處理污染河水的人工濕地系統(tǒng)中微生物硝化反硝化強(qiáng)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(qiáng)度和多樣性。試驗(yàn)設(shè)定了多種不同的運(yùn)行模式，主要研究?jī)?nèi)容分為三部分：一是研究垂直潛流濕地水位變化和進(jìn)水濃度變化對(duì)微生物硝化反硝化強(qiáng)度的影響，二是分析濕地系統(tǒng)填料的不同對(duì)微生物硝化反硝化強(qiáng)度的影響，三是運(yùn)用分子生物學(xué)PCR-DGGE技術(shù)分析人工濕地系統(tǒng)的微生物的種類及分布，考察反應(yīng)系統(tǒng)中微生物多樣性。通過研究得到如下結(jié)論：
　　 (1)在爐渣填料一級(jí)垂

2、直潛流+二級(jí)水平潛流組合條件下，當(dāng)垂直潛流濕地水位不同(分別為60cm和45cm)、進(jìn)水污染物濃度相同時(shí)，垂直潛流濕地中微生物硝化強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度有明顯差異，水位的降低使兩級(jí)濕地中中層及深層填料的反硝化強(qiáng)度均降低，說明水位高有利于反硝化菌的生長(zhǎng)繁殖。
　　 (2)在爐渣填料一級(jí)垂直潛流+二級(jí)水平潛流組合條件下，當(dāng)垂直潛流濕地水位控制在45cm不變、進(jìn)水氨氮和硝態(tài)氮濃度變化時(shí)，濕地系統(tǒng)中微生物硝化強(qiáng)度和反硝化強(qiáng)度均有明顯變化。進(jìn)水NH4+-N濃度升高提高了硝化強(qiáng)度，平均提高0.195mg·kg-1·h-1，促進(jìn)了硝化菌的繁殖；同時(shí)進(jìn)水NO3--N濃度降低提高了反硝化強(qiáng)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(jí)水平潛流+二級(jí)垂直潛流、兩級(jí)濕地均為滿水位運(yùn)行條件下，降低進(jìn)水NH4+-N濃度使一級(jí)水平潛流濕地的硝化強(qiáng)度增強(qiáng)，平均由0.020mg·kg-1·h-1增至1.542mg·kg-1·h-1，二級(jí)垂直潛流濕地中可被利用的NH4+-N濃度減小，硝化強(qiáng)度平均由0.138mg·kg-1·h-1降至0.067mg·kg-1·h-1，硝

5、化菌生長(zhǎng)繁殖受到抑制。進(jìn)水NH4+-N濃度降低對(duì)反硝化強(qiáng)度的影響不明顯，表明NH4+-N濃度與反硝化菌的數(shù)量和分布無直接相關(guān)性。
　　 (4)在一級(jí)水平潛流+二級(jí)垂直潛流、兩級(jí)濕地均為滿水位運(yùn)行條件下，當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度較高(8mg·L-1)時(shí)，爐渣水平潛流濕地中中層填料的硝化強(qiáng)度高于下層填料，但沸石水平潛流濕地中硝化強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度相差不大，在1.35～1.61mg·kg-1·h-1之間。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度較低(3.2mg·L-1)時(shí)，爐渣和沸石水平潛流濕地中中層填料的硝化強(qiáng)度無明顯差異，但爐渣水平潛流濕地下層填料的硝化強(qiáng)度均小于0.04mg·kg-1·h-1；爐渣垂直潛流濕地的硝化強(qiáng)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(qiáng)度相差不大，維持在1.40～1.60 mg·kg-1·h-1之間。結(jié)果表明，不同的填料對(duì)于人工濕地的硝化強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生一

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

8、eria)，二級(jí)垂直潛流人工濕地中的優(yōu)勢(shì)菌為α-變形桿菌(Alphaproteobacteria)、芽孢桿菌(Bacillus)和放線菌(Actinobacterium)；進(jìn)水氨氮濃度為3.2 mg·L-1時(shí)，一級(jí)水平潛流人工濕地中的優(yōu)勢(shì)菌為變形桿菌(Proteobacteria)和硝化螺旋菌(Nitrospirae)，二級(jí)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