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

分类号：密级：单位代码：学号山硕士学位论文论文题目：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作者姓名陈贻海专业名称—环境科学与工程指导教师戴九兰合作导师年月日分类号：单位代码：密级：学号：硕士学位论文论文题目：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宄作者姓名院名称环境研究院专业名称指导教师合作导师年月日附件一：原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：舊胬日期：錢、关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：导师签名期似、山东大学硕士学位论文目录第一章前言研宄课题背景聚乙烯醇生产消费现状基于的聚乙稀醇文献计量学分析材料与方法结果与分析基于的聚乙稀醇降解的文献计量学分析材料与方法结果与分析基于的焦磷酸测序文献计量学分析焦磷酸测序简介数据来源和检索方法数据处理结果与分析研究内容与技术路线研宄内容研宄思路第二章研宄材料和方法采样过程预实验扩增和焦磷酸测序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艘多样性指数菌群丰度指数菌群多样性指数测序深度指数均一性分布曲线稀释性曲线分布图群落图细菌群落图分析古菌群落图分析真核生物群落图分析群落结构组分图细菌组分图山东大学硕士学位论文古菌组分图第四章聚乙烯醇降解菌群分析聚乙烯醇降解菌细菌域分析聚乙烯醇降解菌古菌域分析第五章结果与展望结论和工业应用创新点建议参考文献硕士研宄生期间撰写论文目录山东大学硕士学位论文山东大学硕士学位论文山东大学硕士学位论文摘要聚乙烯醇由于具有良好的粘附性、楽膜强韧性、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，并且预计从到年中国的需求会以平均每年的速度增加。克聚乙烯醇产生克日生化需氧量或克化学需氧量较低的比值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，厌氧环境下则为。然而，这些研宄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宄，尤其是对该系统中微生物群落结构、组成和功能的研宄，对于聚乙烯醇降解来说有重要意义。本研究利用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和好氧厌氧处理系统，前者有较高的聚乙烯醇降解效率，后者降解效率一般。在的相似性下，共检测到个（和个（细菌分类操作单元，个（和个个古菌分类操作单元，以及个（和个（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，中的几个纲，分布相对均勾，而中的是优势纲。在属水平上，中的是优势的古菌属（并且可能促进聚乙烯醇的生物降解。因此，丫和可能是导致两个系统中聚乙稀醇降解效率不同的关键原核微生物。中脱氮细菌和的相对丰都高于，而中的脱氮古菌低于，表明两个系统脱氮细菌和古菌可能共同作用脱氮。关键词：焦磷酸测序，聚乙烯醇，生物降解，纺织废水，群落结构 山东大学硕士学位论文，，，”，，，山东大学硕士学位论文，，■，，，—， 山东大学硕士学位论文第一章前言研究课题背景聚乙炼醇，简称是一种以为分子式的水溶性高分子合成聚合物表示聚合度。按聚醇解度分类一般有完全醇解醇解度、部分醇解醇解度和醇解度三种。产品牌号中一般将聚合度的千、百位数字放在前面，醇解度放在后面，例如聚乙煤醇即表示聚合度为，醇解度为。为完全醇解型，习惯上称为纺织级的聚乙稀醇；为部分醇解型，习惯上称为非纺织级或衆料级的聚乙稀醇。独特的化学结构使得排入到环境中的不易生物降解。产生或者，，远小于难生物降解的标准，属于难以生物降解的物质。普通处理含废水的方法是物化和生化联用，但去除率仅为—般很难满足行业废水排放达标标准钱建栋。虽然本身并不具有生物毒性朱谱新和姚永毅，张波等，但是由于它具有很强的表面活性，容易产生大量的泡沫，使得水体复氧困难，对水生生物有较大危害，也影响水体美观，因此需要对排放的含的污染物进行研究和处理。年，沃斯通过比较不同来源的或的序列同源性，发现极端微生物与传统细菌原核生物不同，却与真核细胞具有较多的相似性，从而提出在地球上存在第三种生命形式——古细菌。后来为了突出它和细菌的区别，更名为古菌。年，沃斯正式提出了三界分类系统：生物分为真核生物、细菌和古菌（从而使古菌和细菌及真核生物处在了同等分类地位上。因此，对含聚乙炼醇废水的群落研宄有必要从这个三个方面开展。然而直到现在，筛选出来的聚乙稀醇降解菌菌株也只覆盖很少的几个科（，其中大部分是假单胞细菌和鞘氨醇单胞菌一些则属于真核生物，如青霉菌（和黑曲霉（，。古菌被认为是在微生物阶段扮演重要角色，因此在含聚乙稀醇废水中的古菌及 山东大学硕士学位论文其所扮演的角色也值得重视和研宄。根据年年初美国商业新闻社报道，纺织公司是中国和世界上最大的染色织物和衬衫生产公司。公司生产线集棉花种植、纺纱、染色、编织、精加工和衬衫缝细于一体。年产出色织布亿米，匹染布千万米，衬衫千万件。公司拥有较为完备的纺织废水处理系统，其中第一套为好氧处理系统，第二套为厌氧好氧处理系统。这两套处理系统都有较长的稳定运行时间。其中第一套处理系统有较高的聚乙稀醇去除率，但一直无法将其经验成功复制到其它处理系统上，包括无法复制到第二套处理系统上。因此，目前研宄的主要目标是基于焦憐酸测序表征长期稳定运行的含聚乙稀醇废水处理系统中微生物群落，包括细菌、古菌和真核生物群落。深入揭示含聚乙稀醇废水中微生物种类以及它们之间的相对丰度，并探讨微生物与环境之间的关系，为环境治理和微生物资源利用提供理论依据和实践指导。聚乙炼醇生产消费现状这种独特的结构使它具有优良的性能和在严酷的环境下较长的生命周期，广泛用作聚乙稀丁酸树脂生产、粘合剂、织物衆料、造纸衆料和涂层、维尼龙纤维和聚合剂助剂等方面，年世界主要地区贾明芬等和年中国崔小明聚乙稀醇消费结构见表。我国聚乙炼醇主要消费领域为纺织装料和聚合剂助剂。表世界主要地区聚乙稀醇消费结构百分比）地区粘合织物衆造纸衆料维尼龙聚合剂其它剂料和涂层纤维助剂世界平均中国美国西欧曰本 山东大学硕士学位论文年世界的生产总量达到万吨，其中中国大陆地区生产总量为万吨，约占世界生产总量的，其次是日本、美国崔小明。年，中国、日本和美国依然是世界上最大的聚乙稀醇生产者和消费者。美国和日本较高的聚乙稀醇的生产水平由大宗出口支撑。中国虽然生产并消费了超过一半的世界总量，但聚乙稀醇的生产能力却在进一步加强。在中国，除了作为聚合剂助剂外，聚乙炼醇最大的用处是作为纺织上奖试剂、建筑利用、织物、造纸楽料和涂层。虽然中国在年的聚乙烯醇的产量和消费量都占到了全球的份额的一半，但是跟踪长期数据许献智和魏唯濂，崔小明发现，我国在年的产量和表观消费量都较低。随着国民经济的快速发展，年中国聚乙稀醇数据表明，我国聚乙稀醇产量从年到年一直持续增长，虽然在年有所减少，但从年开始产量又在逐步上升（图。根据美国信息处理业务公司（估计，我国年平均需求量将持续增加，预计年平均年增长率为，我国聚乙烯醇的出口量和进口量都一直保持较低量，但从后出口量小有增加。产一一址口■■出■表观消费取二：’謹一議—■一—■——！年份图我国聚乙稀醇供需平衡情况 山东大学硕士学位论文基于的聚乙稀醇文献计量学分析文献计量学是借助文献的各种特征的数量釆用数学与统计学方法进行分析，以评价和预测科学技术现状与发展趋势的图书情报学分支科学。这一术语最早是年由英国人普里查德提出的。研宄内容包括文献的增长、文献的传播、文献的老化、文献的引用、文献的分布规律等方面。研宄成果已作为文献计量指标广泛应用于评价科技生产力、科技期刊质量、人才、研宄机构、高等院校的科技产出能力乃至整个国家的科技水平等方面。文献计量学的一个重要理论假设是一般来说科学文献与科学知识具有同步增长趋势并且它们增长规律也具有相似性。科技文献数量和结构的变化以及相互引用的规律可以反映相关科技领域的发展特征。因此，文献计量可以反映和预测某一领域科学技术发展的历史、现状和趋势黄卓泳等。材料与方法数据来源美国科技信息研宄所的《科学引文索引》（，是目前国际比较公认的一种对自然科学基础研宄成果进行评价的相对客观、易定量和便于操作的文献检索工具。被它检索到的论文代表了目前国际的研宄水平。因此，本文利用网络数据库进行扩展库的检索。检索时间范围为年至年。检索策略在的高级检索模式下，以（为检索策略，检出，篇英文文献。数据处理利用和提供的统计功能，以文献计量学的基本定律作为数据分析的基本方法，从文献的发表时间、主题词分类、被引用情况等对检出文献进行统计分析。 山东大学硕士学位论文结果与分析研宄趋势从图可以看出，从年以来论文发表数量几乎逐年增长按照本节索引标准，年的论文发表数量是年的倍，并呈现明显的二次曲线关系。以论文发表年为自变量，以每年论文发表数量为因变量进行二次曲线拟合，拟合曲线见图拟合参数如表。二次曲线拟合结果具有很强的显著性，为值。拟合结果表明，在接下来的年份里，关于聚乙煤醇研究的每年论文发表数量将会增加，聚乙稀醇研宄在未来几年也将会得到持续的研宄。‘篇数掠仓龜线■颂年粉图全球不同年份论文发表数量表论文发表年份对每年论文发表数量二次曲线拟合结果拟合参数系数标准误差值 山东大学硕士学位论文研宄热点从图结果表明，高分子材料、材料科学综合、化学物理和化学综合等是聚乙稀醇研究的主要方向按照本节索引方法，有众多的论文发表，是研宄的重点和主攻方向。而环境类研宄并不在论文记录数排名前一百中，表明聚乙稀醇在环境方向的研究并不是重要方向。村料科学综合国化学龍【报以化学丄程」丨舰丨■物理纳朱附技术药理药舰凝聚物质物理学衬料料学生物村料？记梁数鋳图论文记录数排名前十的分类中国聚乙稀醇产量和论文发表趋势分析记录数—产、化。。…。年份图中国聚乙條醇产量和每年发表论文 山东大学硕士学位论文图表明，聚乙條醇持续增长的大量使用使得对聚乙稀醇的研宄逐年增加，虽然年聚乙烯醇的产量有所下降，但由于滞后性，在年论文的数量才有所减少，并随着聚乙烯醇在年产量的增加年后年发表的论文数量也在持续的增加。基于的聚乙炼醇降解的文献计量学分析材料与方法在上做高级的文献搜索，以为检索字段。采用进行限制性检索，共检索到英文文献篇。先按照分类，从前个分类中选择化工、纺织、环境、微生物方面相关类进行分析，精炼得到文献篇。再按照分类对上述篇论文进行反向精炼，副去纯粹医学和应用化学上的分类，精炼得到文献篇。结果与分析对反向精炼后的篇文献做分类分析显示，所有分类都和降解相关。对篩选下来的篇文献进行阅读，归类整理。篩选出其中报道聚乙稀醇降解菌的文献，并将报道的菌群汇总至表。g 議芯“■“§寸必寸访￠丨；巷求求系———§■§°《§§§与与与张三謹護号雾麗曼證讀■登§§§. /——寸￠寸她■§顿？§！§了会了会了会八《式式、。系容式—次——————科￠的的的的！；上：—坊功对对功工；；宅夸§■芯二？：：；§？登‘‘‘絲駕§！°似“§—资§§■身杂§—“械：二！讓』画叫联（： 山东大学硕士学位论文基于的焦憐酸测序文献计量学分析焦磷酸测序简介焦磷酸测序是一种基于聚合原理的测序方法，它依赖于核苦酸掺入中焦磷酸盐的释放，由瑞典人于年在斯德哥尔摩的皇家工学院发展出来的。是基于焦磷酸测序原理建立的高通量基因组测序系统，依靠生物发光进行序列分析的技术：在多种酶的协同作用下，当碱基正确配对时，