本文關(guān)鍵詞：鐵錳離子對(duì)生物膜及其胞外聚合物的作用規(guī)律研究

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【摘要】：隨著社會(huì)和工業(yè)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的水體中出現(xiàn)不同濃度的鐵錳離子。目前,它們?cè)趶U水生物處理中的影響研究主要集中于活性污泥體系,而對(duì)生物膜系統(tǒng)的影響研究較少。生物膜法因其具有復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)、高有機(jī)負(fù)荷率和強(qiáng)抗沖擊能力等諸多優(yōu)勢(shì)而獲得廣泛應(yīng)用,胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)作為微生物聚集體的重要組成部分,對(duì)保持生物膜微觀(guān)結(jié)構(gòu)和功能的完整性起著關(guān)鍵作用。水中不同濃度金屬離子的存在可能會(huì)刺激微生物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng),短時(shí)間內(nèi)改變胞外聚合物組分特性,使生物膜的微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,進(jìn)而影響生物膜系統(tǒng)的傳質(zhì)性和穩(wěn)定性。因此,本文通過(guò)自主設(shè)計(jì)固定床生物膜反應(yīng)器(Fixed Bed Biofilm Reactor, FBBR),以金屬離子Fe3+和Mn2+為研究對(duì)象,并結(jié)合掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)等技術(shù)手段,系統(tǒng)研究Fe3+和Mn2+對(duì)生物膜的微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)、降解活性及其EPS組分的作用規(guī)律,探索生物膜及其EPS與Fe3+和Mn2+間的作用機(jī)制。研究結(jié)果表明：(1)采用間歇運(yùn)行方式在FBBR中進(jìn)行掛膜,反應(yīng)器pH、DO、CODcr和NH3-N的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,該設(shè)計(jì)能在PVC載體上成功培養(yǎng)出生物膜,反應(yīng)器運(yùn)行1 0天左右完成掛膜,掛膜期間反應(yīng)器運(yùn)行效果穩(wěn)定,pH和DO分別保持在6.8～7.8和2-6mg/L, CODcr和NH3-N去除率可以分別穩(wěn)定在80%和75%以上。鏡檢結(jié)果顯示生物膜具有豐富的生物相,反應(yīng)器呈現(xiàn)良好的掛膜效果。(2)Fe3+可以通過(guò)直接影響微生物生理或者間接影響EPS組分對(duì)生物膜的形成和活性產(chǎn)生重要作用。生物量和降解活性的結(jié)果顯示,2 mg/L Fe3+有助于生物膜的形成,而16 mg/L Fe3+明顯抑制了生物膜的生長(zhǎng)和活性。掃描電鏡結(jié)果顯示16mg/L Fe3+使生物膜上絲狀菌的數(shù)量明顯減少,并刺激EPS的大量分泌。生物膜EPS組分分析表明,2 mg/L Fe3+有利于溶解性EPS(SEPS)和松散附著型EPS(LB-EPS)的增加并促進(jìn)微生物的聚集,而16mg/L Fe3+會(huì)刺激緊密粘附型EPS (TB-EPS)的大量分泌,這為微生物提供保護(hù)層但也引起了生物膜的阻塞。FTIR和XPS結(jié)果顯示鐵離子對(duì)EPS中蛋白質(zhì)(PN)的-CONH-、多糖(PS)的C-O以及核酸中的磷酸基團(tuán)產(chǎn)生重要影響,并與EPS基團(tuán)的碳原子或氧原子產(chǎn)生架橋作用。(3)Mn2+可以通過(guò)其營(yíng)養(yǎng)學(xué)作用,Mn2+與EPS間的架橋作用以及含錳化合物作為載體和誘導(dǎo)核心的作用,促進(jìn)生物膜形成,增強(qiáng)生物膜致密性,并加速生物膜成熟。在生物膜成熟期連續(xù)投加10mg/L Mn2+對(duì)一個(gè)周期內(nèi)生物膜的降解活性影響很小,反應(yīng)器CODcr和NH3-N去除率分別達(dá)到85.4±1.5%和76.3±1.9%。生物膜不同類(lèi)型EPS含量的變化表明,Mn2+不僅能夠促進(jìn)生物膜產(chǎn)生更多的TB-EPS,保護(hù)微生物免受傷害,而且還會(huì)加速生物膜的成熟和提高生物膜去除有機(jī)物的穩(wěn)定性。錳離子對(duì)EPS官能團(tuán)的作用與鐵離子類(lèi)似,其會(huì)與EPS基團(tuán)O=C或C-O中的氧原子產(chǎn)生架橋作用。
【關(guān)鍵詞】：鐵離子 錳離子 生物膜 胞外聚合物
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 選題背景及意義14
• 1.2 水中鐵錳來(lái)源及影響14-15
• 1.3 生物膜15-20
• 1.3.1 生物膜的形成及影響因素15-17
• 1.3.2 生物膜的組成、形態(tài)和結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3.3 生物膜的種群構(gòu)成及分布特征19-20
• 1.3.4 生物膜的吸附和降解作用20
• 1.4 胞外聚合物(EPS)20-26
• 1.4.1 EPS的組成和結(jié)構(gòu)21
• 1.4.2 EPS的提取和表征21-23
• 1.4.3 EPS的作用和特性23-24
• 1.4.4 影響EPS產(chǎn)生的因素24-26
• 1.5 鐵錳離子對(duì)廢水生物處理的影響26-28
• 1.5.1 鐵錳離子對(duì)活性污泥的影響26
• 1.5.2 鐵錳離子對(duì)生物膜的影響26-28
• 第二章 研究?jī)?nèi)容與方法28-34
• 2.1 研究?jī)?nèi)容28-30
• 2.1.1 研究技術(shù)路線(xiàn)28-29
• 2.1.2 反應(yīng)器設(shè)計(jì)與運(yùn)行29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料30-32
• 2.3 分析方法32-34
• 2.3.1 生物膜量分析32
• 2.3.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)和生物膜鏡檢32
• 2.3.3 EPS提取及定量分析32-33
• 2.3.4 生物膜微觀(guān)形態(tài)分析33
• 2.3.5 EPS光譜學(xué)分析33-34
• 第三章 反應(yīng)器掛膜運(yùn)行規(guī)律34-39
• 3.1 材料和方法34
• 3.2 結(jié)果與討論34-38
• 3.2.1 pH和DO的變化34-35
• 3.2.2 生物膜的形態(tài)觀(guān)察35-37
• 3.2.3 CODcr和NH_3-N的去除37-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第四章 鐵離子對(duì)生物膜及其EPS的影響39-48
• 4.1 材料和方法39-40
• 4.2 結(jié)果與討論40-47
• 4.2.1 鐵離子對(duì)生物膜生長(zhǎng)的影響40-42
• 4.2.2 鐵離子對(duì)生物膜降解活性的影響42
• 4.2.3 鐵離子對(duì)生物膜EPS組成的影響42-44
• 4.2.4 鐵離子對(duì)生物膜EPS官能團(tuán)的影響44-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第五章 錳離子對(duì)生物膜及其EPS的影響48-58
• 5.1 材料和方法48-49
• 5.2 結(jié)果與討論49-57
• 5.2.1 錳離子對(duì)生物膜生長(zhǎng)的影響49-51
• 5.2.2 錳離子對(duì)生物膜降解活性的影響51-52
• 5.2.3 錳離子對(duì)生物膜EPS組成的影響52-55
• 5.2.4 錳離子對(duì)生物膜EPS官能團(tuán)的影響55-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)59
• 6.3 不足與展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-69
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的研究成果69
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目69-70
• 附錄C 蛋白質(zhì)、多糖和DNA的測(cè)定方法70-72

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