伊乐藻-固定化脱氮微生物联用技术对河道沉积物脱氮效果及机理研究.doc

伊乐藻-固定化脱氮微生物联用技术对河道沉积物脱氮效果及机理研究氮素营养盐的过量输入是造成河道藻类大量生长,河道水体富营养化的主要影响因子。针对河道水体富营养化趋势明显,水质恶化,水生生态系统遭受破坏等问题,本论文以入贡湖亲水河为研究对象,研究了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术的生态修复效果,分析了各生态修复柱中沉积物氧气侵蚀深度、DO浓度、pH变化、脱氮微生物活动水平及脱氮微生物的生物多样性,探讨了河道表层底泥反硝化过程、厌氧氨氧化过程、氮素循环等脱氮机理,并应用水生植物-微生物-生物绳集成技术进行了原位河道的示范工程,取得了良好的净化效果。通过研究,得到以下主要的结论：(1)沉水植物伊乐藻增加了模拟试验柱底泥的溶解氧侵蚀深度,约为16mm。同时改变了底泥pH微环境,为氮循环过程(反硝化过程与厌氧氨氧化过程的协同关系)提供了适宜的环境。(2)模拟试验柱中的表层底泥进行15N标记的IPT试验结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物(E-INCB)后,表层沉积物反硝化氮气产生速率最高达656.2μmol·N2m2·h-1,厌氧氨氧化氮气产生速率最高达353.1μ·m-2·h-1。1。同时,N20的排放通量也高达476.8μg·m-2·h-1。伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术显著促进模拟试验柱中反硝化和厌氧氨氧化细菌的协同作用。(3)Q-PCR分析结果显示,伊乐藻与固定化脱氮微生物联用增加了试验柱体中的脱氮微生物特定功能基因丰度。通过比对nirK,nirS,nosZ,Ca.Scalindua16SrRNA和hzo,指示厌氧氨氧化细菌的特定功能基因丰度约为1.8×107copies·g-1；指示反硝化细菌的特定功能基因丰度约为1.28×1010copies·g-1。(4)对试验柱体中的脱氮微生物群落结构进行分析发现,试验柱体中厌氧氨氧化细菌对应的种属为“浮霉状菌属(Planctomyces)","(CandidatusBrocadia)属”和“(CandidatusScalindua)属”；反硝化细菌对应的主要种属为(Achromobactersp.)和陶厄氏菌属(Thauera.)。试验柱体的脱氮微生物多样性增加,弥补了原位河道底泥中脱氮微生物多样性水平低、活动水平弱的劣势。(5)对比四个不同生态修复处理组的表层5cm的底泥孔隙水氮素浓度的垂直分布表明,伊乐藻与固定化脱氮微生物共同作用改变了试验柱体沉积物TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的浓度的垂直分布。表层0-2cm深度的底泥,NH4+-N、NO3--N浓度降低,N02--N浓度升高,平衡了不同氮素浓度的垂直分布,为反硝化过程和厌氧氨氧化过程提供反应底物。同时,TN含量明显下降,水质得到改善。(6)采用水生植物-微生物-生物绳集成技术进行亲水河水生态修复,充分利用水生植物与固定化脱氮微生物的协同作用关系,强化了河道的脱氮能力。TN的去除率为56%；NH4+-N的去除率为59.67%；N03--N的去除率为58.61%；TP的去除率为61.87%；COD的去除率为66.42%。原位示范工程试验结果表明水生植物与脱氮微生物联用能够有效改善河道水质状况。