气化除磷系统微生物群落结构及作用机理

论文摘要

我国水体磷污染日益严重,造成水体富营养化严重威胁到了自然环境的良好发展。传统污水生物除磷工艺存在工艺复杂、易造成二次污染等一系列问题,而且不能有效解决磷资源匮乏与水体磷污染的矛盾。为实现磷从“去除型”到“回收型”的转变,深入研究以气化除磷技术为基础的磷酸盐还原系统的微生物群落结构,作用机理以及动力学模型。为气化除磷机制提供了理论依据,具有重要的学术意义。同时为实践提供理论依据,促进其在实际中的应用。试验采用16S rRNA测序技术,分别研究磷酸盐还原系统中磷化氢产生的初期,中期和最佳时期的微生物群落结构,对三个时期物种组成进行分析,物种丰富度由大到小依次为:中期,最佳时期和初期;物种均匀度由大到小依次为:中期,初期和最佳时期;物种多样性由大到小依次为:中期,初期和最佳时期。在“门”分类学水平上,结合物种组成和对中期与最佳时期的显著性差异分析,认为可能含有将磷酸盐还原为磷化氢的菌种或与其有协同作用的菌种的门类有变形菌,糖杆菌,绿弯菌,芽单胞菌和厚壁菌。可能含有具有竞争作用菌种的门类是拟杆菌和放线菌。在“种”分类学水平上,结合三个时期样本进行物种关系Venn图和最佳时期由“域”至“种”的多级物种snburst图分析,筛选出磷酸盐还原菌或与其是协同关系可能性较大的菌种和与磷酸盐还原菌是竞争关系可能性大的菌种,发现这些菌种多数为未分类和不可人工培养的菌种。通过COG功能分类分析发现磷酸盐还原系统从磷化氢产生初期至最佳时期过程中碳水化合物转运和代谢,能源生产和转换等8个功能的加强,促进了磷化氢的产生。通过KEGG功能分析发现与磷相关的酶有286个,与磷相关的代谢通路有磷脂酰肌醇信号系统等5个。结合热力学综合分析推测磷酸盐还原系统可能的作用机理,系统通过PTS通路运输葡萄糖,磷酸盐和亚磷酸盐代谢通路与细胞的跨膜运输是系统提供H2PO4-的途径,磷酸戊糖代谢通路为系统提供能量,磷脂酰肌醇信号系统与磷酸肌醇代谢通路为生成磷化氢提供了有利的胞内环境。通过试验建立回归方程确定系统有机物降解动力学模型,微生物增长方程和磷去除动力学方程。为该工艺的放大试验研究提供理论依据和实用技术,促进其在实际工程中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 课题背景
•     1.1.2 课题来源
•     1.1.3 课题的目的和意义
•   1.2 传统生物除磷工艺
•   1.3 磷化氢的源及其产生机理的研究现状
•     1.3.1 磷化氢产生的源
•     1.3.2 磷化氢产生机理的研究进展
•   1.4 研究内容及技术路线
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 技术路线
• 2 试验装置与方法
•   2.1 试验装置与设备
•     2.1.1 动态试验装置
•     2.1.2 静态试验装置
•     2.1.3 试验设备
•   2.2 试验用水与污泥驯化
•     2.2.1 试验用水
•     2.2.2 污泥驯化
•   2.3 试验方法
•     2.3.1 常规指标测试方法
•     2.3.2 磷化氢测试方法
•     2.3.3 16S rRNA测序
• 3 气化除磷系统微生物多样性分析
•   3.1 气化除磷活性污泥样本选取及序列长度分布的研究
•     3.1.1 测序数据统计
•     3.1.2 样本数据统计
•     3.1.3 序列长度分布
•   3.2 物种注释与评估
•     3.2.1 样本物种分类研究
•     3.2.2 样本Rank-Aubandance曲线多样性研究
•     3.2.3 样本Alpha多样性研究
•     3.2.4 样本稀释曲线研究
•   3.3 物种组成研究
•     3.3.1 样本群落组成研究
•     3.3.2 样本差异物种显著性研究
•     3.3.3 样本物种关系Venn图及sunburst图研究
•   3.4 本章小结
• 4 气化除磷系统机理研究
•   4.1 气化除磷系统COG功能分类信息研究
•   4.2 气化除磷系统KEGG功能信息研究
•     4.2.1 磷酸戊糖代谢通路研究
•     4.2.2 磷膦酸盐和亚磷酸盐代谢研究
•     4.2.3 肌醇磷酸盐代谢研究
•     4.2.4 磷脂酰肌醇信号系统代谢研究
•     4.2.5 磷酸转移酶系统代谢研究
•   4.3 气化除磷系统微生物作用机理研究
•     4.3.1 系统溶液中磷的存在形式
•     4.3.2 磷酸盐还原机理的热力学研究
•   4.4 本章小结
• 5 气化除磷系统生物处理动力学模型
•   5.1 气化除磷系统有机物降解动力学
•     5.1.1 气化除磷系统有机物降解模型建立的基本假设
•     5.1.2 气化除磷系统有机物降解动力学模型推导
•     5.1.3 气化除磷系统有机物降解动力学模型常数的确定
•   5.2 气化除磷系统微生物增长动力学
•     5.2.1 气化除磷系统微生物增长动力学模型建立的基本假设
•     5.2.2 气化除磷系统微生物增长动力学模型推导
•     5.2.3 气化除磷系统微生物增殖动力学模型常数的确定
•   5.3 气化除磷系统微生物除磷反应动力学
•     5.3.1 气化除磷系统除磷模型建立基本假设
•     5.3.2 气化除磷系统除磷反应动力学推导
•     5.3.3 气化除磷系统除磷动力学模型中常数的确定
•   5.4 本章小结
• 6 结论和展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李婷

导师: 王冰

关键词: 磷酸盐还原,磷化氢,作用机理,动力学模

来源: 沈阳建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 沈阳建筑大学

基金: 国家自然科学基金(51508343):基于磷酸盐还原体系的兼氧MBR气化除磷机制研究

分类号: X703;X172

DOI: 10.27809/d.cnki.gsjgc.2019.000165

总页数: 115

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