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湖泊、城市景观水体的富营养化现象已经成为我国目前最紧迫的水环境问题,也是最为频繁发生的水环境灾害。因此,迫切需要寻求一些经济、便捷、符合科学原理、环境风险影响小的技术方法来控制富营养化水华藻类的生长以及水环境的水质改善。利用生物学方法防治藻类危害逐渐得到人们的重视,特别是溶藻微生物材料的分离以及强化生物膜控藻成为了新的研究热点。论文拟从富营养水华分离获取高效溶藻微生物材料,通过生物载体固定化强化生物膜反应器对模拟水环境进行净化试验,研究成果将为开发强化生物膜控藻及其富营养化水环境水质改善的技术提供理论基础与实际应用指导。
以水华优势藻——水华鱼腥藻为对象,从滇池水华水样中通过反复空斑纯化、SM纯培养体系、液体溶藻效果检验等步骤,初步分离出具有溶藻性能的10余个菌株,并对其中的部分菌株的溶藻特性进行了研究。如编号为dI1的溶藻菌株的溶藻特性表现为通过间接方式溶藻,对蓝藻门的铜绿微囊藻和水华鱼腥藻均表现出良好的溶藻效果,对绿藻门的蛋白核小球藻抑藻效果较差。溶藻菌的分离为后续强化生物膜控藻实验奠定了基础。
以多孔海绵状填料为生物载体,在实验室内开展了生物膜反应器、溶藻菌强化生物膜反应器和稻草强化生物膜反应器对模拟水环境的控藻效果研究。研究表明:生物膜反应器、稻草强化生物膜反应器和溶藻菌强化生物膜反应器对两种水华藻类均有良好的去除效果,经过6d的处理,3种生物膜反应器对模拟水环境的水华鱼腥藻和铜绿微囊藻的最终去除率均能达到93%以上;稻草强化生物膜反应器抑藻效果优于生物膜反应器,如流量为20mL/min条件下运行3d,生物膜反应器和稻草强化生物膜反应器对水华鱼腥藻的去除率分别为68.0%和75.8%;溶藻菌强化生物膜生物膜反应器抑藻效果比稻草强化生物膜反应器更好,如经过3天的处理,流量为20mL/min的溶藻菌强化生物膜生物膜反应器和稻草强化生物膜反应器对水华鱼腥藻的抑制率分别为81.3%和64.2%。对模拟水环境的控藻效果随流量的增大而增强,如流量为10mL/min、20mL/min、85mL/min的生物膜反应器经过4d运行,对模拟水环境中的水华鱼腥藻的去除率分别为75.5%、81.6%和95.6%;3种反应器对水华鱼腥藻的去除效果均好于铜绿微囊藻。
基于实验室的研究成果,开展了针对生物膜反应器、稻草强化生物膜反应器、溶藻菌强化生物膜反应器以及稻草直接利用等4种方式对实际富营养化水环境的控藻与水质改善实验研究。实验结果表明:这4种方式都对富营养化的水环境藻类有明显的控制作用,模拟水环境中的叶绿素a(Chl-a)含量的最终去除率均能达到91%以上,对模拟水环境的水质改善效果明显,水质变得澄清透明,其中对COD、TN的去除率分别能达到40%和42%以上,试验运行后期溶解性TP含量水平有所上升,为反应器内藻类细胞死亡的内含物释放所致;相同流量运行参数条件下,对模拟水环境的控藻效果以稻草强化生物膜反应器为最好,生物膜反应器次之。如流量为20mL/min的稻草强化生物膜反应器、生物膜反应器和稻草直接利用经过1d的处理,对滇池流域池塘水华水环境的藻类去除率分别为44.3%、41.3%、33.0%。与一般生物膜反应器相比较,溶藻菌强化生物膜反应器对模拟水环境的控藻能力表现出了一定的优越性。在流量为20mL/min运行条件3d,溶藻菌强化生物膜反应器和生物膜反应器处理对模拟水环境的藻类去除率分别为92.7%和89.1%。
采用多孔海绵状生物填料,通过动态自然挂膜构建生物膜反应器直接处理富营养化的池塘水,研究其控藻效果及其对水质的改善情况。研究表明,生物膜反应器对藻类具有较好的去除效果,去除率可以达到80%左右,对COD、TN、TP的去除率分别稳定在40%、25%、45%左右,对水环境的水质改善效果明显。
上述研究表明,高效溶藻菌材料的获取及其对生物膜反应器的强化作用,对富营养化水环境的藻类控制与水质改善具有潜在的推广应用价值,值得继续深入探索,以期为我国富营养藻华水体的治理提供有效的借鉴。