重力流排水管道内生物膜生长动力学及微生物群落结构研究

发布时间：2017-06-16 23:07

  本文关键词：重力流排水管道内生物膜生长动力学及微生物群落结构研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：排水管道作为城市排水系统重要的组成部分,担负着城市废水的收集与输送功能。近期研究表明,排水管道类似于生化反应器,在其中发生着众多的生物化学反应,也就出现了生物降解、H2S和CH4等气体的产生以及排水管道腐蚀等现象。排水管道中的生物膜是生化反应发生的主要场所,生物膜的结构组成及反应特性决定了上述现象的发生。而排水管道内特殊的水力条件及基质成分也即排水管道壁面剪切力与基质浓度是影响生物膜生长的主要因素。为此,本文通过搭建排水管道生物膜培养装置,研究不同基质浓度和剪切力条件下生物膜生长特征及结构特性,采用微电极测试技术测试生物膜厚度并分析生物膜密度和胞外聚合物,结合454高通量分子生物学技术对不同剪切力条件下成熟生物膜中微生物群落结构进行分析,从宏观角度和分子生物学角度探讨剪切力和基质浓度对生物膜生长过程及生物膜结构的影响,为今后的实际应用提供理论依据和基础资料。研究得出的主要结论如下:①在生物膜生长过程中,生物膜厚度随时间逐渐增加,之后达到最大生物膜厚度,随后生物膜厚度有一定程度的减小,最终趋于稳定;生物膜密度逐渐增加并达到最大值,随后生物膜密度逐渐减小并最终达到稳定值;生物膜胞外聚合物(EPS)含量也逐渐增加,当EPS含量达到一定的峰值之后,会出现一定程度的减小并最终趋于稳定状态。研究结果表明:当生物膜生长达到平衡状态时,不同剪切力条件下的生物膜厚度大小依次为:L(F=1.29pa)L(F=1.12pa)L(F=1.45pa);生物膜密度(TS)的大小关系为:TS(F=1.45pa)TS(F=1.29pa)TS(F=1.12pa);生物膜EPS含量大小依次为:EPS(F=1.29pa)EPS(F=1.12pa)EPS(F=1.45pa)。②高通量测序结果表明,排水管道生物膜中细菌多样性较高。不同剪切力条件下成熟生物膜中共同的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和Candidate_division_TM7。研究结果表明,剪切力对生物膜微生物群落结构、脱氮功能菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等的数量影响较大。③在一定范围内,随着剪切力的增大,生物膜的厚度和EPS都呈现先增大后减小的趋势,而生物膜TS逐渐增大,生物膜厚度与EPS变化趋势一致。不同剪切力下成熟生物膜中EPS主要成分均为蛋白质、腐殖质和多糖,其中蛋白质和腐殖质含量明显高于多糖含量。④对于稳定状态的生物膜,在剪切力相同条件下增加基质浓度或者同时增加剪切力和基质浓度,生物膜厚度变小,生物膜密度逐渐变大,生物膜胞外聚合物也变小。⑤建立了排水管道流体动力学与生物膜生长动力学耦合模型并对模型进行了验证,结果表明模型具有较高的准确性。该模型对试验具有积极指导作用。通过研究剪切力和基质浓度对排水管道生物膜生长过程的影响,采用高通量测序手段分析成熟生物膜中微生物群落结构,并建立排水管道流体动力学与生物膜生长动力学耦合模型,为排水管道作为反应器这一理念的进一步推广以及今后的实际应用提供了理论依据,具有重要的学术意义和应用前景。
【关键词】：排水管道 生物膜 剪切力 基质浓度 微生物种群结构
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU992
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究现状9-16
• 1.2.1 排水管道内污水处理的研究9-10
• 1.2.2 排水管道内有毒有害气体的产生、影响与控制研究10-11
• 1.2.3 生物膜生长与脱落的影响因素研究11-12
• 1.2.4 排水管道污染物转化的数学模拟研究12-14
• 1.2.5 分子生物学在生物膜微生物群落结构的研究14-16
• 1.3 研究的目的与内容16-19
• 1.3.1 研究的目的16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 技术路线17-19
• 2 试验材料与方法19-29
• 2.1 试验装置19-20
• 2.2 试验用水来源与水质20-21
• 2.3 分析项目与检测方法21-27
• 2.3.1 常规分析项目与检测方法21-22
• 2.3.2 非常规分析项目与检测方法22-25
• 2.3.3 微生物学指标的检测方法25-27
• 2.4 试验启动与运行27-29
• 3 剪切力对排水管道生物膜生长过程的影响29-47
• 3.1 不同剪切力对生物膜厚度的影响29-31
• 3.2 不同剪切力对生物膜密度的影响31-33
• 3.3 不同剪切力对生物膜胞外聚合物的影响33-35
• 3.4 不同剪切力下生物膜生长过程中厚度、TS与EPS之间的变化关系35-37
• 3.5 不同剪切力下成熟生物膜微生物群落结构分析37-46
• 3.5.1 微生物群落多样性分析37-40
• 3.5.2 剪切力对微生物群落结构的影响40-42
• 3.5.3 脱氮功能菌42-44
• 3.5.4 硫酸盐还原菌44-45
• 3.5.5 产甲烷菌45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 基质浓度对排水管道生物膜生长过程的影响47-57
• 4.1 不同基质浓度对生物膜厚度的影响47-50
• 4.2 不同基质浓度对生物膜TS的影响50-53
• 4.3 不同基质浓度对生物膜EPS的影响53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 5 排水管道生物膜生长动力学模型研究57-67
• 5.1 建模方法57
• 5.2 排水管道生物膜生长动力学模型57-65
• 5.2.1 单因素回归模型57-59
• 5.2.2 多因素回归模型59-65
• 5.3 本章小结65-67
• 6 结论与建议67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 建议67-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-77
• 附录77
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利77
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卡戟;“生物膜与膜生物工程国家重点实验室”通过国家验收[J];清华大学学报(自然科学版);1991年04期

2 王荣昌,文湘华,钱易;激光扫描共聚焦显微镜用于生物膜研究[J];中国给水排水;2003年12期

3 张朝升;荣宏伟;张可方;;序批式生物膜反应器的生物膜特性研究[J];中国给水排水;2007年01期

4 ;调节生物膜生长的方法和组合物[J];化工科技市场;2008年08期

5 王海峰;徐冉;孔繁国;李风亭;;不锈钢表面生物膜电化学性质与稳定性[J];同济大学学报(自然科学版);2008年11期

6 周玲;;磷脂形状对生物膜自组织结构的影响[J];南通大学学报(自然科学版);2013年02期

7 赵庆良,刘淑彦,王琨;复合式生物膜反应器中生物膜量、厚度及活性[J];哈尔滨建筑大学学报;1999年06期

8 马富国;张树军;曹相生;甘一萍;孟雪征;周军;王洪臣;彭永臻;;硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究[J];中国给水排水;2008年23期

9 王锦旗;宋玉芝;王国祥;;溢流堰基质及生物膜对水体复氧及水质的影响[J];水利水电技术;2009年01期

10 陈蓉;;生物接触氧化工艺中生物膜冲洗的研究[J];华东交通大学学报;2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郑波;;生物膜研究进展[A];第8届全国抗菌药物临床药理学术会议暨北京大学临床药理研究所成立三十周年论文集[C];2010年

2 Michael Gittins;;生物膜及其清除[A];中华护理学会第7届消毒供应中心发展论坛大会资料[C];2011年

3 于树云;宋诗铎;;万古霉素联合盐酸氨溴索对表葡菌生物膜干预作用的实验研究[A];中华医学会第七届全国呼吸道感染学术大会暨第一届多学科抗感染治疗学术研讨会论文汇编[C];2011年

4 隋森芳;;从分子到细胞——生物膜研究发展的动力[A];第七届全国生物膜学术讨论会论文摘要汇编[C];1999年

5 陈Oz;;生物膜与后基因组时代[A];后基因组时代的基因功能研究——青年科学家论坛第八十次活动论文集[C];2003年

6 吴骏逸;陆维昌;陈邦林;;新型悬浮材料上的生物膜降解氮的研究[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年

7 于树云;宋诗铎;;万古霉素联合盐酸氨溴索对表葡菌生物膜干预作用的实验研究[A];中华医学会呼吸病学年会——2011（第十二次全国呼吸病学学术会议）论文汇编[C];2011年

8 唐梦丹;郑建锋;赵敬军;;曲霉生物膜研究进展[A];2012全国中西医结合皮肤性病学术会议论文汇编[C];2012年

9 李剑锋;张红东;邱枫;杨玉良;;离散变分原则在生物膜形变模拟中的应用[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题B：高分子理论、计算与模拟[C];2013年

10 叶树集;马素兰;李红春;;生物膜上胆固醇传输动力学的非线性光谱研究[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 孙琪;顶级专家聚蓉 研讨防治“生物膜”[N];四川日报;2011年

2 记者 盛利;细菌生物膜研究将有效破解细菌抗药性[N];科技日报;2011年

3 本报记者 常丽君;掌控细胞悄悄话 攻破细菌生物膜[N];科技日报;2012年

4 常丽君;新系统能将生物膜改造成生物材料工厂[N];科技日报;2014年

5 实习生 操秀英;科学家发明细菌膜检测新设备[N];科技日报;2007年

6 田建军;生物膜为污水处理提供新模式[N];经济参考报;2004年

7 辽君;生物膜让“老慢支”久治不愈[N];卫生与生活报;2003年

8 本报记者 李颖;生物膜+微孔曝气 净化水体初战告捷[N];中国花卉报;2006年

9 中国水产科学研究院;海水工厂化养殖循环水净化系统中生物膜快速构建方法[N];中国渔业报;2013年

10 唐伟;生物膜研究领域的新收获[N];科技日报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙静;表面附着、休眠对白色念珠菌生物膜滞留菌形成的影响及滞留菌相关基因的初步筛选[D];山东大学;2015年

2 李培谦;黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucuifimViiiw)生物膜的形成及相关基因功能分析[D];广西大学;2015年

3 陈颖;肺癌生物材料植入白色念珠菌—表皮葡萄球菌生物膜的形成与宿主免疫功能的关系[D];昆明医科大学;2015年

4 史惠卿;亚-MIC头孢他啶、头孢哌酮对大肠埃希菌生物膜形成的影响及机制研究[D];第三军医大学;2013年

5 王小燕;气管导管材料表面细菌与真菌混合生物膜形成及真菌密度感应分子对混合生物膜的作用研究[D];昆明医科大学;2015年

6 王培培;生防枯草芽胞杆菌NCD-2ko株丰产素合成和生物膜形成相关基因的功能分析[D];河北农业大学;2015年

7 陆笑;LuxS/AI-2密度感应信号影响草绿色链球菌生物膜致病力的研究[D];南方医科大学;2015年

8 祝泽兵;供水管网中的耐氯菌群及其耐氯机制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 徐志辉;解淀粉芽孢杆菌SQR9生物膜形成和根际定殖分子机理研究[D];南京农业大学;2014年

10 何洪静;表皮葡萄球菌耐药特征及其PIA上游调控子与亚-MIC红霉素影响其生物膜形成的关系研究[D];第三军医大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 闫颖娟;基于生物膜形成的乳酸菌连续接种工艺研究[D];南京农业大学;2010年

2 王薇;管道特征对实际供水管网生物膜微生物种群多样性的影响研究[D];浙江大学;2015年

3 杨安逸;沼气搅拌式固定床的工艺及其生物膜特性[D];黑龙江八一农垦大学;2015年

4 王娟;抗生素锁技术治疗中心静脉导管相关感染的实验室研究[D];长江大学;2015年

5 尼逸伦;池塘生物膜低碳养殖新模式应用研究[D];集美大学;2015年

6 尹正国;脱管散体外抗铜绿假单胞菌生物膜作用的研究[D];甘肃中医药大学(原名：甘肃中医学院);2015年

7 董丽红;棉花根系分泌物对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株生物膜形成的影响[D];河北农业大学;2015年

8 谢冰涵;低温对MFC产电性能及阳极生物膜群落结构影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 翟振;LEA蛋白特征重复片段对POPE生物膜的干燥保护活性研究[D];上海理工大学;2015年

10 戴行楠;污垢对城市原生污水换热的影响[D];中国矿业大学;2015年

  本文关键词：重力流排水管道内生物膜生长动力学及微生物群落结构研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：456683