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人工湿地系统微生物去除污染物的研究进展
来源:互联网 qikanw |
【分  类】 化工与理学
【关 键 词】 人工湿地;生态系统;基质微生物;酶活性 
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:
摘要:人工湿地污水处理系统具有净化效果显著、建设和运行费用低廉、管理简便等优点近年来越来越受到人们的重视。人工湿地是利用介质、植物和微生物构成的复合系统来处理污水。微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。介绍了人工湿地系统中微生物去除污染物的研究进展,重点讨论了人工湿地对污染物和特殊有机污染物的去除以及系统基质中微生物的种群和活性等内容。
关键词:人工湿地;生态系统;基质微生物;酶活性 
中图分类号:X171 文献标志码:A
 
Progress on Study of Pollutants Removal of Microorganism in Constructed Wetlands
 
Abstract: Constructed wetland systems are increasingly used to treat domestic sewage, industrial wastewater and agricultural runoff in recent years. The wetland treatment process has been gaining international interests and applications due to its low maintenance and operational cost, and high removal capacity. Constructed wetland is a new energy-saving wastewater treatment technology, which is consisted of media, macrophytes and microorganisms. Microorganisms play key role in purifying wastewater in the constructed wetland. Recent studies on microorganisms of the constructed wetlands were reviewed, including removal of pollutants and special organic pollutants as well as microbial communities and activities in the ecological system of the constructed wetland.  
Key words: constructed wetland; ecosystem; substrate microorganisms; activities of enzyme  
 
人工湿地技术是是20世纪70年代末发展起来的一种新型的污水生态处理新技术,其特点是投资少、效率高、抗冲击、处理效果稳定、运行费用低、维护方便、景观生态相容性好等诸多优点[1,2]。目前已被用于处理各种类型的废水,如居民生活污水、养殖废水、酸性矿排水、暴雨径流、面源污染控制以及恢复和重建河流、湖泊湿地,同时在城市市政工程建设中发挥作用[3-5]。一般认为,人工湿地是通过植物-土壤-微生物的综合作用实现对污染物去除的,其中微生物是对污染物进行吸附和降解的主要生物群体和承担者,微生物在湿地基质中与其他动物和植物共生体的相互关系往往起着核心作用[6-8]。在人工湿地系统净化污水过程中,基质中的微生物起到十分重要的作用,一方面它们既是生态系统中的重要组成部分,另一方面又是有机污染物去除的积极分解者。微生物是系统中的重要角色,它的组成以及功能的发挥将直接影响人工湿地的净化效果,近年来对基质微生物的研究逐渐深入,包括微生物种群时空分布[9,10],微生物酶活性[11],遗传多样性[12,13]等。本文总结归纳了国内外有关人工湿地系统中微生物去除污染物的研究进展。
 

基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目(2008ZX07208-005)
作者简介: 张巍( 1975 - ) , 男, 辽宁锦州人, 工程师,博士,主要从事环境微生物和污染水体生态修复控制研究.(电子信箱)wzhang1215@163.com; 电话:13840235459
 2.人工湿地微生物去除污染物研究现状
围绕人工湿地基质微生物去除污染物已经展开了多方面的研究,主要包括微生物数量、种群分布、酶活性以及有机物的生物降解等几方面。
2.1 人工湿地系统中微生物的种群与污染物去除效果
人工湿地中存在大量的厌氧、好氧和兼性菌群,这些微生物存在于湿地的土壤或砾石填料的表面和植物的根系表面,通过参与营养物的循环和改善填料氧化还原条件,以实现湿地处理污水的功能[14]。
吴振斌等[15]通过磷脂脂肪酸(PLFAs)分析,研究了复合垂直流人工湿地基质剖面的微生物群落结构及其分布特征。基质中好氧原核微生物为优势类群,其次为革兰氏阳性细菌及其他厌氧细菌,真核微生物所占比例最低。统计结果显示,好氧原核微生物的特征PLFAs相对含量在上行池表层最高;革兰氏阳性细菌、SRB 及其他厌氧细菌的特征PLFAs相对含量在下行池中层显著高于其他位点,指示该区域为湿地系统主要的兼性厌氧功能区,为控制和强化湿地净化效果提供理论基础。谢冰等[16]采用单链构象多态性(SSCP) 技术对上海梦清园芦苇人工湿地底泥微生物群落结构进行了研究。采用SSCP 技术对芦苇湿地底泥中的微生物DNA研究表明,当凝胶浓度10 %、交联度49∶1、5 %的尿素,PCR 产物上样量为4μl , 电压为150V 时,可以得到重复性好的指纹图谱。PCR-SSCP实验结果显示,芦苇人工湿地中优势微生物主要是一些对环境适应能力强的芽孢杆菌。季节变化和进水水质变化对微生物群落结构有较大影响,湿地微生物DNA多样性呈现季节性和地带性变化。郭如美等[17]主要测定了泗洪潜流式人工湿地芦苇根面及填料表面上氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌的数量分布情况,并初步探讨了人工湿地脱氮效果。结果显示湿地中细菌数量丰富,氮去除效果较好, 其中氨氮、凯氏氮、总氮的去除率分别为55.5%, 60.1%, 53.6%。李智等[18]测定了人工湿地基质微生物,人工湿地基质好氧微生物数量下行池大于上行池;基质上层好氧微生物数量显著大于中下层基质;基质上层区域是人工湿地污水处理系统最有效的净化空间。由于人工湿地下行池基质中好氧微生物数量大于上行池,在人工湿地净化污水的过程中,下行池的作用占主导地位。邓欢欢等[19]利用Biolog 微平板技术研究了水平潜流人工湿地基质微生物群落结构,主成分分析(PCA)结果表明,不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构。功能多样性指标分析表明,基质上层微生物群落丰度、均匀性和多样性指标均高于下层,前部下层微生物群落的均匀性指数显著低于其他取样点,存在较强的优势种;后部下层的丰度指数则明显低于其他采样部位。张甲耀等[20]研究不同植物构成的潜流型人工湿地处理系统的净化能力及其异养细菌数量,发现在芦苇湿地中有假单胞菌属、无色杆菌属、不动杆菌属、黄杆菌属、黄单胞菌草属、短杆菌属、节杆菌属、芽孢杆菌属、分枝杆菌属、葡萄球菌属和微球菌属等,假单胞菌属、无色杆菌属和不动杆菌属细菌是优势菌。在无植物系统中假单胞菌属也是优势菌,但没有分离到不动杆菌属、黄杆菌属和微球菌属细菌。沈耀良等[21]发现人工湿地内存在明显的好氧菌和厌氧菌群体,在植物的根、茎上好氧微生物占优势;而在植物的根系区则既有好氧微生物的活动,也有兼性厌氧微生物的活动;在冬季,虽然湿地植物的地上部分要枯萎,但湿地中各类微生物的数量则基本上保持在较高的水平上,不过好氧微生物和兼性厌氧微生物数量的比值有所减少。人工湿地污水处理系统是一个高含氮环境,有大量微生物参与氮素物质的转化。许多学者把涉及氮转化的细菌作为研究的重点。有研究结果表明人工湿地系统中氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量都处于较高水平,湿地中氮转化细菌丰富,有植物系统中亚硝化菌数量高于无植物系统[22]。梁威等[23]对不同季节的芦苇、茭白、和香蒲等湿地系统植物根区、无植物对照从质微生物分布状况以及净化效果进行研究,结果显示种植不同植物的湿地系统根区微微生物数量不同,其湿地净化效果也不同;季节变化显示湿地系统秋季的细菌总数量比夏季高;但对照系统夏季的真菌和放线菌数量明显高于秋季;湿地系统总磷的去除率夏季高于秋季相关性分析发现湿地植物根区的细菌总数与,的去除率之间存在显著相关性而根区微生物数量与TP、CODcr和凯氏氮(KN)的去除率之间不存在显著相关性。     
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