本文關(guān)鍵詞：重力流排水管道內(nèi)生物膜生長動力學(xué)及微生物群落結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：排水管道作為城市排水系統(tǒng)重要的組成部分,擔(dān)負(fù)著城市廢水的收集與輸送功能。近期研究表明,排水管道類似于生化反應(yīng)器,在其中發(fā)生著眾多的生物化學(xué)反應(yīng),也就出現(xiàn)了生物降解、H2S和CH4等氣體的產(chǎn)生以及排水管道腐蝕等現(xiàn)象。排水管道中的生物膜是生化反應(yīng)發(fā)生的主要場所,生物膜的結(jié)構(gòu)組成及反應(yīng)特性決定了上述現(xiàn)象的發(fā)生。而排水管道內(nèi)特殊的水力條件及基質(zhì)成分也即排水管道壁面剪切力與基質(zhì)濃度是影響生物膜生長的主要因素。為此,本文通過搭建排水管道生物膜培養(yǎng)裝置,研究不同基質(zhì)濃度和剪切力條件下生物膜生長特征及結(jié)構(gòu)特性,采用微電極測試技術(shù)測試生物膜厚度并分析生物膜密度和胞外聚合物,結(jié)合454高通量分子生物學(xué)技術(shù)對不同剪切力條件下成熟生物膜中微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,從宏觀角度和分子生物學(xué)角度探討剪切力和基質(zhì)濃度對生物膜生長過程及生物膜結(jié)構(gòu)的影響,為今后的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)資料。研究得出的主要結(jié)論如下:①在生物膜生長過程中,生物膜厚度隨時間逐漸增加,之后達(dá)到最大生物膜厚度,隨后生物膜厚度有一定程度的減小,最終趨于穩(wěn)定;生物膜密度逐漸增加并達(dá)到最大值,隨后生物膜密度逐漸減小并最終達(dá)到穩(wěn)定值;生物膜胞外聚合物(EPS)含量也逐漸增加,當(dāng)EPS含量達(dá)到一定的峰值之后,會出現(xiàn)一定程度的減小并最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)。研究結(jié)果表明:當(dāng)生物膜生長達(dá)到平衡狀態(tài)時,不同剪切力條件下的生物膜厚度大小依次為:L(F=1.29pa)L(F=1.12pa)L(F=1.45pa);生物膜密度(TS)的大小關(guān)系為:TS(F=1.45pa)TS(F=1.29pa)TS(F=1.12pa);生物膜EPS含量大小依次為:EPS(F=1.29pa)EPS(F=1.12pa)EPS(F=1.45pa)。②高通量測序結(jié)果表明,排水管道生物膜中細(xì)菌多樣性較高。不同剪切力條件下成熟生物膜中共同的優(yōu)勢菌門為變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)和Candidate_division_TM7。研究結(jié)果表明,剪切力對生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)、脫氮功能菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等的數(shù)量影響較大。③在一定范圍內(nèi),隨著剪切力的增大,生物膜的厚度和EPS都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,而生物膜TS逐漸增大,生物膜厚度與EPS變化趨勢一致。不同剪切力下成熟生物膜中EPS主要成分均為蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)和多糖,其中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)含量明顯高于多糖含量。④對于穩(wěn)定狀態(tài)的生物膜,在剪切力相同條件下增加基質(zhì)濃度或者同時增加剪切力和基質(zhì)濃度,生物膜厚度變小,生物膜密度逐漸變大,生物膜胞外聚合物也變小。⑤建立了排水管道流體動力學(xué)與生物膜生長動力學(xué)耦合模型并對模型進(jìn)行了驗證,結(jié)果表明模型具有較高的準(zhǔn)確性。該模型對試驗具有積極指導(dǎo)作用。通過研究剪切力和基質(zhì)濃度對排水管道生物膜生長過程的影響,采用高通量測序手段分析成熟生物膜中微生物群落結(jié)構(gòu),并建立排水管道流體動力學(xué)與生物膜生長動力學(xué)耦合模型,為排水管道作為反應(yīng)器這一理念的進(jìn)一步推廣以及今后的實際應(yīng)用提供了理論依據(jù),具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：排水管道 生物膜 剪切力 基質(zhì)濃度 微生物種群結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU992
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 排水管道內(nèi)污水處理的研究9-10
• 1.2.2 排水管道內(nèi)有毒有害氣體的產(chǎn)生、影響與控制研究10-11
• 1.2.3 生物膜生長與脫落的影響因素研究11-12
• 1.2.4 排水管道污染物轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模擬研究12-14
• 1.2.5 分子生物學(xué)在生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)的研究14-16
• 1.3 研究的目的與內(nèi)容16-19
• 1.3.1 研究的目的16
• 1.3.2 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.3 技術(shù)路線17-19
• 2 試驗材料與方法19-29
• 2.1 試驗裝置19-20
• 2.2 試驗用水來源與水質(zhì)20-21
• 2.3 分析項目與檢測方法21-27
• 2.3.1 常規(guī)分析項目與檢測方法21-22
• 2.3.2 非常規(guī)分析項目與檢測方法22-25
• 2.3.3 微生物學(xué)指標(biāo)的檢測方法25-27
• 2.4 試驗啟動與運行27-29
• 3 剪切力對排水管道生物膜生長過程的影響29-47
• 3.1 不同剪切力對生物膜厚度的影響29-31
• 3.2 不同剪切力對生物膜密度的影響31-33
• 3.3 不同剪切力對生物膜胞外聚合物的影響33-35
• 3.4 不同剪切力下生物膜生長過程中厚度、TS與EPS之間的變化關(guān)系35-37
• 3.5 不同剪切力下成熟生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)分析37-46
• 3.5.1 微生物群落多樣性分析37-40
• 3.5.2 剪切力對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響40-42
• 3.5.3 脫氮功能菌42-44
• 3.5.4 硫酸鹽還原菌44-45
• 3.5.5 產(chǎn)甲烷菌45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 4 基質(zhì)濃度對排水管道生物膜生長過程的影響47-57
• 4.1 不同基質(zhì)濃度對生物膜厚度的影響47-50
• 4.2 不同基質(zhì)濃度對生物膜TS的影響50-53
• 4.3 不同基質(zhì)濃度對生物膜EPS的影響53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 5 排水管道生物膜生長動力學(xué)模型研究57-67
• 5.1 建模方法57
• 5.2 排水管道生物膜生長動力學(xué)模型57-65
• 5.2.1 單因素回歸模型57-59
• 5.2.2 多因素回歸模型59-65
• 5.3 本章小結(jié)65-67
• 6 結(jié)論與建議67-69
• 6.1 結(jié)論67
• 6.2 建議67-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 附錄77
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和專利77
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項目77

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本文編號：456683