给水管网中微生物初期附着和聚集行为研究

摘要

给水管网是一个复杂的、动态变化的生态系统，微生物会以自聚集的方式来应对其环境条件并形成生物膜，严重影响饮用水水质安全。尽管近年来研究者在给水管网中生物膜形成方面开展了大量研究，但关于微生物如何应对不利环境条件以及生物膜形成机制仍不清楚。本文以给水管网微生物为研究对象，剖析水中余氯和流速胁迫下微生物个体行为和初期聚集过程，揭示生物膜的形成机制，以期为给水管网微生物生长控制提供理论指导和新的思路。　　首先，本文研究了水中余氯浓度对微生物运动及初期附着的影响。结果表明，在氯浓度较低(0.0-1.0mg/L)时，氯会促进微生物的附着行为;但当浓度过高(＞1.0mg/L)时就会产生抑制作用。通过数学模型揭示氯会调控微生物的运动，从而影响着微生物的初期表面附着。　　其次，研究了氯胁迫下微生物EPS分泌和表面聚集过程。结果显示，氯会刺激微生物分泌出更多胞外聚合物EPS（尤其是胞外蛋白），然而当浓度过高时，便会产生抑制作用。氯胁迫下微生物EPS生成量与附着生物量的变化趋势相一致。因此，氯调控了EPS的分泌，改变了微生物表面的电荷量和生物活性，影响了微生物在管道表面的初期聚集行为。　　最后，研究了流速对生物膜初期形成的影响。在流速低于1m/s的情况下，微生物的数量和EPS的分泌量（特别是是胞外多糖）会随着流速的增加而提高;但随着流速进一步提高，生物膜中细菌数量和EPS的分泌量有所降低。流速调控了微生物分泌胞外多糖的含量，从而影响生物膜的初期形成过程。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出

1．2 给水管网中微生物聚集行为的研究现状

1．2．1 管网生物膜的形成过程及其特性

1．2．2 影响管网中生物膜形成的因素

1．2．3 研究存在问题和不足

1．3 本文的主要研究内容及意义

第二章 水中余氯对给水管网微生物表面附着行为的影响

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 样品的制备

2．2．2 实验步骤

2．2．3 微生物表面附着量的测定

2．2．4 细菌的死活染色

2．2．5 微生物表面附着动力学模型的建立

2．3 实验结果

2．3．1 在不同氯浓度下的微生物的表面附着

2．3．2 氯对附着微生物的活性的影响

2．3．3 不同氯浓度下微生物表面附着的模拟结果

2．3．4 不同氯浓度下微生物聚集情况的模拟结果

2．3．5 氯的分布与变化以及对微生物运动的影响

2．4 讨论

第三章 水中余氯对给水管网微生物的表面聚集和EPS分泌的影响

3．1 引言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 水样的准备和溶液的配置

3．2．2 实验步骤

3．2．3 提取和再悬浮生物膜中的微生物

3．2．4 EPS的提取和化学测试方法

3．2．5 异养菌平皿计数(HPC)

3．2．6 死活菌染色方法

3．2．7 TOC分析

3．2．8 表面电荷

3．2．9 EPS去除实验

3．3 实验结果

3．3．1 在不同氯浓度下微生物分泌的EPS的量

3．3．2 不同氯浓度下悬浮细胞的表面电荷

3．3．3 不同氯浓度下载片上的生物量

3．3．4 不同氯浓度下载片上的微生物的死活分布

3．3．5 EPS去除后对微生物聚集行为的影响

3．4 讨论

第四章 水流流速对给水管网生物膜初期形成和膜内EPS含量的影响

4．1 引言

4．2 实验设备和方法

4．2．1 实验系统

4．2．2 提取和再悬浮生物膜中的微生物

4．2．3 分析方法

4．3 结果

4．3．1 水质变化

4．3．2 不同流速下管道内壁HPC

4．3．3 不同流速条件下管段内壁上的总细胞浓度

4．3．4 EPS的含量和生物膜生长速率随流速的变化

4．4 讨论

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单