再生水模拟管道内生物膜特性及抗生素抗性基因的分布
发布时间：2021-07-23 08:42
随着再生水管道使用时间的延长,再生水中的微生物会以管壁为介质附着生长并逐渐形成生物膜,一些会对人体健康产生危害的微生物可能会在生物膜中复生并大量繁殖。此外,研究表明生物膜能够同时促进抗生素抗性的扩散和获取,增加致病微生物获得抗性的机率,从而对再生水的用水安全产生严重威胁。本研究采用自制的AR反应器来模拟再生水在球墨铸铁、不锈钢和PE三种不同材质管道内的输送过程,研究了三种材质的管道在输配再生水时管道内生物膜的生长规律、生物膜中微生物的种群结构演化过程及抗生素抗性基因的分布特征。本研究的成果对于明晰再生水输配管道中微生物在管道内壁上的增长规律,明确易于在生物膜中滋生的微生物的种属类别,从而有针对性地采取工程措施保证再生水利用的安全性具有一定的指导作用。本研究结果如下:（1）考察生物膜中HPCs的数量和EPS的含量发现:球墨铸铁挂片表面的生物膜中异养菌数量水平最高,其数量随运行时间的延长呈上升趋势。不锈钢挂片表面的生物膜中异养菌数量水平最低,整体呈先上升后降低的趋势。PE挂片表面的生物膜中异养菌数量整体的变化趋势为先上升后降低,前30 d内其表面异养菌的数量水平大于同阶段其它两种管材。三种...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
污水处理厂主要工艺流程
青岛理工大学工学硕士学位论文304.2Beta多样性分析为探究各样品间微生物群落组成的相似性及差异性，采用PCoA分析和样本层级聚类分析的方法对不同微生物群落间的物种多样性进行比较。主坐标分析（Principalco-ordinatesanalysis,PCoA），是一种先对一系列特征值和特征向量进行排序，然后选择排在前几位的最主要特征值，并将其表现在坐标系里的方法。使用的距离计算方法为unweighted_unifrac，分类水平为OTU，所得结果如图4-3所示。图4-3样本PCoA分析Figure4-3PCoAanalysisofsamplesPC1和PC2是造成各样本之间微生物群落组成差异的两个最主要特征，分别解释了41.26%和21.88%的差异，合计高达63.14%。样本点之间的距离越接近说明群落结构组成越相似，如图中的Rawwater、SS60、SS90、PE60及PE90等点，说明不锈钢及PE挂片表面生物膜中的微生物组成与原水相似度较高，可能是由于两种管材对群落结构的影响较小；CI30、CI60和CI90不但距其他点较远，它们三点之间的距离也较大，说明球墨铸铁挂片表面生物膜中的微生物群落组成与原水及其它两种管材相比差异较大，且在不同时间点的群落组成也存在一定差异，推测球墨铸铁管的腐蚀过程是引起这种差异的主要原因。球墨铸铁管使用初期的腐蚀速率较快，能够大量释放铁离子[70,71]。有研究表明，一些好氧的革兰氏阴性细菌可以利用羟基氧化铁作为营养物质[59,72]；还有一部分微生物能够在厌氧
青岛理工大学工学硕士学位论文31呼吸链中将铁离子作为最终电子受体[73]，说明腐蚀过程会对生物膜中的微生物产生一定的选择作用。而随着腐蚀过程逐渐稳定，铁离子释放量相对降低[70,71]，其对球墨铸铁挂片表面生物膜中的微生物组成的影响越来越小，因此球墨铸铁的样本点距离其他样本点越来越近。为研究不同样本群落结构的相似性或差异关系，使用braycurtis算法计算样本在OTU水平上的距离并对样本群落距离矩阵进行聚类分析，构建样本层级聚类树。样本分支之间的距离越近，说明样本之间群落组成越相似。分析结果如图4-4所示，由结果可知SS60、SS90、PE60、PE90与原水之间距离最近，CI60和CI90次之，而CI30距离其他样本距离最远，再一次证明了PCoA中的结果。图4-4样本层级聚类分析图Figure4-4HierarchicalClusterAnalysisofsamples4.3三种材质挂片表面的生物膜中微生物的群落组成及演化规律为考察各样品在不同分类水平下的群落结构并比较分析各样品群落结构之间的差异，采用RDPclassifier贝叶斯算法对相似水平为97%的OTU代表序列进行分类学分析，共得到39个门，91个纲，259个目，456个科，867个属，1444个种。下面将分别对各生物膜样品中的微生物在门、纲及种水平下的群落组成进
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Spearman秩相关的再生水利用量影响因素研究[J]. 余鹏明,管孝艳,陈俊英,管佳洁,张晨阳,郝彦昕. 节水灌溉. 2019(10)
[2]A2/O生活污水处理系统中抗生素抗性基因的分布及去除[J]. 谢辉,包樱钰,李菲菲,温东辉,陈吕军. 环境工程. 2019(12)
[3]Abundance of antibiotic resistance genes and their association with bacterial communities in activated sludge of wastewater treatment plants: Geographical distribution and network analysis[J]. Haihan Zhang,Huiyan He,Shengnan Chen,Tinglin Huang,Kuanyu Lu,Zhonghui Zhang,Rong Wang,Xueyao Zhang,Hailong Li. Journal of Environmental Sciences. 2019(08)
[4]供水管网生物膜特征及对消毒副产物生成势的影响[J]. 陈停,徐叶琴,李冬平,孙国胜,赵焱,解跃峰,姚萌,冉志霖. 供水技术. 2019(01)
[5]环境中抗生素抗性基因与Ⅰ型整合子的研究进展[J]. 苏志国,张衍,代天娇,陈嘉瑜,张永明,温东辉. 微生物学通报. 2018(10)
[6]细菌Ⅱ型、Ⅲ型整合子在耐药性传播中的作用[J]. 李紫云,王明钰,徐海. 中国抗生素杂志. 2018 (02)
[7]不同方法提取活性污泥胞外聚合物的特性分析[J]. 吴桂荣,储昭瑞,荣宏伟,谭炳琰. 广州大学学报(自然科学版). 2017(06)
[8]管网多相界面下抗生素抗性菌的分布特征研究[J]. 周贺,王双玲,徐梦瑶,王礼,王永京,张灿,张明露. 中国环境科学. 2017(06)
[9]污水处理厂中磺胺类抗生素、抗性菌、抗性基因的特性[J]. 金明兰,刘凯,徐莹莹,薛洪海,王颖,胡洪营. 环境工程. 2015(11)
[10]再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法研究[J]. 杨昱,廉新颖,马志飞,安达,姜永海,袁志业,席北斗. 生态环境学报. 2014(11)
硕士论文
[1]再生水中球墨铸铁和PE管材生物膜及腐蚀特性研究[D]. 刘恋.北京建筑大学 2016
[2]再生水模拟管网中微生物群落结构特征及其腐蚀相关性研究[D]. 彭力.北京建筑大学 2016
[3]铸铁供水管的初腐蚀与微生物特性研究[D]. 李炜煜.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3298967
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
污水处理厂主要工艺流程
青岛理工大学工学硕士学位论文304.2Beta多样性分析为探究各样品间微生物群落组成的相似性及差异性，采用PCoA分析和样本层级聚类分析的方法对不同微生物群落间的物种多样性进行比较。主坐标分析（Principalco-ordinatesanalysis,PCoA），是一种先对一系列特征值和特征向量进行排序，然后选择排在前几位的最主要特征值，并将其表现在坐标系里的方法。使用的距离计算方法为unweighted_unifrac，分类水平为OTU，所得结果如图4-3所示。图4-3样本PCoA分析Figure4-3PCoAanalysisofsamplesPC1和PC2是造成各样本之间微生物群落组成差异的两个最主要特征，分别解释了41.26%和21.88%的差异，合计高达63.14%。样本点之间的距离越接近说明群落结构组成越相似，如图中的Rawwater、SS60、SS90、PE60及PE90等点，说明不锈钢及PE挂片表面生物膜中的微生物组成与原水相似度较高，可能是由于两种管材对群落结构的影响较小；CI30、CI60和CI90不但距其他点较远，它们三点之间的距离也较大，说明球墨铸铁挂片表面生物膜中的微生物群落组成与原水及其它两种管材相比差异较大，且在不同时间点的群落组成也存在一定差异，推测球墨铸铁管的腐蚀过程是引起这种差异的主要原因。球墨铸铁管使用初期的腐蚀速率较快，能够大量释放铁离子[70,71]。有研究表明，一些好氧的革兰氏阴性细菌可以利用羟基氧化铁作为营养物质[59,72]；还有一部分微生物能够在厌氧
青岛理工大学工学硕士学位论文31呼吸链中将铁离子作为最终电子受体[73]，说明腐蚀过程会对生物膜中的微生物产生一定的选择作用。而随着腐蚀过程逐渐稳定，铁离子释放量相对降低[70,71]，其对球墨铸铁挂片表面生物膜中的微生物组成的影响越来越小，因此球墨铸铁的样本点距离其他样本点越来越近。为研究不同样本群落结构的相似性或差异关系，使用braycurtis算法计算样本在OTU水平上的距离并对样本群落距离矩阵进行聚类分析，构建样本层级聚类树。样本分支之间的距离越近，说明样本之间群落组成越相似。分析结果如图4-4所示，由结果可知SS60、SS90、PE60、PE90与原水之间距离最近，CI60和CI90次之，而CI30距离其他样本距离最远，再一次证明了PCoA中的结果。图4-4样本层级聚类分析图Figure4-4HierarchicalClusterAnalysisofsamples4.3三种材质挂片表面的生物膜中微生物的群落组成及演化规律为考察各样品在不同分类水平下的群落结构并比较分析各样品群落结构之间的差异，采用RDPclassifier贝叶斯算法对相似水平为97%的OTU代表序列进行分类学分析，共得到39个门，91个纲，259个目，456个科，867个属，1444个种。下面将分别对各生物膜样品中的微生物在门、纲及种水平下的群落组成进
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Spearman秩相关的再生水利用量影响因素研究[J]. 余鹏明,管孝艳,陈俊英,管佳洁,张晨阳,郝彦昕. 节水灌溉. 2019(10)
[2]A2/O生活污水处理系统中抗生素抗性基因的分布及去除[J]. 谢辉,包樱钰,李菲菲,温东辉,陈吕军. 环境工程. 2019(12)
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[5]环境中抗生素抗性基因与Ⅰ型整合子的研究进展[J]. 苏志国,张衍,代天娇,陈嘉瑜,张永明,温东辉. 微生物学通报. 2018(10)
[6]细菌Ⅱ型、Ⅲ型整合子在耐药性传播中的作用[J]. 李紫云,王明钰,徐海. 中国抗生素杂志. 2018 (02)
[7]不同方法提取活性污泥胞外聚合物的特性分析[J]. 吴桂荣,储昭瑞,荣宏伟,谭炳琰. 广州大学学报(自然科学版). 2017(06)
[8]管网多相界面下抗生素抗性菌的分布特征研究[J]. 周贺,王双玲,徐梦瑶,王礼,王永京,张灿,张明露. 中国环境科学. 2017(06)
[9]污水处理厂中磺胺类抗生素、抗性菌、抗性基因的特性[J]. 金明兰,刘凯,徐莹莹,薛洪海,王颖,胡洪营. 环境工程. 2015(11)
[10]再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法研究[J]. 杨昱,廉新颖,马志飞,安达,姜永海,袁志业,席北斗. 生态环境学报. 2014(11)
硕士论文
[1]再生水中球墨铸铁和PE管材生物膜及腐蚀特性研究[D]. 刘恋.北京建筑大学 2016
[2]再生水模拟管网中微生物群落结构特征及其腐蚀相关性研究[D]. 彭力.北京建筑大学 2016
[3]铸铁供水管的初腐蚀与微生物特性研究[D]. 李炜煜.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3298967
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