本文關(guān)鍵詞：群體感應(yīng)（QS）對MBR膜污染影響分析

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【摘要】：隨著人類對環(huán)境質(zhì)量要求的提高,傳統(tǒng)污水處理方式的局限性越來越明顯,膜生物反應(yīng)器作為一種新型高效的水處理工藝受到越來越廣泛的重視。然而,膜污染仍是限制MBR應(yīng)用的巨大瓶頸,它導(dǎo)致處理能耗的增加、膜的頻繁更換和產(chǎn)水量的降低。膜污染可分為有機污染,無機污染和生物污染,其中,生物膜在濾膜上緩慢形成導(dǎo)致的生物污染是引起膜通量下降的主要因素。深入理解膜生物污染的形成機理,在此基礎(chǔ)上提出有效的膜污染控制措施和膜清洗措施,保證實際工藝的高效運行,延長膜的使用壽命,這是MBR應(yīng)用過程中急需解決的關(guān)鍵問題,也是目前國內(nèi)外一直關(guān)注的研究熱點。研究表明,生物膜的形成和微生物群體感應(yīng)(Quorum Sensing, QS)緊密相關(guān),MBR中利用群體淬滅減緩膜污染是一種有效的污染控制途徑。本研究以處理生活污水的MBR裝置為研究對象,從膜生物污染物表征、導(dǎo)致膜生物污染的群體感應(yīng)信號分子的確定、通過群體感應(yīng)誘導(dǎo)膜污染產(chǎn)生的微生物群落結(jié)構(gòu)解析等方面,探討生物群體感應(yīng)對MBR膜污染的影響,從生物學(xué)本質(zhì)闡述膜生物污染的形成機理,為后續(xù)提出有效的MBR膜污染控制措施奠定基礎(chǔ)。本文對不同運行時段、不同跨膜壓力(TMP)條件下MBR中活性污泥和膜上污染物的EPS和SMP含量進行檢測,并對EPS和SMP中蛋白質(zhì)、多糖和DNA的含量進行分析。結(jié)果表明,導(dǎo)致膜生物污染的主要污染物是EPS,但SMP在起始階段發(fā)揮更大的污染作用。在生物濾層和污泥混合液中EPS里含量最多的污染物為蛋白質(zhì),但多糖的含量變化也起到較為重要的作用�；旌弦褐械腟MP成分中的主要污染物是蛋白質(zhì)和多糖兩種,蛋白質(zhì)主要在污染的前期起作用,多糖在整個運行中都起重要作用。信號分子、微生物和基因表達是群體感應(yīng)實現(xiàn)對環(huán)境的適應(yīng)調(diào)控并且形成生物濾層的三個必要因素。文中采用UPLC-MS/MS的方法對MBR膜生物濾層和活性污泥中的AHL類信號分子進行了檢測,得出在不同跨膜壓力時段信號分子的種類和含量變化趨勢,探知群體感應(yīng)導(dǎo)致膜污染發(fā)生的規(guī)律,確定導(dǎo)致膜污染產(chǎn)生的主要信號分子。結(jié)果表明,生物濾層中,主要作用于初期的信號分子有C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL、3-o-C8-HSL,在生物成熟穩(wěn)定期主要發(fā)揮作用的信號分子有C4-HSL, C6-HSL,3-o-C6-HSL、C12-HSL。膜污染后期,各種信號分子含量均較少,只有C6-HSL和3-o-C8-HSL還能維持在較高的值,認為是這個時期主要的信號分子。將污泥混合液和生物濾層中信號分子分別與污染物進行相關(guān)性分析,認為C8-HSL能促進混合液SMP和EPS中多糖的產(chǎn)生,對混合液EPS中蛋白質(zhì)和DNA的產(chǎn)生也有部分的促進作用。3-o-C8-HSL能促進混合液SMP中的蛋白質(zhì)、DNA的產(chǎn)生,3-o-C6-HSL對膜上EPS中蛋白呈現(xiàn)較強的促進作用。微生物是處理污水的主體,也是形成MBR膜表面生物膜的主要組成成分。本文對不同跨膜壓力條件下MBR中活性污泥和濾膜上生物膜的生物群落結(jié)構(gòu)進行解析,將主導(dǎo)膜污染的信號分子、產(chǎn)生的主要污染物和相應(yīng)的菌種相關(guān)聯(lián),并探討了污泥和濾膜上生物膜中微生物種類、數(shù)量的差別。發(fā)現(xiàn)Simplicispira、 Saccharibacteria_norank、Comamonadaceae unclassifie是污泥混合液和生物濾層中的三種主要菌屬,在污染的初期,Comamonadaceae unclassifie通過C8-HSL、 3-o-C8-HSL促進SMP和EPS中的多糖、蛋白質(zhì)、DNA的產(chǎn)生。在膜污染的中期,Simplicispira在膜上繁殖生長,主要通過產(chǎn)生3-o-C6-HSL促進EPS中蛋白的分泌。膜污染的后期,各種信號分子含量較少,C6-HSL和3-o-C8-HSL可能是主要的信號分子,促進部分蛋白的產(chǎn)生。說明在污染的早期和中期,主要作用菌群不同,產(chǎn)生不同種類的信號分子,激活基因表達,分泌相應(yīng)的胞外聚合物,致使膜生物污染不斷加重,在污染的后期,微生物衰亡老化釋放的大量胞內(nèi)物質(zhì)成為污染的主要機理,信號分子的作用在其次。已有較多研究表明群體感應(yīng)對MBR膜生物污染的形成有促進作用,但污染的階段性變化和群體感應(yīng)信號分子間的相互關(guān)系沒有細致劃分,本研究提供了較為全面的研究和分析,更清楚的闡釋了在不同運行時期的污染機理。
【關(guān)鍵詞】：群體感應(yīng) MBR膜污染 信號分子 群落結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-31
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 MBR膜污染概述15-20
• 1.2.1 膜污染機制15-16
• 1.2.2 膜污染類型16-17
• 1.2.3 膜污染影響因素17-20
• 1.3 群體感應(yīng)在MBR膜污染控制中的研究進展20-26
• 1.3.1 群體感應(yīng)20-22
• 1.3.2 膜污染與群體感應(yīng)的關(guān)系22-23
• 1.3.3 基于群體感應(yīng)抑制的膜污染控制23-26
• 1.4 微生物群落結(jié)構(gòu)與MBR膜生物污染的關(guān)系26-28
• 1.4.1 微生物對膜的起始生物污染影響機制研究27-28
• 1.5 課題提出28-31
• 1.5.1 研究目的和主要研究內(nèi)容29
• 1.5.2 研究意義和創(chuàng)新29-31
• 第2章 實驗材料和方法31-44
• 2.1 實驗試劑和材料31-33
• 2.1.1 實驗試劑31-32
• 2.1.2 實驗材料32-33
• 2.2 實驗裝置33-34
• 2.3 主要試驗儀器34
• 2.4 實驗方法34-44
• 2.2.1 反應(yīng)器啟動方法35-38
• 2.2.2 污泥混合液和生物濾層中EPS提取方法38
• 2.2.3 污泥和膜上SMP提取方法38-39
• 2.2.4 污泥和膜上AHLs提取方法39
• 2.2.5 UPLC-MS/MS檢測提取的AHLs39-41
• 2.2.6 原位生物檢測膜上濾層中AHLs41-42
• 2.2.7 常規(guī)指標(biāo)分析方法42-44
• 第3章 MBR中膜生物污染解析44-62
• 3.1 MBR反應(yīng)器的啟動運行44-48
• 3.1.1 MBR反應(yīng)器污水處理效果44-47
• 3.1.2 活性污泥生物相分析47-48
• 3.2 膜污染物解析48-61
• 3.2.1 MBR中跨膜壓力變化趨勢49-50
• 3.2.2 膜污染物成分解析50-60
• 3.2.3 生物濾層與污泥混合液中的污染物相關(guān)性60-61
• 3.3 本章小結(jié)61-62
• 第4章 群體感應(yīng)對膜生物污染的影響62-80
• 4.1 群體感應(yīng)檢測位置確定62-65
• 4.2 群體感應(yīng)信號分子檢測65-78
• 4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)品信號分子檢測65-70
• 4.2.2 樣品信號分子隨TMP的變化規(guī)律70-76
• 4.2.3 群體感應(yīng)與膜污染相關(guān)性分析76-78
• 4.3 本章小結(jié)78-80
• 第5章 生物群落結(jié)構(gòu)解析與膜生物污染80-105
• 5.1 生物群落結(jié)構(gòu)解析80-102
• 5.1.1 數(shù)據(jù)優(yōu)化與統(tǒng)計80-82
• 5.1.2 OTU群落聚類82-83
• 5.1.3 稀釋性曲線分析83-84
• 5.1.4 多樣性指數(shù)分析84-87
• 5.1.5 Rank-Abundance曲線87-88
• 5.1.6 Specaccum物種累積曲線88-89
• 5.1.7 OTU分布文氏圖89-91
• 5.1.8 群落結(jié)構(gòu)組分圖91-96
• 5.1.9 PCA分析96-98
• 5.1.10 多樣本相似度樹狀圖98-100
• 5.1.11 熱圖100-102
• 5.2 群落結(jié)構(gòu)與群體感應(yīng)及膜污染的關(guān)系102-103
• 5.3 本章小結(jié)103-105
• 結(jié)論與展望105-107
• 致謝107-108
• 參考文獻108-117
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加科研情況117

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭嘉亮;陳衛(wèi)民;;細菌群體感應(yīng)信號分子與抑制劑研究進展[J];生命科學(xué);2007年02期

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本文編號：891466