的厚度及表面平整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，生物膜结构致密且均匀性好，生物膜的厚度不大，表面平整；②在坡度较小、水流平缓的下水道管段，下水道生物膜结构疏松且较大程度地向外垂直伸展，表面凹凸不平，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营养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发现，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，充分反映出生物膜空间结构的复杂性。
　　下水道生物膜的生物活性
　　对下水道生物膜的细菌进行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实用方法，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能力很强，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，细菌占一小部分，而以各种细胞外化合物构成为主体。大量研究表明：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，生物量逐渐积累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、同化营养基质的能力，结果发现：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，生长繁殖速度和呼吸速率等都呈增强趋势。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研究，发现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似的趋势。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。下水道生物膜中有发达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发现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抵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。
　　如果能够通过采用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。
　　例如在我国的广大山地城镇地区，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行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，对于地形复杂和污染源分散的广大经济尚不发达的农村地区，如果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控制水环境污染。

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