论文摘要
水体富营养化是一个世界性环境问题,已有许多研究证明利用大型水生植物或微生物对水体的富营养状态进行修复是有效的生物修复途径,单独利用水生植物或微生物对污染水体进行修复的研究已有较多报道,对两者相结合为主体的生物净化系统的研究也在不断加深之中,方法多是把微生物和植物同时投入系统中,对污染水体进行净化处理。本论文对传统污水处理植物--凤眼莲( Eichhornia crassipes)、粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum Vell.)、水鳖(Hydrocharis dubia (Bl.)Backer)及有效微生物菌群(Effective Microorganisms,EM)处理富营养化水体效果进行了研究,在此基础之上尝试定向构建一种适用于循环水养殖系统的植物--微生物耦合降解系统。取得的主要的研究结果和结论概括如下:1、对有效微生物菌群(EM)的微生物组成进行了研究,其中嗜酸乳杆菌和酵母菌占70-75%,此外还有少量光合细菌、乙酸菌和放线菌等。在实际应用中,可以按97 ml无菌水:3 mlEM原液:3 g红糖的比例对EM原液进行富集,在25℃持续光照下厌氧培养,6 d后即可富集成功。富集后EM原液中处于休眠状态的微生物得到活化,且数量明显增加。2、利用富集的EM菌液进行静态去污试验表明,向养鱼废水中添加3‰、5‰菌液,经过1 d处理可使NO3--N、NO2--N的去除率均达到97%以上,两处理组的差异不显著;NH4+-N的去除率随添加量的增加而上升,5‰去除效果最好,1 d后去除率达到71.1%。在室内模拟条件下,对校内池塘富营养化水体处理结果表明,在曝气的情况下,经4d处理,与添加量为0.1‰、0.5‰处理组相比,添加量为1‰的处理组NO3--N去除率最高,为68.4%;各处理组NO2--N去除效果都不好,含量甚至有所上升;3个EM菌处理组对池塘水体NH4+-N的去除效果与不添加菌液的对照组差异不显著。EM对超富营养水平的养鱼废水的整体净化效果好于营养水平相对较低的校园池塘水。3、分别在盛夏和秋末两季采用模拟实验,比较研究了水生植物凤眼莲、粉绿狐尾藻和水鳖对不同程度富营养水的净化效果,实验表明,在水温为15-35℃范围内凤眼莲和粉绿狐尾藻对水体氮、磷有很好的去除能力。粉绿狐尾藻根部不易脱落,生物量易控制且有一定的景观效果;凤眼莲生长繁殖快,根部发达,利于微生物的富集,但根易脱落造成二次污染。秋末试验中,TN为14 mg/L的模拟污水中,粉绿狐尾藻和凤眼莲对TN去除率分别在12 d、15 d后达到97%,TP去除率分别在9 d、12 d时达到99%以上,之后氮、磷含量在较低水平达到平衡;TN为7 mg/L的模拟污水中,两种植物对TN、TP的去除率均在第9 d达到95%以上。本实验还发现在夏季实验中,温度高于35℃的情况下植物生长趋缓,阴雨与高温天气交替出现会加剧这种影响,以至夏季试验期间两种植物的净化效果均没有预期的理想,对氮、磷的去除速度均较秋末试验时缓慢。4、用富集生长后的EM菌液浸泡成体凤眼莲和空心菜(Ipomoea aqutica)根部使工程菌在植物根际定殖,并对凤眼莲和水培空心菜根部的嗜酸乳杆菌、酵母菌和光合细菌的数量动态进行跟踪,经过48-72 h,凤眼莲根部嗜酸乳杆菌和酵母菌均增加2-3个数量级,光合细菌增加1个数量级,空心菜根部嗜酸乳杆菌和酵母菌增加2个数量级,光合细菌数量则变动较小。将定殖植株移入植物营养液中培养,三种菌的数量优势能维持10 d左右,此后根部的微生物群落组成逐渐恢复至定殖前的状况。5、分别用凤眼莲和空心菜EM定殖植株对富营养化水体进行净化试验,结果表明,EM定殖后的凤眼莲和空心菜植株对TN、TP、NO3--N和NH4+-N的去除效率均显著低于未经EM定殖的植株,说明实验条件下,定殖的EM优势菌群未能与两种植物协同去污,且可能因对植物根际土著微生物的抑制削弱了植物原有的去污能力。凤眼莲和水培空心菜本身对水体的氮、磷有较好的去除效果,为强化其功能,构建高效的植物、微生物耦合净化系统,还需在功能菌筛选、微生物在植物根际的定殖条件及其相互作用关系等方面作更进一步的研究。