【摘要】：隨著集約化海水養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展,大量的海水養(yǎng)殖廢水直接排入臨近海域。海水養(yǎng)殖廢水中含有大量的有機物、營養(yǎng)鹽、懸浮固體、病原微生物、抗生素、重金屬等污染物,加劇了周圍水環(huán)境的污染負荷,嚴重影響海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此對海水養(yǎng)殖廢水的資源化與無害化處理十分必要。由于海水養(yǎng)殖廢水具有高鹽度、處理量大,潛在污染物濃度相對較低的特點,增加了其處理難度。因此,尋求低成本、高效能、運行簡便、多功能生態(tài)化的海水養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟價值和社會價值。本研究通過前期調(diào)研不同海水養(yǎng)殖廠不同養(yǎng)殖品種的養(yǎng)殖廢水排放情況,了解海水養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)特點,并根據(jù)海水養(yǎng)殖廢水的特點構建復合人工濕地系統(tǒng)(沉淀池—牡蠣過濾池—畢氏海蓬子人工濕地)。微生物是海水養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)的關鍵部分,包括病原性微生物和功能性微生物。病原性微生物的種類和數(shù)量直接影響?zhàn)B殖生物的存活率。功能性微生物在水處理過程中執(zhí)行著重要功能,包括有機物降解、氮磷轉(zhuǎn)化、病原菌的拮抗等。因此本研究以微生物為研究對象,包括復合濕地系統(tǒng)對典型病原性微生物—殺鮭氣單胞菌的去除效能,及畢氏海蓬子人工濕地的微生物菌群,并進一步探討復合濕地系統(tǒng)凈化污染物的機制,以期為復合濕地系統(tǒng)處理海水養(yǎng)殖廢水的推廣應用提供理論依據(jù)和技術支持。本研究的主要成果如下:1.本研究選取天津某水產(chǎn)養(yǎng)殖集中養(yǎng)殖區(qū)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染調(diào)查點。調(diào)研了半滑舌鰨(Cynoglossus semilaevis)、大菱鲆(Scophthal musmaximus)、歐鱸(Dicentrarchus labrax)、凡納濱對蝦(Penaeus vannamei)、日本對蝦(Marsupenaeus Japonicus)養(yǎng)殖水質(zhì)情況及6個海水養(yǎng)殖廠排放水質(zhì)情況。監(jiān)測表明,在調(diào)研時的養(yǎng)殖情況下,海水養(yǎng)殖廢水中總氨氮濃度(TAN)0.27~2.12 mg/L,亞硝酸鹽氮(NO_2~ -N)濃度0.10~0.65 mg/L,化學需氧量(COD)濃度1.44~10.08 mg/L,總磷酸鹽(TP)濃度0.19~0.90 mg/L,懸浮固體(SS)含量較高,達12~75 mg/L。不同養(yǎng)殖品種的水質(zhì)情況差別較大,當單一品種養(yǎng)殖時,海水養(yǎng)殖廢水的TAN濃度范圍為0.13~9.65 mg/L,NO_2~ -N濃度范圍為0.01~2.51mg/L,COD濃度0.64~11.04 mg/L,TP濃度范圍為0.09~2.36 mg/L;SS濃度為4.20~161.00mg/L。綜上,海水養(yǎng)殖廢水具有排放量大,單位體積的營養(yǎng)鹽、有機物等含量較低,懸浮固體濃度含量高等特點。本調(diào)研結果以期為海水養(yǎng)殖廢水處理技術提供基礎參數(shù),以更好地設計合適的海水養(yǎng)殖廢水處理技術,達到良好的處理效果。2.本研究構建了由沉淀池—牡蠣過濾池—畢氏海蓬子人工濕地池串聯(lián)組成的復合濕地系統(tǒng)海水養(yǎng)殖廢水處理模式,并在生產(chǎn)條件下,評估復合濕地系統(tǒng)對大西洋鮭典型病原菌—殺鮭氣單胞菌(C4)的去除效能,研究結果表明,復合濕地系統(tǒng)可有效去除殺鮭氣單胞菌,總去除率可達64%~99%,其中,牡蠣過濾單元去除率達22%~94%,人工濕地單元去除率達17%~99%。3.為了進一步探討牡蠣對殺鮭氣單胞菌C4的凈化機制,本研究在實驗室條件下,驗證牡蠣(牡蠣幼蟲和成體)和綠色熒光菌(C4-GFP)的去除機制,并在實驗室條件下評估了牡蠣幼蟲和成體牡蠣的去除效率和攝食速率。實驗結果表明,牡蠣能夠濾除水體中的C4-GFP,其濾除作用與牡蠣的濾食作用有關,C4-GFP被牡蠣濾食后有兩種可能:(1)通過牡蠣的腸道后進入胃等內(nèi)臟團,在內(nèi)臟團中被分解、消化;(2)通過牡蠣的腸道后未進入內(nèi)臟團而是從肛門排出,排出的菌體已失活。牡蠣幼蟲對C4-GFP的去除率達88%~95%,攝食速率6.4×10~3~6.2×10~5 CFU/h·ind。牡蠣成體對C4-GFP的去除率達79%~92%,攝食速率2.1×10~4~3.1×10~6 CFU/h·ind。以上結果為牡蠣在復合人工濕地中的應用,為凈化海水養(yǎng)殖廢水提供理論基礎。4.為了進一步從微生物的角度探討人工濕地凈化污染物的機制,本實驗揭示了處理不同總氨氮濃度海水養(yǎng)殖廢水的畢氏海蓬子人工濕地中根際和基質(zhì)微生物菌群信息。實驗結果表明,處理海水養(yǎng)殖廢水的畢氏海蓬子人工濕地微生物菌群的豐度和多樣性較高;在門水平上,共有12個優(yōu)勢菌門(11個細菌門,1個古菌門):變形菌門(Proteobacteria),厚壁菌門(Firmicutes),藍藻菌門(Cyanobacteria),擬桿菌門(Bacteroidetes),浮霉菌門(Planctomycetes),酸桿菌門(Acidobacteria),放線菌門(Actinobacteria),疣微菌門(Verrucomicrobia),綠彎菌門(Chloroflexi),WS3,綠菌門(Chlorobi),奇古菌門(Thaumarchaeota)。其中,變形菌門(Proteobacteria)是根際最優(yōu)勢菌門,而藍藻菌門(Cyanobacteria)是基質(zhì)最優(yōu)勢菌門。屬水平上,濕地系統(tǒng)中存在一些豐度較高的功能菌屬:假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas),不動桿菌屬(Acinetobacter),芽孢桿菌屬(Bacillus),假單胞菌屬(Pseudomonas),弧菌屬(Vibrio),寡養(yǎng)單胞菌屬(Stenotrophomonas),叢毛單胞菌屬(Comamonas),Nisaea,硝化刺菌屬(Nitrospina),亞硝化單胞菌屬(genus of Nitrosomonadaceae),亞硝化侏儒菌屬(Nitrosopumilus),浮霉菌屬(Planctomyces)等功能菌屬。其中,對NO_3~--N去除影響最大的是亞硝化侏儒菌屬(Nitrosopumilus),對NO_2~--N去除影響最大的是假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas),浮霉菌屬(Planctomyces)影響總氨氮的去除和磷酸鹽的去除。硝化刺菌屬(Nitrospina),不動桿菌屬(Acinetobacter),假單胞菌屬(Pseudomonas)和弧菌屬(Vibrio)能夠促進植物的生長。另外,實驗中檢測到能夠拮抗C4的芽孢桿菌屬(Bacillus)。微生物菌群多樣性指數(shù)、組成及通過UPGMA聚類和PCoA進行的群落結構組間差異分析表明:人工濕地中微生物菌群具有空間差異性,根際和基質(zhì)上的微生物菌群具有明顯的差異,水體中的總氨氮濃度對微生物菌群具有一定的影響。
【圖文】：

不同類型的人工濕地具有各自的優(yōu)缺點和適應范圍。自由表面流人工濕地（FWS CWs）表面流人工濕地最接近于自然濕地系統(tǒng)，類似于沼澤，在北美應用c and Wallace, 2009），適用于城市污水處理。圖 1.1 為自由表面流人工濕地圖，如圖所示一般其水槽較淺，土壤層厚度不超過 40cm。通過出水水位深，一般水較深，一般可達 20~40 cm（Vymazal et al.，2006），甚至有時Akratos et al.，2006; Crites et al.，2006）。污水以較慢速度在濕地床表層流直接暴露于空氣和陽光下，溶氧濃度自水面向下濃度逐漸降低，底部水中。研究表明，自由表面流人工濕地系統(tǒng)停留時間長，對懸浮固體（SS）、5）、氮、病原菌、貴金屬等的去除效果較好，但是對磷的凈化效果有限（Vymdlec and Wallace，2009; Kotti et al.，2010; Tsihrintzis and Gikas, 2010），運是，由于水流速度極慢，幾乎靜止，夏季容易滋生蚊蟲，，衛(wèi)生條件差，而表面積。

復合濕地系統(tǒng)凈化海水養(yǎng)殖廢水中殺鮭氣單胞菌及濕地微生物菌群研究相比于自由表面流人工濕地，水平潛流人工濕地沒有與空氣接觸的水面。根長度，基質(zhì)層深度一般在 30~80 cm（Crites et al.，2006; Vymazal et al.，2nd Tsihrintzis，2007）。底部設防水層，傾斜 1 3%有助于利用重力作用使水動。為了保證布水的均勻，一般采用多孔管橫置于濕地進水端。據(jù)研究表人工濕地系統(tǒng)中廢水與基質(zhì)和植物根際充分接觸，氧的傳輸能力（OTC）硝化作用，對有機物（OM）和懸浮固體的去除較好，水力負荷和污染負荷營養(yǎng)鹽（N、P）的去除一般（AkratosandTsihrintzis，2007;KadlecandWallaas and Tsihrintzis，2010）。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院海洋研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X714

【參考文獻】

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本文編號：2593612