处理污染河水的人工湿地系统中微生物硝化反硝化强度和多样性研究
本论文研究了处理污染河水的水平潜流和垂直潜流组合人工湿地系统中微生物的硝化反硝化强度和多样性。试验设定了多种不同的运行模式，主要研究内容分为三部分：一是研究垂直潜流湿地水位变化和进水浓度变化对微生物硝化反硝化强度的影响，二是分析湿地系统填料的不同对微生物硝化反硝化强度的影响，三是运用分子生物学PCR-DGGE技术分析人工湿地系统的微生物的种类及分布，考察反应系统中微生物多样性。通过研究得到如下结论：
(1)在炉渣填料一级垂直潜流+二级水平潜流组合条件下，当垂直潜流湿地水位不同(分别为60cm和45cm)、进水污染物浓度相同时，垂直潜流湿地中微生物硝化强度均随填料深度的增加而减小，高水位条件下由0.296 mg·kg-1·h-1降为0.109mg·kg-1·h-1，低水位条件下由0.486 mg·kg-1·h-1降为0.045mg·kg-1h·-1；水平潜流湿地系统中微生物硝化强度均随填料深度的增加而减小而且沿水流流程逐渐降低。垂直潜流湿地水位不同使反硝化强度有明显差异，水位的降低使两级湿地中中层及深层填料的反硝化强度均降低，说明水位高有利于反硝化菌的生长繁殖。
(2)在炉渣填料一级垂直潜流+二级水平潜流组合条件下，当垂直潜流湿地水位控制在45cm不变、进水氨氮和硝态氮浓度变化时，湿地系统中微生物硝化强度和反硝化强度均有明显变化。进水NH4+-N浓度升高提高了硝化强度，平均提高0.195mg·kg-1·h-1，促进了硝化菌的繁殖；同时进水NO3--N浓度降低提高了反硝化强度，平均由0.189mg·kg-1·h-1提高至1.007mg·kg-1·h-1。
(3)在沸石填料一级水平潜流+二级垂直潜流、两级湿地均为满水位运行条件下，降低进水NH4+-N浓度使一级水平潜流湿地的硝化强度增强，平均由0.020mg·kg-1·h-1增至1.542mg·kg-1·h-1，二级垂直潜流湿地中可被利用的NH4+-N浓度减小，硝化强度平均由0.138mg·kg-1·h-1降至0.067mg·kg-1·h-1，硝化菌生长繁殖受到抑制。进水NH4+-N浓度降低对反硝化强度的影响不明显，表明NH4+-N浓度与反硝化菌的数量和分布无直接相关性。
(4)在一级水平潜流+二级垂直潜流、两级湿地均为满水位运行条件下，当进水氨氮浓度较高(8mg·L-1)时，炉渣水平潜流湿地中中层填料的硝化强度高于下层填料，但沸石水平潜流湿地中硝化强度的变化刚好相反；炉渣垂直潜流湿地中下层填料的硝化强度仅为沸石垂直潜流湿地中下层填料的1/2；炉渣和沸石湿地系统中的反硝化强度相差不大，在1.35～1.61mg·kg-1·h-1之间。当进水氨氮浓度较低(3.2mg·L-1)时，炉渣和沸石水平潜流湿地中中层填料的硝化强度无明显差异，但炉渣水平潜流湿地下层填料的硝化强度均小于0.04mg·kg-1·h-1；炉渣垂直潜流湿地的硝化强度明显高于沸石垂直潜流湿地。炉渣和沸石湿地系统中的反硝化强度相差不大，维持在1.40～1.60 mg·kg-1·h-1之间。结果表明，不同的填料对于人工湿地的硝化强度会产生一定的影响，而对反硝化强度的影响较小。
(5)采用PCR-DGGE分子生物学技术对沸石填料湿地中的微生物多样性进行了分析，DGGE分离条带数很多，说明湿地系统中微生物种类较多。在一级水平潜流湿地和二级垂直潜流湿地组合(均为满水位)的运行模式下，进水氨氮浓度为8 mg·L-1时，一级水平潜流湿地中的优势菌是变形杆菌(包括Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria)，二级垂直潜流人工湿地中的优势菌为α-变形杆菌(Alphaproteobacteria)、芽孢杆菌(Bacillus)和放线菌(Actinobacterium)；进水氨氮浓度为3.2 mg·L-1时，一级水平潜流人工湿地中的优势菌为变形杆菌(Proteobacteria)和硝化螺旋菌(Nitrospirae)，二级垂直潜流湿地中的菌种包括芽孢杆菌(Bacillus)、放线菌(Actinobacterium)、变形杆菌(Proteobacteria)和芽单胞菌属(Gemmatimonas)。
人工湿地;污染河水;硝化反硝化强度;PCR-DGGE
中国海洋大学
硕士
环境工程
佘宗莲
2012
中文
X703;X172
77
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）