【摘要】：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,大量富含氮的工農(nóng)業(yè)及城市生活污水進(jìn)入水環(huán)境,導(dǎo)致河道水體富營(yíng)養(yǎng)化,嚴(yán)重破壞了地表水環(huán)境。針對(duì)日益嚴(yán)重的河道富營(yíng)養(yǎng)化問題,本論文以入貢湖河道親水河作為研究對(duì)象,通過構(gòu)建模擬生態(tài)修復(fù)系統(tǒng),研究了不同生態(tài)修復(fù)手段下氮素的遷移轉(zhuǎn)化過程;使用便攜式溶氧儀、同位素比質(zhì)譜儀及膜接口質(zhì)譜儀,分析了各模擬生態(tài)修復(fù)柱中泥水界面溶解氧侵蝕深度、不同途徑的氮素去除貢獻(xiàn)率;采用高通量技術(shù),分析了脫氮微生物豐度以及底泥微生物群落組成的多樣性;運(yùn)用同位素配對(duì)技術(shù),探討了植物吸收、底泥儲(chǔ)存以及微生物過程的氮素轉(zhuǎn)化機(jī)理,并在親水河原位河道應(yīng)用脫氮微生物-生物繩-水生植物集成凈化技術(shù)進(jìn)行了示范工程,研究了生態(tài)修復(fù)對(duì)河道水質(zhì)的凈化效果及底泥微生物群落的變化,主要結(jié)論如下:(1)沉水植物伊樂藻的種植,增加了室內(nèi)模擬生態(tài)修復(fù)柱內(nèi)底泥溶解氧侵蝕深度,侵蝕深度由未種植植物時(shí)的14mm增加到約30mm,同時(shí)在植物根區(qū)周圍創(chuàng)造好氧-兼氧的微環(huán)境,強(qiáng)化水生植物根區(qū)周圍底泥中微生物的硝化過程和反硝化過程,為氮素循環(huán)提供良好條件,促進(jìn)氮素的脫除。(2)根據(jù)同位素配對(duì)技術(shù)(IPT)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比較不同生態(tài)修復(fù)處理組沉水植物伊樂藻對(duì)15N的吸收量,僅添加伊樂藻的處理組C中,植物對(duì)氮素的吸收率高于處理組D(伊樂藻+固定化高效脫氮微生物)。另一方面,對(duì)比添加15N-NO_3~-的處理組,添加15N-NH_4~+的處理組中伊樂藻大約是對(duì)15N-NO_3~-吸收量的2倍。伊樂藻中15N的大量富集,說明水生植物種植對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化河道系統(tǒng)脫氮起重要作用。(3)不同生態(tài)修復(fù)處理組中以氣體形式釋放(N_2及N_2O)的氮素存在明顯差異,添加了固定化高效脫氮微生物(INCB)的處理組B和D具有較高的氣體釋放量,同時(shí)對(duì)比加入15N-NO_3~-的處理組,添加15N-NH_4~+的處理組氣體釋放量較低。添加INCB提高脫氮微生物豐度及活性,促進(jìn)河道水體的脫氮作用。(4)經(jīng)過對(duì)q-PCR結(jié)果的分析,伊樂藻及INCB的添加對(duì)底泥中反硝化及厭氧氨氧化微生物豐度產(chǎn)生影響,在同時(shí)添加伊樂藻和INCB的處理組D,反硝化菌群功能基因(nosZ,nirnirS)及厭氧氨氧化菌群功能基因(Hzo)拷貝數(shù)均明顯增加,顯著高于其他三個(gè)處理組。表明泥水界面表層底泥脫氮微生物數(shù)量增加,提高室內(nèi)模擬生態(tài)系統(tǒng)氮素脫除能力。(5)通過細(xì)菌16SrRNA基因克隆建庫對(duì)四個(gè)不同生態(tài)修復(fù)處理組對(duì)泥水界面底泥門、屬級(jí)別微生物種類進(jìn)行探討,發(fā)現(xiàn)處理組D(伊樂藻+INCB)中具有最為豐富的微生物群落結(jié)構(gòu),變形桿菌門(Proteobacteria,46.65%)依然為主要門類,隨后是擬桿菌門(Bacteroidetes,18.72%),酸桿菌門(Acidobacteria7.03%)和硝化螺菌門(Nitrospira,5.88%)。研究得到的反硝化細(xì)菌對(duì)應(yīng)種屬為:假單胞菌屬(Pseudomonas)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、叢毛單胞菌屬(Comamonass)及寡營(yíng)養(yǎng)單胞菌屬(Stenotrophomonas);及厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)應(yīng)種屬為:浮霉?fàn)罹鷮?Planctomyces)。添加伊樂藻及INCB后,脫氮微生物的多樣性得到增加,可以有效緩解原位河道脫氮微生物多樣性及活性水平低的問題。(6)通過室內(nèi)模擬生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),定量研究了 15N-NO_3~-和15N-NH_4~+轉(zhuǎn)化平衡,在四個(gè)處理組中,不考慮存積在上覆水中的氮素,處理組D(伊樂藻+INCB)對(duì)15NO_3~-的去除率為65.46%,對(duì)15NH_4~+的去除率為57.74%,脫氮效率均為最高。伊樂藻-脫氮微生物聯(lián)用技術(shù)通過促進(jìn)泥水界面脫氮微生物反硝化及厭氧氨氧化過程,輔以植物吸收作用,促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán),實(shí)現(xiàn)降低氮素負(fù)荷與進(jìn)化水質(zhì)的目的。(7)親水河示范區(qū)內(nèi)外水質(zhì)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,示范工程對(duì)河道水質(zhì)的凈化效果良好,示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)明顯優(yōu)于示范區(qū)外。監(jiān)測(cè)期間總氮的平均去除率約35.37%;銨態(tài)氮平均去除率約64.99%;硝態(tài)氮平均去除率約51.55%;亞硝態(tài)氮平均去除率約32.81%;總磷平均去除率約40.72%;COD平均去除率約為45.57%。(8)通過對(duì)親水河示范區(qū)內(nèi)外底泥進(jìn)行高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn),反硝化微生物相關(guān)菌屬有假單胞菌屬(Pseudomonas),不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter),叢毛單胞菌屬(Comamonas),固氮弧菌屬(Azoarcus),氣單胞菌屬(Aeromonas);厭氧氨氧化微生物相關(guān)菌屬為浮霉?fàn)罹鷮?Plaanctomyces)。脫氮微生物、生物繩及水生植物的集合運(yùn)用,增加了底泥中微生物多樣性,并且提高原位河道生態(tài)系統(tǒng)中脫氮微生物豐度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2392830