不同载体生物膜的特性及其去除氮磷效果比较

发布时间：2017-04-08 16:44

  本文关键词：不同载体生物膜的特性及其去除氮磷效果比较，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了揭示不同载体形成生物膜的特征及其对水体中氮盐和磷盐的去除作用,本研究分析了天然海水配制的模拟养殖污水中珊瑚石、呼吸环和生化棉载体上形成生物膜的挂膜成熟过程,检测了在此期间氮盐和磷盐的种类和浓度的变化,进而采用扫描电镜分析了成熟生物膜的结构特征,比较珊瑚石和呼吸环载体上的成熟生物膜对添加有机碳源和不添加有机碳源的模拟养殖污水中氮盐和磷盐的种类和浓度的影响,并通过Illumina MiSeq测序技术分析了成熟生物膜细菌群落结构。主要结果如下：1.生物膜挂膜成熟期间,珊瑚石和呼吸环组的菌藻附着效果和氮磷去除效果均优于生化棉组,而且珊瑚石生物膜上的叶绿素a和胞外多糖与P043--p浓度呈极显著负相关,呼吸环上的叶绿素a和胞外多糖与P043--P和NH4+-N浓度呈极显著负相关。2.成熟的生物膜处理未添加有机碳源的模拟养殖污水时,珊瑚石生物膜和呼吸环生物膜均在第11天消除了N02--N积累,第4天和5天的NH4+-N去除率分别为99.05%和99.60%,第12天的P043--P的去除率分别为81.12%和76.36%,珊瑚石生物膜和呼吸环生物膜处理后N03--N的最终浓度分别为3.734mg/L和3.333mg/L;两种生物膜对氮、磷的去除效果没有显著性差异(P0.05)。扫描电镜观察显示,珊瑚石生物膜表面存在半透明的胞外聚合物和丰富的藻类,藻类大多为舟形藻属、曲壳藻属、菱形藻属、双眉藻属、胸隔藻属等类群的硅藻；而呼吸环生物膜表面胞外聚合物较少,硅藻数量较多但是种类较少,主要有海链藻属、菱形藻属和脆杆藻属等。成熟的生物膜处理添加有机碳源的模拟养殖污水时,珊瑚石生物膜和呼吸环生物膜均在第4天消除了N02--N积累,第3天的NH4+-N去除率均为98.9%,第12天的P043--p的去除率分别为73.26%和34.95%,珊瑚石生物膜和呼吸环生物膜处理后N03--N的最终浓度分别为1.808mg/L和3.457mg/L。2种成熟生物膜仍均能有效去除添加有机碳源的模拟养殖污水中的NH4+-N和降低P043--p,比不添加有机碳源模拟养殖污水去除速率有明显提高,而且珊瑚石生物膜处理效果显著好于呼吸环。扫描电镜分析显示,珊瑚石表面已经形成致密的生物膜,其表面有大量的团簇结构和一些深入内部的孔洞结构,而呼吸环表面的生物膜则呈现开裂甚至脱落的现象。3.添加有机碳源和未添加有机碳源的模拟养殖污水的2种成熟生物膜Illumina MiSeq测序16S rRNA基因分析结果显示,共产生1660个OTU,其中超过60%为2种载体生物膜的共有OTU。共鉴别出28个菌门,主要包括蓝细菌、变形杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、酸杆菌门、疣微菌门和绿弯菌门,其中蓝细菌是绝对优势菌群,变形杆菌门是仅次于蓝细菌的主要菌门。Alpha和Beta多样性分析表明,在培养水体中添加有机碳源,能够改变珊瑚石和呼吸环上成熟生物膜的微生物群落结构,增加细菌群落的丰富度和多样性,并且无论是否添加碳源,珊瑚石的生物膜上微生物群落的丰富度和多样性始终都高于呼吸环上的微生物群落。
【关键词】：生物载体 生物膜 去除氮磷 扫描电镜 微生物多样性 16S rRNA
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X714
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 研究综述10-19
• 1.1 水产养殖废水主要的水质指标10-11
• 1.2 水体富营养化的生物处理方法11-12
• 1.3 固定化微生物技术12-13
• 1.4 菌藻共生生物膜13-17
• 1.4.1 生物膜的形成过程和结构13-15
• 1.4.2 生物膜胞外聚合物的组成15-16
• 1.4.3 生物膜的主要菌藻种类16-17
• 1.5 微生物种群多样性的分析方法17
• 1.6 本研究的目的与意义17-19
• 2 实验材料与方法19-28
• 2.1 材料19-21
• 2.1.1 生物载体19
• 2.1.2 模拟养殖污水19-20
• 2.1.3 主要仪器设备与试剂20-21
• 2.2 方法21-28
• 2.2.1 实验设置21-23
• 2.2.2 实验技术方法23-26
• 2.2.3 数据分析26-28
• 3 实验结果28-63
• 3.1 生物膜挂膜期的观察及去除氮磷效果比较28-41
• 3.1.1 生物膜挂膜期的显微观察28-35
• 3.1.2 挂膜期生物膜对模拟养殖污水去除氮磷效果比较35-41
• 3.2 生物膜成熟期的观察及去除氮磷效果比较41-51
• 3.2.1 生物膜成熟期的扫描电镜观察41-47
• 3.2.2 生物膜成熟期对模拟养殖污水去除氮磷效果比较47-51
• 3.3 生物膜微生物群落多样性及有机碳源响应机制的研究与比较51-63
• 3.3.1 生物膜微生物群落丰度与多样性51-53
• 3.3.2 生物膜微生物群落结构解析53-60
• 3.3.3 生物膜微生物群落组间差异性解析60-63
• 4 讨论63-71
• 4.1 挂膜期生物膜结构特性研究和去除氮磷效果比较63-67
• 4.1.1 三种生物膜中细菌和藻类的附着效果比较63-64
• 4.1.2 三种生物膜对模拟养殖污水去除氮磷效果比较64-66
• 4.1.3 三种生物膜中叶绿素和胞外多糖与污水中营养盐的相关性分析66-67
• 4.2 添加有机碳源对两种成熟生物膜去除氮磷效果和细菌群落结构的影响67-71
• 4.2.1 两种生物膜表面结构特性的变化与比较67-68
• 4.2.2 两种生物膜对模拟养殖污水去除氮磷效果比较68-69
• 4.2.3 生物膜群落结构变化与脱氮除磷的关系分析69-71
• 参考文献71-76
• 在校期间科研成果76-77
• 资助项目77-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：293268