處理污染河水的人工濕地系統(tǒng)中微生物硝化反硝化強度和多樣性研究.pdf

1、本論文研究了處理污染河水的水平潛流和垂直潛流組合人工濕地系統(tǒng)中微生物的硝化反硝化強度和多樣性。試驗設定了多種不同的運行模式，主要研究內容分為三部分：一是研究垂直潛流濕地水位變化和進水濃度變化對微生物硝化反硝化強度的影響，二是分析濕地系統(tǒng)填料的不同對微生物硝化反硝化強度的影響，三是運用分子生物學PCR-DGGE技術分析人工濕地系統(tǒng)的微生物的種類及分布，考察反應系統(tǒng)中微生物多樣性。通過研究得到如下結論：
　　 (1)在爐渣填料一級垂

2、直潛流+二級水平潛流組合條件下，當垂直潛流濕地水位不同(分別為60cm和45cm)、進水污染物濃度相同時，垂直潛流濕地中微生物硝化強度均隨填料深度的增加而減小，高水位條件下由0.296 mg·kg-1·h-1降為0.109mg·kg-1·h-1，低水位條件下由0.486 mg·kg-1·h-1降為0.045mg·kg-1h·-1；水平潛流濕地系統(tǒng)中微生物硝化強度均隨填料深度的增加而減小而且沿水流流程逐漸降低。垂直潛流濕地水位不同使反硝化

3、強度有明顯差異，水位的降低使兩級濕地中中層及深層填料的反硝化強度均降低，說明水位高有利于反硝化菌的生長繁殖。
　　 (2)在爐渣填料一級垂直潛流+二級水平潛流組合條件下，當垂直潛流濕地水位控制在45cm不變、進水氨氮和硝態(tài)氮濃度變化時，濕地系統(tǒng)中微生物硝化強度和反硝化強度均有明顯變化。進水NH4+-N濃度升高提高了硝化強度，平均提高0.195mg·kg-1·h-1，促進了硝化菌的繁殖；同時進水NO3--N濃度降低提高了反硝化強度

4、，平均由0.189mg·kg-1·h-1提高至1.007mg·kg-1·h-1。
　　 (3)在沸石填料一級水平潛流+二級垂直潛流、兩級濕地均為滿水位運行條件下，降低進水NH4+-N濃度使一級水平潛流濕地的硝化強度增強，平均由0.020mg·kg-1·h-1增至1.542mg·kg-1·h-1，二級垂直潛流濕地中可被利用的NH4+-N濃度減小，硝化強度平均由0.138mg·kg-1·h-1降至0.067mg·kg-1·h-1，硝

5、化菌生長繁殖受到抑制。進水NH4+-N濃度降低對反硝化強度的影響不明顯，表明NH4+-N濃度與反硝化菌的數量和分布無直接相關性。
　　 (4)在一級水平潛流+二級垂直潛流、兩級濕地均為滿水位運行條件下，當進水氨氮濃度較高(8mg·L-1)時，爐渣水平潛流濕地中中層填料的硝化強度高于下層填料，但沸石水平潛流濕地中硝化強度的變化剛好相反；爐渣垂直潛流濕地中下層填料的硝化強度僅為沸石垂直潛流濕地中下層填料的1/2；爐渣和沸石濕地系統(tǒng)中

6、的反硝化強度相差不大，在1.35～1.61mg·kg-1·h-1之間。當進水氨氮濃度較低(3.2mg·L-1)時，爐渣和沸石水平潛流濕地中中層填料的硝化強度無明顯差異，但爐渣水平潛流濕地下層填料的硝化強度均小于0.04mg·kg-1·h-1；爐渣垂直潛流濕地的硝化強度明顯高于沸石垂直潛流濕地。爐渣和沸石濕地系統(tǒng)中的反硝化強度相差不大，維持在1.40～1.60 mg·kg-1·h-1之間。結果表明，不同的填料對于人工濕地的硝化強度會產生一

7、定的影響，而對反硝化強度的影響較小。
　　 (5)采用PCR-DGGE分子生物學技術對沸石填料濕地中的微生物多樣性進行了分析，DGGE分離條帶數很多，說明濕地系統(tǒng)中微生物種類較多。在一級水平潛流濕地和二級垂直潛流濕地組合(均為滿水位)的運行模式下，進水氨氮濃度為8 mg·L-1時，一級水平潛流濕地中的優(yōu)勢菌是變形桿菌(包括Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobact

8、eria)，二級垂直潛流人工濕地中的優(yōu)勢菌為α-變形桿菌(Alphaproteobacteria)、芽孢桿菌(Bacillus)和放線菌(Actinobacterium)；進水氨氮濃度為3.2 mg·L-1時，一級水平潛流人工濕地中的優(yōu)勢菌為變形桿菌(Proteobacteria)和硝化螺旋菌(Nitrospirae)，二級垂直潛流濕地中的菌種包括芽孢桿菌(Bacillus)、放線菌(Actinobacterium)、變形桿菌(Prot