柔性生物膜载体的悬挂方式及其与水生植物相互作用对水质净化的影响

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柔性生物膜载体常作为填料悬挂于生态浮床等构筑物下方,为微生物生长提供附着表面。目前柔性生物膜载体对水质净化效果影响研究集中在载体类型和悬挂密度等方面。本论文在柔性载体优选基础上,通过改变载体悬挂方式(如螺旋式悬挂)提高载体上与水质净化相关的微生物数量,达到提升水质净化效果的目的。此外,水生植物根系对载体表面附着的生物数量和菌群结构的影响是调控水质净化能力的重要因素。因此本论文研究柔性载体的悬挂方式及其与水生植物(黄菖蒲)相互作用对水质净化的影响,考察柔性载体挂膜量和菌群结构的变化特征,探明净化机制。本论文取得主要研究成果如下:(1)选择市场上现售及应用较多的七种柔性生物膜载体,进行自然挂膜实验。结果显示,立体弹性柔性生物膜载体挂膜量最高。以单位质量、单位体积和单位长度计,分别是其他六种柔性载体的1.8~3.0、1.9~4.3和4.0~6.9倍。且立体弹性柔性载体有价格和供货期的优势,因此选择这种载体进行实验。(2)设置高低两种污染负荷,研究了不同悬挂方式对柔性生物膜载体净化水质效果的影响。结果显示,出水稳定期间高低两种污染负荷条件下螺旋式悬挂组(L)柔性载体对进水总磷、总氮、氨氮和CODCr的去除率均大于常规式悬挂组(C)(p<0.05)。相比C,L对这四个指标分别提高了19.4%~30.0%、19.2%~35.7%、18.3%~24.0%和12.0%~15.3%。载体挂膜量及其菌群结构数据显示,螺旋式悬挂可通过改善氧环境以及提高挂膜量显著提升载体生物膜中与氮磷转化相关的微生物数量。并且,水质净化效果与氮磷转化相关的微生物数量大小一致。(3)研究了不同悬挂方式柔性生物膜载体(即L和C)与黄菖蒲(Z)相互作用对水质净化效果的影响。结果显示,出水稳定期间各处理组载体对进水总磷、总氮、氨氮和CODCr去除率顺序均为ZL>ZC>L>C,L和C组氨氮除外(差异不显著)。此外,黄菖蒲对L去除氨氮效率提升幅度(33.4%)明显高于对C的提升(22.4%)。载体挂膜量及其菌群结构数据显示,黄菖蒲可通过根系泌氧和释放营养物质进一步提高与氮磷转化相关微生物数量,并与水质净化效果一致。由于植物同化对总氮总磷去除率增幅贡献小(<3%),因此黄菖蒲主要通过提高载体上与氮磷转化相关微生物数量提高水质净化效果,并与螺旋式悬挂载体协同作用进一步提高对氨氮去除效率。
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