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生物膜是由微生物、微生物分泌的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,简称EPS)以及微生物吸附或降解的产物组成的复杂的微生态系统。EPS作为生物膜中除微生物外的主要组分,其组成和数量不仅影响生物膜的性质,例如空隙率、吸附性能、扩散性和微生物代谢活性等,而且决定生物膜中微生物的生存环境。因此,研究生物膜结构对认识生物膜和生物膜法污水处理系统的设计、运行和管理具有十分重要的理论和实用价值。本研究以西安市第五污水处理厂和实验室SBBR反应器中两种典型的悬浮载体生物膜为对象,利用微切技术对生物膜进行处理,直接观察生物膜的宏观结构;通过对生物膜中EPS进行荧光染色,探讨其在生物膜中的分布;采用不同的提取方法提取生物膜中EPS,考察不同的提取方法对生物膜中EPS含量的影响;采用FISH技术对生物膜中微生物进行原位分析,研究生物膜中不同功能菌的分布特征。通过对比分析这两种不同生物膜的真实形态,研究实验室生物膜与城市污水厂实际生物膜在结构、EPS含量以及微生物组成等方面的异同,为认识生物膜以及应用其进行污水处理提供理论依据。研究主要结果如下:(1)在微观层面,两种生物膜均呈现典型的非均相多孔结构,内部不规则分布着形状各异的空洞和孔隙。与城市污水处理厂实际生物膜相比,实验室反应器中生物膜的厚度更大,生物膜表面更为粗糙,VSS/SS值较高,对应的微生物的耗氧速率也较大。(2)实验室生物膜中EPS含量少于城市污水处理厂实际生物膜,但二者中EPS分布特征相同。EPS呈网状结构,形成生物膜的骨架结构,微生物填充其中;生物膜中EPS组分沿厚度方向呈现梯度变化,生物膜表层蛋白质含量高,沿生物膜深度方向逐渐减少,而多糖则与之相反。(3)生物膜中EPS含量与提取方法相关,甲醛+NaOH法最大,加热法次之,CER法最小。图像分析法(FISH法和FS法)获得的EPS含量明显高于化学或物理提取法,FISH和FS两种图像分析法所得的EPS值接近。(4)生物膜中微生物分布具有明显的空间不均匀性,微生物主要分布在生物膜表层,生物膜内层微生物数量较少;表层异养菌较多,而硝化菌数量较少。