污水管网中真菌的繁衍特性及水力影响机制研究

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真菌种群是城市污水管网中微生物生态系统的重要组成部分,其潜在功能和存在的致病风险是影响污水管网运行的重要因素。由于污水管网在运行过程中水力条件往往伴随时空改变而发生变化,从而影响管道内生物膜的形成及真菌等微生物种群分布。基于此,本论文构建了一套城市污水管网试验系统,以生活污水为研究对象,通过控制试验系统不同运行流速,探究了城市污水管网生物膜形成过程及生物膜中真菌繁衍规律和种群分布特征,分析了相关环境因子和营养物质与真菌种群分布的相关性,研究结果为明确污水管网中真菌群落繁衍特征及其潜在致病风险提供了依据。论文的主要研究结果有以下几个方面:(1)通过对试验系统不同流速下生物膜的结构形态分析,发现随着培养时间增加,生物膜结构由松散-致密-松散转变,而微生物形态多样性逐渐丰富。并且随着流速提升,生物膜在剪切力作用下表面相对平滑致密,在1.1-1.2 m/s的较高流速下,剪切应力显著降低了生物膜表面的微生物形态多样性。(2)对试验系统生物膜中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)含量进行分析,结果表明在不同流速下,胞外聚合物(EPS)在生物膜形成过程中均先增加后减少,此外中流速下生物膜EPS总量和PN含量高于其他流速,说明适宜的水力条件利于真菌等微生物的繁衍生长,能够加强其对污染物质的代谢利用。不同流速下运行至第75d时EPS含量均稳定在12 mg/g VSS左右,表明流速对于成熟生物膜EPS含量的影响降低。(3)高通量测序结果表明在污水管网生物膜形成过程中真菌种群多样性增加。随着流速增加,真菌多样性呈现先增加后减少趋势,0.4 m/s-0.6 m/s运行流速下多样性最高。不同流速下优势真菌发生了显著变化,而其中的芳香族化合物、高分子化合物、重金属等代谢功能真菌与篮状菌属(Talaromyces_sp)、链格孢属(Alternaria_sp)、念珠菌属(Candida_sp)、曲霉属(Aspergillus_sp)等人类致病真菌丰度差异显著,0.4 m/s-0.6 m/s流速下污水管道中功能真菌和致病真菌分布最丰富,表明在此流速下具有一定的降解功能与较大的致病风险。(4)通过CCA、db RDA、Spearman分析方法探究环境因子和营养物质与真菌种群分布的相关关系,结果表明COD、UV254、p H和DO是影响城市污水管网真菌群落组成和分布的主要因素。门水平上捕虫霉门(Zoopagomycota)受环境因子和营养物质影响最为显著,而属水平Meliniomyces属、格孢腔菌属(Pleosporales_sp)、Kazachstania属、担子菌属(Basidiomycota_sp)、Helicogloea属、念珠菌属(Candida_sp)、Lepraria属与影响因子相关性最大。总的来说生物膜收集和输送营养物质受水力条件变化影响,真菌种群分布的差异是由p H、DO等环境因子和碳类等营养基质共同作用形成。
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