大肠杆菌在饱和多孔介质中的迁移过程研究

发布时间：2017-09-13 14:26

  本文关键词：大肠杆菌在饱和多孔介质中的迁移过程研究

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【摘要】：病原微生物在畜禽粪便、生活废水、垃圾填埋场、化粪池、医院污水中大量存在,可通过地下渗流进入地下水系统,对地下水源安全构成潜在的威胁。本文以环境中常见的污染指示菌—大肠杆菌为研究对象,通过柱实验探讨菌株种类、菌液浓度、离子强度、离子种类、介质粒径、孔隙流速等因素对大肠杆菌迁移的影响,为研究大肠杆菌在地下水系统中的迁移提供理论基础。以石英石为填充介质,模拟地下水系统,研究菌液浓度对不同脂多糖结构的Escherichia coli D21f2g和Escherichia coli K12 C600迁移的影响。结果表明,模拟地下水系统中最适宜的菌液注入浓度为107 cells/mL。随后,探讨模拟地下水系统的介质粒径和孔隙流速对大肠杆菌沉积和释放行为的影响。接着进行不同水化学及物理条件下大肠杆菌在饱和天然砂柱中的迁移实验,分析和讨论天然砂和石英砂作为不同多孔介质对大肠杆菌迁移的影响。最后,采用双点位模型拟合大肠杆菌的穿透曲线。本研究总结如下的研究成果：(1)当菌液注入浓度为108 cells/mL时,D21f2g和K12 C600两种菌株在石英砂柱中的迁移过程均发生了阻碍(blocking)现象,穿透曲线的出流比随时间的增加而升高。同时,因D21f2g的负电性比K12 C600强,使得D21f2g菌株的出流比较K12C600高,沉积速率比K12 C600小。(2)增加模拟地下水系统的离子强度将促进两种菌株在石英砂中的沉积。同时,研究发现D21f2g的迁移对水化学条件的变化反应灵敏,而不同水化学条件下K12C600的沉积量变化较小。主要原因是K12 C600菌株脂多糖结构上不带电的O抗原对静电力起到屏蔽作用。因此,可采用D21f2g作为指示菌株研究不同因素对大肠杆菌迁移的影响。(3)介质粒径和孔隙流速共同影响大肠杆菌在饱和石英砂介质中的沉积和释放。减小多孔介质粒径有助于增强筛滤(straining)效应,促进大肠杆菌在饱和石英砂介质中的衰减。孔隙流速减小使得流体曳力减小,大肠杆菌的沉积量将会增加,释放量减少,这种影响在高离子强度的情况下更为显著。(4)大肠杆菌在天然砂柱中的沉积效果比石英砂柱好。增加离子强度和引入Ca2+都可以增加大肠杆菌的沉积量。孔隙流速对于大肠杆菌在石英砂和天然砂介质中迁移的影响有明显差异。与石英砂相比,天然砂的平均粒径小且粒组分布不均匀,天然砂的形状也更加不规则,使得天然砂介质内的阴影区面积较小,大肠杆菌在天然砂内的沉积几率更大。流速越低,大肠杆菌在天然砂柱中沉积量就越大,穿透曲线也就越低。同时,天然砂中含有少量的粘土矿物和有机质,使得离子强度变化对大肠杆菌在天然砂中的沉积效果影响比在石英砂中的沉积效果影响大。(5)考虑了介质对大肠杆菌沉积吸附和筛滤作用的双点位模型对柱实验结果的拟合效果较好。当离子强度较低时,模型的拟合结果可合理反映大肠杆菌在介质中的迁移特点,体现吸附沉积、筛滤等不同机制对大肠杆菌迁移过程的影响作用。本研究基于模拟地下水系统探讨了部分水化学及物理因素对大肠杆菌迁移行为影响。因自然状态下地下水系统的复杂性与多样性,建议增加影响因素以某个区域地下水系统为研究对象,探讨大肠杆菌的迁移行为。
【关键词】：大肠杆菌 饱和多孔介质 迁移 柱实验 沉积
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R123
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 文献综述10-25
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 大肠杆菌概述11-12
• 1.1.2 地下水中大肠杆菌的迁移形式12-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 胶体在多孔介质中迁移释放机理13-14
• 1.2.2 DLVO理论14-15
• 1.2.3 胶体过滤理论15-17
• 1.2.4 大肠杆菌在多孔介质中迁移的影响因素17-22
• 1.3 本文的研究工作22-25
• 1.3.1 研究目的及意义22
• 1.3.2 研究内容22-24
• 1.3.3 技术路线24-25
• 2 实验材料与方法25-38
• 2.1 实验试剂25
• 2.2 实验仪器与设备25-26
• 2.3 实验材料26-28
• 2.3.1 大肠杆菌培养与菌液准备26-27
• 2.3.2 多孔介质填充材料27
• 2.3.3 背景溶液27
• 2.3.4 表面电势测量27-28
• 2.4 大肠杆菌计数方法28-30
• 2.4.1 直接计数法28
• 2.4.2 平板菌落计数法28-29
• 2.4.3 光密度法29-30
• 2.5 柱实验30-36
• 2.5.1 菌株和注入浓度对大肠杆菌迁移的影响实验32-33
• 2.5.2 介质粒径和流速对大肠杆菌迁移影响的实验33-34
• 2.5.3 大肠杆菌在饱和天然砂中的迁移实验34-35
• 2.5.4 大肠杆菌在饱和多孔介质中迁移行为的数学模型拟合35-36
• 2.6 数据计算与分析36-38
• 2.6.1 DLVO理论计算36-37
• 2.6.2 数据分析37-38
• 3 结果与讨论38-68
• 3.1 菌株和注入浓度对大肠杆菌迁移的影响38-50
• 3.1.1 三种注入浓度下大肠杆菌的穿透曲线38-39
• 3.1.2 不同溶液化学条件下两菌株的穿透曲线39-43
• 3.1.3 滞留曲线43-46
• 3.1.4 DLVO计算结果46-50
• 3.2 介质粒径和孔隙流速对大肠杆菌迁移的影响50-53
• 3.2.1 介质粒径对大肠杆菌迁移的影响50-51
• 3.2.2 孔隙流速对大肠杆菌迁移的影响51-52
• 3.2.3 机理讨论52-53
• 3.3 大肠杆菌在饱和天然砂中迁移的结果53-58
• 3.3.1 不同水化学条件下大肠杆菌的穿透曲线53-55
• 3.3.2 不同孔隙流速条件下大肠杆菌的穿透曲线55-56
• 3.3.3 机理讨论56-58
• 3.4 大肠杆菌在饱和多孔介质中迁移的模型拟合58-67
• 3.4.1 离子强度对迁移过程影响的模型拟合58-60
• 3.4.2 离子种类对迁移过程影响的模型拟合60-62
• 3.4.3 介质粒径对迁移过程影响的模型拟合62-64
• 3.4.4 孔隙流速对迁移过程影响的模型拟合64-67
• 3.5 小结67-68
• 4 结论与展望68-70
• 4.1 结论68-69
• 4.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间发表的学术论文目录75

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本文编号：844238