【摘 要】
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城市污水管网作为城市污水处理系统的重要组成部分,承担着城市污水收集、输送的重要任务。污水经管网输送过程中受管道内微生物作用水质会发生明显变化,致使污水处理厂实际进水水质与设计值出现显著差异,给后续污水处理造成负面效应,因此,污水管网内部生化反应研究逐渐成为人们的研究热点。相较于平原城市,山地城市独特的地形地貌以及气候条件造成了污水管网的特殊性,管内水文条件及不稳定,在流速、气温、污染物浓度等方面会
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城市污水管网作为城市污水处理系统的重要组成部分,承担着城市污水收集、输送的重要任务。污水经管网输送过程中受管道内微生物作用水质会发生明显变化,致使污水处理厂实际进水水质与设计值出现显著差异,给后续污水处理造成负面效应,因此,污水管网内部生化反应研究逐渐成为人们的研究热点。相较于平原城市,山地城市独特的地形地貌以及气候条件造成了污水管网的特殊性,管内水文条件及不稳定,在流速、气温、污染物浓度等方面会出现较大幅度波动,因此,明晰山地城市污水管网水质分布特征,揭示山地城市污水管网内微生物群落的特点和生化产物的形成规律,探求污染物浓度改变与生化作用之间的内在联系,对于丰富山地城市污水收集系统理论、改进山地污水管网设计、优化污水进水设计参数具有重要意义。本研究以山地城市重庆的污水管网为研究对象,结合山地城市复杂多变的地形地貌和气候特征,通过长时间序列的原位布点监测,对山地城市污水管网内污水水质时空分布特征进行了探究;基于此,对山地城市污水管网管壁生物膜进行了深入探索,研究了山地城市污水管网管壁生物膜的主要影响因子,分析了在不同流速条件下生物膜生长过程的差异性特征,并对不同流速下生物膜内微生物种群多样性进行了探讨;通过现场培养成熟后的生物膜进行水质影响室内模拟实验,阐明了不同流速下生物膜对污水中常规污染物的影响效应,并以此验证污水管网沿程污染物生物降解现象。主要结论如下:（1）山地城市污水管网内水质全年波动较大,其中COD、TN、NH3-N浓度全年呈现先降低后升高的趋势,旱季水体中污染物浓度明显高于雨季;COD浓度受季节性变化的影响最大。单日内不同时间段污水管网中水量、水质分布不均,水量高峰期和低谷期相差较大,水量高峰期主要集中在6:00～9:00、12:00～14:00、18:00～23:00三个时间段。山地城市污水管网沿程污染物浓度呈降低趋势,其中COD的下降率最大。管道内微生物的生化作用对污水中COD、TN、NH3-N浓度有明显影响,对TP影响不大,COD、TN在微生物作用下浓度变低,NH3-N浓度则呈上升趋势。（2）流速、污染物浓度、温度对山地城市污水管网管壁生物膜会产生明显的影响,其中流速与生物膜干重、厚度、磷脂含量、生物膜活性、胞外聚多糖和蛋白质含量的相关系数|r|值均处于较高水平,对生物膜生长状态影响最大,为主要影响因子。污水管网管壁生物膜生长速度较快,在第8-10天能达到成熟状态并趋于稳定。受水流冲击力、水体中营养物质和氧传质效率的影响,三种流速（Vl:0.4±0.1m/s;Vm:0.8±0.1m/s;Vh:1.2±0.1m/s）下Vm的生物膜生长状态最佳,其厚度、生物量及生物活性均优于Vl、Vh流速下生物膜。管壁生物膜中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）为绝对优势菌门,说明污水管网中生化反应主要以水解酸化为主;Vl流速下管壁生物膜受水流剪切力影响较小,物种多样性最丰富,各物种相对丰度最均匀。（3）有机污染物在Vm流速管壁生物膜作用下降解率最大,管壁生物膜对污水的可生化性（B/C）呈现不利影响,且流速越快,B/C比值下降幅度越大,污水可生化性下降越明显。TN在Vm流速管壁生物膜作用下去除效果最好,受有机氮的氨化反应影响,Vl、Vm、Vh三种流速下污水中NH3-N浓度均出现上升趋势,其中Vl和Vm流速下NH3-N浓度增长幅度较大,管壁生物膜对水体中TP无明显转化效果。（4）通过室内模拟实验得出的管壁生物膜对污水中基质降解效率与污水水质分布特征实验现场监测的污染物沿程分布情况基本吻合,证实了污水管网内存在着较为显著的生化反应,阐明了管壁生物膜对污水中的污染物的去除能力,验证了污水管网中水质变化的主要原因为管壁生物膜的生物降解与转化;同时,实验结果表明,Vl流速更有利于污水处理系统的正常运行,充足的厌氧环境以及较低的水流剪切力更有利于厌氧微生物的生长,为污水管网内部水解酸化反应提供有利环境,最大化利用管壁生物膜提高污水可生化性,又能抑制有机污染物的大量消耗,减少碳源不足、碳氮比降低等不利效应。
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