膜法生产饮用水过程中膜生物污染研究

论文摘要

随着工业化进程的加速，水源污染、水质复杂化，造成了饮水安全隐患。与此同时，我国人民生活水平的日益提高，饮用水的安全问题也备受关注。而使用传统水处理工艺对饮用水的消毒过程中，消毒剂会产生各种消毒副产物。消毒剂通过与水中的天然有机物、溴化物、碘化物等发生取代或加成反应生成的消毒副产物大多数都被证实是致畸形、基因突变以及致癌的。膜分离技术为新式的饮用水处理工艺的研究与应用提供了条件，其有占地面积小、出水水质稳定、可进行自动控制等优点。但是膜污染问题严重影响着该技术的广泛应用，膜污染不只提升了膜法制取饮用水的技术成本，还造成了膜透性的降低，而水通量降低制约着水生产的量。膜污染中的微生物污染是十分复杂的，因为生物种类多样繁殖能力以及对环境适应能力强，代谢产物以及次生产物多样都造成了生物污染的难以控制。本论文研究了在地表水生产饮用水过程中超滤膜和纳滤膜的不同微生物污染情况，通过分子生物学手段研究不同过滤时间的主要污染生物种类，对比了膜表面微生物在不同过滤时间的动态变化。辅助以膜的水通量以及水质变化等条件进行膜污染情况研究，主要得出以下结论：超滤膜和纳滤膜对水中生物都有很好的去除作用，其中纳滤膜因为其孔径小比超滤膜对微生物表现出了更好的截留能力。通过膜表面可培养微生物的测序分析结果得出超滤膜过滤前期的主要菌为芽孢杆菌属、微球菌属、假单胞属细菌。提取不同时期污膜上微生物DNA进行PCR-DGGE分析以及切带测序我们发现超滤膜上最早的优势污染菌为变形菌纲柄细菌属以及杆菌属细菌。在纳滤中变形菌纲、杆菌属的细菌也表示出了对界面的更多趋向性，除此之外假单胞属细菌也表现出了产生优势污染的倾向。扫描电镜对污膜表面污垢层检测结果显示，超滤膜的长期污染表现为网状粘连结构的污染层，污垢层中有各种微生物的分布。而纳滤膜的短期污染主要表现为颗粒状的大分子团，而长时间过滤之后也有粘连结构的出现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文中所涉及的符号含义
• 第一章 引言
• 1.1 传统水处理技术的挑战
• 1.1.1 我国水资源概况
• 1.1.2 传统水处理技术
• 1.1.3 传统水处理技术的安全隐患
• 1.2 膜分离技术的研究进展
• 1.2.1 膜分离技术的基本原理
• 1.2.2 膜分离技术分类以及特点
• 1.2.3 膜污染和劣化的研究
• 1.2.4 膜法水处理技术的发展
• 1.3 目前国内外的膜微生物污染研究技术
• 1.4 PCR-DGGE 技术
• 1.4.1 PCR-DGGE 技术的基本原理
• 1.4.2 PCR-DGGE 技术的操作步骤
• 1.4.3 PCR-DGGE 技术在生物多样性研究中的应用
• 1.5 本实验的意义以及创新点
• 1.5.1 本实验的研究意义
• 1.5.2 本实验的技术路线
• 1.5.3 实验创新点
• 第二章 超滤膜生物污染研究
• 2.1 实验材料和方法
• 2.1.1 样品来源
• 2.1.2 超滤设备
• 2.1.3 超滤流程
• 2.1.4 水质指标的测定
• 2.1.5 微生物计数
• 2.1.6 PCR-DGGE
• 2.1.7 不同过滤条件对超滤膜生物污染的影响
• 2.1.8 膜表面扫描电镜（SEM）观察
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 膜稳定性验证
• 2.2.2 超滤膜通量与水质指标变化结果与分析
• 2.2.3 微生物 CFU
• 2.2.4 PCR-DGGE 的结果与分析
• 2.2.5 不同实验条件对超滤膜生物污染的影响
• 2.2.6 SEM 图像分析
• 2.3 小结
• 第三章 纳滤膜生物污染研究
• 3.1 实验材料和方法
• 3.1.1 样品来源
• 3.1.2 纳滤设备
• 3.1.3 纳滤流程
• 3.1.4 水质指标的测定
• 3.1.5 微生物计数
• 3.1.6 PCR-DGGE
• 3.1.7 膜表面污染扫描电镜观察
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 膜材料的稳定性验证
• 3.2.2 纳滤膜通量与水质指标变化结果与分析
• 3.2.3 微生物 CFU
• 3.2.4 PCR-DGGE 指纹图谱聚类分析
• 3.2.5 膜表面污染情况扫描电镜观察结果
• 3.3 小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢