新疆污水处理浅析微盐碱水体净化工艺研究

浅析微盐碱水体净化工艺研究

河口区受潮汐作用影响，水体多为咸水或半咸水，经济发展导致水体富营养化现象普遍存在.近年来，生态浮床技术在水生态修复中得到广泛应用，生态浮床利用植物根系的吸附和吸收作用，能够有效地降低水体中污染物浓度，同时，浮床植物根系能够附着微生物，利用微生物的降解功能进一步提高生态浮床对水体的净化能力.有研究表明，在淡水环境中，植物根系分泌的有机酸、蛋白质等物质能够促进微生物的生长，根系泌氧为植物内生菌和根际微生物提供氧气;同时，微生物降解产生的小分子有机物、无机物等可以被植物吸收利用，植物和微生物产生协同增效作用，进一步强化生态浮床对水质的净化效果;然而目前将生态浮床应用于净化滨海地区盐碱水体的研究较少.受盐碱胁迫的影响，一方面，植物的生长受到限制，光合作用强度降低，根系活力下降，生态浮床对水体的净化效果尚不清楚;另一方面，在盐碱环境中，植物和微生物在净化富营养化水体中能否产生与淡水环境中相同的协同增效作用有待进一步探究.本研究选用盐生植物碱蓬(Suaeda salsa)作为浮床植物，在浮床上安装附着有微生物的人工介质，构建组合型浮床;通过对照实验，探究该组合型浮床对富营养化微盐碱水体的净化效果，对植物和微生物在水质净化过程中的协同增效作用进行探讨，并对浮床植物生长状况和微生物特征进行分析，以期为组合型浮床在微盐碱水体生态修复中的应用提供理论支撑.

1 材料与方法1.1 实验装置

实验在4个相同的反应器中进行，反应器长宽高为80 cm×20 cm×50 cm，反应区长70 cm，有效水深30 cm，反应器由进水系统、浮床系统、曝气系统和出水系统4部分组成，如 1所示.其中，浮床系统由浮床植物、浮板和悬挂在浮板下的人工介质3部分组成.实验选取滨海盐生植物碱蓬作为浮床植物，选用聚乙烯泡沫板为浮板(50 cm×19 cm×2.5 cm)，浮板上带有直径为5 cm的植物种植孔，可以将植物固定在种植孔中;浮板下悬挂人工介质(醛化纤维)，每组悬挂六串，每串长25 cm;在反应区底部安装有曝气系统.

浮床植物平均株高19 cm，平均根长4.5 cm，平均种植密度500株·m-2.浮床所用人工介质在挂膜前进行消毒，选对植物具有抗病虫害、促进植物生长的枯草杆菌作为菌剂，采用闷曝法进行挂膜，挂膜3 d后，人工介质上出现淡黄色黏稠状生物膜后，安装于浮床上进行实验.

1.3 实验设计

本实验在编号为A、B、C、D的4个相同的反应器中进行，分别安装空白浮床A、植物浮床B、微生物浮床C、植物+微生物组合型浮床D. 4组实验进行统一供水，实验用水通过计量泵连续进入配水池，再通过布水隔板上的布水孔均匀地进入反应区，并从出水口(阀门2) 连续出水;调节进水流速，控制力停留时间(HRT)为4 d. 4组实验均连续曝气，调节曝气量为0.8 L·min-1.实验从2016年5月26日(0 d)开始，至2016年6月19日(24 d)结束，实验期间各组水温为15~18℃.采光良好，室内气温为18~25℃.

1.4 监测项目和测试方法

实验开始后，每天上午08:00从反应器出水口采集水样，迅速在实验室内进行分析，测定水样中的盐度、pH、氨氮、硝态氮、总氮、总磷的浓度和高锰酸盐指数.实验结束后，测定各组水体中的细菌总量.分别在各组实验开始时和结束时，测量每组碱蓬的鲜重、株高和根长.

水质指标监测按文献方法测定.其中，水体中的氨氮采用纳氏试剂分光光度法;硝态氮采用氨基磺酸紫外分光光度法;总氮采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法;总磷采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法;高锰酸盐指数的测定采用高锰酸钾法;水体中细菌总量采用平板涂布法.

1.5 高通量测序分析

在实验进行24 d时从反应器C、D中采集菌体样品，并采用CTAB对样本的基因组DNA进行提取，检测DNA的纯度和浓度，进行PCR扩增和产物纯化.使用TruSeq® DNA PCR-Free Sample Preparation Kit建库试剂盒进行文库构建，构建好的文库经过Qubit和Q-PCR定量，文库合格后，使用HiSeq2500 PE250对细菌16S rDNA V4区进行测序(委托北京诺禾致源公司完成).

利用Uparse软件(Uparse v7.0.1001，***/)对所有样品的全部Effective Tags进行聚类，默认以97%的一致性(Identity)将序列聚类成为OTUs(operational taxonomic units)，同时会选取OTUs的代表性序列，依据其算法原则，筛选的是OTUs中出现频数最高的序列作为OTUs的代表序列.

选取每个样品在门水平(Phylum)上最大丰度排名前10的物种，生成物种相对丰度分布.对不同样品在97%一致性阈值下的Alpha Diversity分析指数进行统计.

水体中的氮主要由氨氮、硝态氮、亚硝态氮和有机氮组成.水体中氮的去除机制主要有物理吸附作用、植物吸收和微生物降解作用.按照1.6节中污染物去除率的计算方法，得到组合型浮床净化氨氮、硝态氮和总氮的过程中其他作用去除率η2、植物单元去除率η3和微生物单元去除率η4，如 2(d)所示.浮床D对氨氮的去除率η1为77.8%，其中η4(38.6%)>η2(24.9%)>η3(16.5%)，表明微生物在组合型浮床去除水体中氨氮的过程中发挥着主要作用.在有氧环境中，植物可以直接吸收利用氨氮合成多种氨基酸，而大部分的氨氮则主要通过硝化细菌的硝化作用转化为硝态氮和亚硝态氮，一部分被植物吸收利用，一部分被反硝化细菌转化为氮气排出水体.同时，在碱性环境下，一部分游离态的NH4+转化为分子态的NH3和NH3·H2O，在连续曝气作用下，通过挥发作用逐渐被去除.

水体中硝态氮的去除方式主要有两种，一是被植物根系吸收利用，作为植物生长所需营养，进入植物体内被转化为有机氮;二是在缺氧或厌氧环境中通过水体中反硝化细菌的硝化作用，转化为亚硝态氮，进而转化为N2进入到空气中.由 2(b)可知，实验开始时，在添加有微生物的C组和D组实验出水中硝态氮浓度显著高于进水(P < 0.05)，主要是由于在实验初期植物和微生物的生长状态尚不稳定，植物对硝态氮的吸收速率小于微生物的硝化作用速率，水体中的硝态氮不断积累;随着实验的进行，一方面，浮床植物生长状态趋于稳定，植物对硝态氮的吸收速率加快，硝态氮浓度逐渐降低;另一方面，人工介质表面生物膜厚度增加，在生物膜内部形成厌氧环境，有利于反硝化细菌的生N2排出水体.在硝态氮的净化过程中，微生物单元去除率η4>植物单元去除率η3>其他作用去除率η2，表明微生物在组合型浮床去除水体中硝态氮的过程中发挥着主要作用.欢迎了解更多关于与的相关信息，欢迎前来了解咨询。