高效降解聚乙烯醇纺织废水处理系统中菌群结构与多样性研究

摘要

聚乙烯醇由于具有良好的粘附性、浆膜强韧性、耐磨性等性能而被广泛应用于纺织、造纸等行业。美国信息处理业务公司估计2012年中国生产和消费了超过世界一半的聚乙烯醇，并且预计从2012到2017年中国的需求会以平均每年5.8％的速度增加。
　　1克聚乙烯醇产生0.016克5日生化需氧量(BOD5)或1.6克化学需氧量(COD)，较低的BOD5/COD比值(0.01)表明聚乙烯醇很难生物降解。好氧环境下聚乙烯醇的降解效率为74.5％～81.3％，厌氧环境下则为17.2％。然而，这些研究大多是基于实验室反应器短期实验获得的数据，长期原位稳定运行的污水处理系统的报道并不多。幸运的是，在一个纺织公司中发现了一个长期稳定运行的具有高效去除聚乙烯醇的污水处理系统。因此对这个系统的研究，尤其是对该系统中微生物群落结构、组成和功能的研究，对于聚乙烯醇降解来说有重要意义。
　　本研究利用454焦磷酸测序分析了隶属同一个公司的原位长期稳定运行的传统好氧纺织废水处理系统(W1)和好氧厌氧处理系统(W2)，前者有较高的聚乙烯醇降解效率，后者降解效率一般。在97％的相似性下，共检测到1678个(W1)和578个(W2)细菌分类操作单元，440个(W1)和434个(W2)个古菌分类操作单元，以及694个(W1)和1000个(W2)个真核生物操作单元。虽然两个样点中细菌和古菌是高度功能组织化的，但是三个不同域的主要微生物依然有很大的不同。在纲水平上，W1中Proteobacteria的几个纲(α-，β-，δ-，γ-proteobacteria)分布相对均匀，而W2中的γ-proteobacteria是优势纲(75.65％)。在属水平上，W1中的Methanosaeta是优势的古菌属(70.07％)，并且可能促进聚乙烯醇的生物降解。因此，γ-proteobacteria和Methanosaeta可能是导致两个系统中聚乙烯醇降解效率不同的关键原核微生物。W1中脱氮细菌Nitrosomonadaceae(AOB)和Ottowia的相对丰都高于W2，而W1中的脱氮古菌Marine_Group_Ⅰ低于W2，表明两个系统脱氮细菌和古菌可能共同作用脱氮。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究课题背景

1．2 聚乙烯醇生产消费现状

1．3 基于Web of Science的聚乙烯醇文献计量学分析

1．3．1 材料与方法

1．3．2 结果与分析

1．4 基于Web of Science的聚乙烯醇降解的文献计量学分析

1．4．1 材料与方法

1．4．2 结果与分析

1．5 基于Web of Science的焦磷酸测序文献计量学分析

1．5．1 焦磷酸测序简介

1．5．2 数据来源和检索方法

1．5．3 数据处理

1．5．4 结果与分析

1．6 研究内容与技术路线

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究思路

第二章 研究材料和方法

2．1 样品采集

2．2 预实验

2．3 DNA扩增和焦磷酸测序

2．4 数据分析

第三章 含聚乙烯醇纺织废水中微生物群落多样性分析

3．1 OTU分类

3．2 多样性指数(Alpha-diversity)

3．2．1 菌群丰度(Community richness)指数

3．2．2 菌群多样性(Community diversity)指数

3．2．3 测序深度(Good’s coverage)指数

3．2．4 均一性分布曲线

3．3 稀释性曲线(Rarefaction curve)

3．4 OTU分布Venn图

3．5 群落heatmap图

3．5．1 细菌群落heatmap图分析

3．5．2 古菌群落heatmap图分析

3．5．3 真核生物群落heatmap图分析

3．6 群落结构组分图

3．6．1 细菌组分图

3．6．2 古菌组分图

第四章 聚乙烯醇降解菌群分析

4．1 聚乙烯醇降解菌细菌域分析

4．2 聚乙烯醇降解菌古菌域分析

第五章 结果与展望

5．1 结论和工业应用

5．2 创新点

5．3 建议

参考文献

致谢

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