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

发布时间：2017-10-14 13:15

  本文关键词：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

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【摘要】：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16 mm。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476.8 μg·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. Scalindua 16S rRNA和hzo,指示厌氧氨氧化细菌的特定功能基因丰度约为1.8×107 copies·g-1；指示反硝化细菌的特定功能基因丰度约为1.28×1010 copies·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)", "(Candidatus Brocadia)属”和“(Candidatus Scalindua)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5 cm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0-2 cm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。
【关键词】：入湖河道 伊乐藻-脱氮微生物联用技术 反硝化 厌氧氨氧化 氮循环
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X522;X172
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 河道污染现状14-15
• 1.2 河道氮循环与表层沉积物反硝化和厌氧氨氧化研究现状15-19
• 1.3 河道水体脱氮治理研究现状19-23
• 1.3.1 污染河道的水体修复方法19-20
• 1.3.2 脱氮微生物脱氮机理及修复技术研究现状20-21
• 1.3.3 沉水植物修复技术及研究现状21-22
• 1.3.4 微生物-植物强化修复技术在污染河道水体中的应用及发展前景22-23
• 1.4 研究背景、目的及意义23-25
• 1.4.1 研究背景23-24
• 1.4.2 研究目的及意义24-25
• 1.5 技术路线25-26
• 1.6 研究内容26-27
• 1.6.1 室内模拟实验研究26
• 1.6.2 原位工程试验研究26-27
• 1.7 研究创新点27-28
• 第二章 实验材料与研究方法28-37
• 2.1 原位河道样品采集28-29
• 2.2 沉水植物伊乐藻的实验室培养29
• 2.3 固定化脱氮微生物菌制备29-30
• 2.4 实验室测试指标及方法30-37
• 2.4.1 主要实验仪器30-31
• 2.4.2 主要试剂31
• 2.4.3 水质指标检测方法31
• 2.4.4 泥水界面反硝化速率和厌氧氨氧化速率的测定31-33
• 2.4.4.1 反硝化速率和厌氧氨氧化速率测定方法31-32
• 2.4.4.2 反硝化速率和厌氧氨氧化速率测定原理及计算方法32-33
• 2.4.5 N_2O释放通量测定33
• 2.4.6 沉积物溶解氧侵蚀深度33-34
• 2.4.7 泥水界面沉积物中反硝化菌群与厌氧氨氧化菌群的功能基因丰度的测定34-35
• 2.4.8 泥水界面沉积物中微生物群落结构的分析35-37
• 第三章 室内模拟实验37-60
• 3.1 室内生态模拟实验的设计及装置构造37-38
• 3.2 室内生态模拟实验结果38-52
• 3.2.1 泥水界面沉积物溶解氧侵蚀深度变化38-39
• 3.2.2 水体DO、pH变化39-41
• 3.2.3 泥水界面沉积物厌氧氨氧化速率和反硝化速率41-43
• 3.2.4 实验底泥柱N_2O通量变化43-44
• 3.2.5 泥水界面沉积物反硝化菌群与厌氧氨氧化菌群功能基因丰度变化44-48
• 3.2.6 泥水界面沉积物微生物群落结构变化48-51
• 3.2.7 泥水界面沉积物中孔隙水氮素浓度变化51-52
• 3.3 结果分析与讨论52-58
• 3.3.1 结果分析52-56
• 3.3.2 沉水植物-脱氮微生物协同作用对于河道水体氮素脱除的机理研究56-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 原位河道水生态修复实验60-78
• 4.1 原位生态修复区概况60-61
• 4.2 原位生态修复工程设计61-65
• 4.3 原位示范工程效果65-76
• 4.3.1 水生植物与脱氮微生物联用对氮素的去除效果65-71
• 4.3.2 水生植物与脱氮微生物联用对磷的去除效果71-73
• 4.3.3 水生植物与脱氮微生物联用对COD的去除效果73-74
• 4.3.4 示范区内外DO、pH的变化74-76
• 4.4 本章小结76-78
• 第五章 结论与建议78-82
• 5.1 结论78-80
• 5.1.1 室内模拟试验78-79
• 5.1.2 原位河道水生态修复工程79-80
• 5.2 建议80-82
• 参考文献82-93
• 附录93-94
• 致谢94-96

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本文编号：1031258