低温季节双级潮汐流人工湿地脱氮及微生物群落结构研究

• 作 者: 徐问问
• 出 处: 南京信息工程大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 低温人工湿地 尾水提标改造 脱氮微生物 群落结构及组成 菌属响应

为提高水生态自净能力,污水处理厂一级A尾水的提标改造已成为发展趋势。人工湿地利用滤料-植物-微生物之间作用实现污染物去除,具有众多优点,但其处理效果受气候影响较大,低温季节水质净化能力明显变差。针对该问题,本研究构建小型双级潮汐流人工湿地耦合装置（TFCWs）。将两个潮汐流装置串联,种植狐尾藻,砾石、石灰石与沸石作为滤料,并添加固定碳源,以实现低温条件下湿地运行效果的强化,分析脱氮微生物群落结构,研究结果如下。1)双级TFCWs串联的结构可以有效节省处理时间,且多级湿地显著提高去除效率。除总氮（TN）外其余指标均符合《地表水环境质量标准》Ⅳ类,TN符合各地低于12 mg/L的低温地方标准。2)双级TFCWs耦合系统在淹没:排空为16h:8h无回流运行时,对C、N、P去除效果更优更稳定,运行方式也更简便。高通量测序结果显示,试验Ⅱ的样品丰富度均高于试验Ⅰ,各功能基因多样性变化较为复杂。3)双级TFCWs耦合系统中溶解氧（DO）、酸碱度（p H）和温度（T）对AOA菌群影响显著,而化学需氧量（COD）和各形态氮浓度对AOB、nar G、nir S和nrf A群落影响显著。在装置A底层添加的固定碳源可缓慢释放COD,显著影响A装置各滤料层nar G、nir S和nrf A群落组成,其中Pseudomonas相对丰度随之增大,进而显著提高对硝态氮（NO₃^--N）的去除率。4)在低温季节下对DO、氨氮（NH₄⁺-N）的竞争使本试验中的AOA与AOB存在拮抗作用,且AOB比AOA对进水条件中的污染物浓度更敏感。对NH₄⁺-N起主要去除作用的是Nitrosospira和Nitrosomonas,稳定后对NH₄⁺-N的去除率超过95%。5)除Pseudomonas与三种菌属有抑制关系,其余反硝化和硝酸盐异化还原菌属均协作共生。Pseudomonas和Rhodobacter是本试验中去除NO₃^--N的指示菌属,Zoogloea具有去除NO₂^--N指示作用。在低温季节下,尽管负责将NO₃^--N去除的nar G和nrf A基因的Alpha多样性较大,但优势菌属Thauera、Arthrobacter（nar G基因）和Solitalea、Lacunisphaera（nrf A基因）未对NO₃^--N起到显著去除作用,NO₃^--N是出水TN的主要组成。