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水环境污染是目前全球面临的热点环境问题之一,而其中水体氮污染与富营养化又是最为普遍的现象,氮污染已经成为影响我国水环境质量的一个重要因素。随着人们对生态环境重视程度的提高,使用生态修复方法治理富营养化已经受到各界的关注。本研究在分离纯化土著氮循环细菌的基础上,应用辐射技术制备生物相容性高分子共聚物载体,采用固定化细胞增殖技术固定氮循环细菌,当实验用水为人工配水时,考察固定化脱氮效果;选择冬季常用生态修复植物-伊乐藻,采用固定化氮循环细菌+伊乐藻系统与伊乐藻系统修复富营养化水体,对比对氮素的去除效果;最后针对本研究的支撑项目--镇江863水环境课题“金山湖生态修复与面源污染控制示范区研究与工程”分项,将固定化氮循环细菌技术与生态浮岛相结合强化净化示范工程水体进行原位生态修复实验。得到的主要结论如下:
1、以流化床为反应器,采用SBR运行方式对氮循环细菌进行固定化,通过对载体颜色与形态以及SEM表明利用这种方法能快速实现固定化,且过程容易控制,流化状况好,并且不需要脱膜设备。
2、在实验室对载体进行固定化时,当进水氨氮浓度分别为10.1 mg/L、12.3mg/L、19.9 mg/L、24.8 mg/L和44.6mg/L时,出水氨氮浓度分别为2.02 mg/L、1.722mg/L、1.69 mg/L、1.49 mg/L、1.96 mg/L。氨氮浓度得到降低,对应脱氮率达到80%以上,最高的脱氮率为95.6%。
3、沉水植物伊乐藻可以从水体中直接吸收营养物质。利用固定化氮循环细菌和沉水植物的互利共生关系对水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总氮都有较好的去除效果,比单纯采用沉水植物效果要好。两种组合明显改善水体水质。
4、种植沉水植物和接种固定化氮循环细菌,都有利于增加富营养化水体中这四种微生物菌群的数量。采用固定化氮循环细菌技术,能较好的扩散氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌,和伊乐藻产生互利共生作用,实验结果表明采用固定化细菌系统实验时水体中细菌数量要比沉水植物系统要高1-2个数量级。
5、金山湖示范工程建成后,通过长达7个月的监测表明,水质明显得到改善,氨氮含量已经由Ⅴ类达到Ⅱ类指标,总氮和COD由劣Ⅴ类分别达到Ⅴ类、Ⅲ类指标。
6、金山湖水体中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮以及总氮浓度在动态变化中,有降低趋势,水体逐渐净化。固定化氮循环细菌通过扩散,增加了水体以及植物根区的微生物数量,氨化、亚硝化和反硝化细菌均高出对比组1~3个数量级,进一步增强了净化水体的能力。
7、硝酸盐氮是金山湖水体中总氮的主要存在形式,因此在长期生态修复情况下,利用固定化氮循环细菌技术和水生植物修复相结合,建立互利共生强化净化系统,对去除荒漠化水体氮素,修复水生生态系统具有重要意义。