【摘 要】
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水体富营养化状态的持续从根本上破坏了水生态系统结构的平衡,生物共生与栖息的空间逐渐减少,河流湖泊的水域功能退化,最终导致水生态安全等问题。为了达到高效处理富营养化水体的效果,在分别研究了春季与冬季直接喷洒复合微生物菌剂处理污水的效果基础上,筛选具有高效脱除氮磷及有机物的优势菌种与吸附能力强的填料介质进行微生物固定化技术的构建,并借助于模拟春季条件下自然富营养化水体固定化微生物处理实验确定了工艺参数
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水体富营养化状态的持续从根本上破坏了水生态系统结构的平衡,生物共生与栖息的空间逐渐减少,河流湖泊的水域功能退化,最终导致水生态安全等问题。为了达到高效处理富营养化水体的效果,在分别研究了春季与冬季直接喷洒复合微生物菌剂处理污水的效果基础上,筛选具有高效脱除氮磷及有机物的优势菌种与吸附能力强的填料介质进行微生物固定化技术的构建,并借助于模拟春季条件下自然富营养化水体固定化微生物处理实验确定了工艺参数,之后将该技术运用于冬季农村河道水环境治理中,检测微生物固定化样品在相同季节环境下的处理效果。主要的结论归纳如下:1.利用复合微生物菌剂在冬季与春季喷洒富营养化水体后,效果不一。冬季通过室内实验,发现向含底泥的上覆水中添加菌剂时,相比仅含底泥的对照处理,菌剂处理能显著降低化学需氧量(CODCr),而对于降低总氮（TN）和总磷（TP）则无明显优势。另一方面,当菌剂添加量为水容积的1‰时,CODCr的去除率达到74.39%,总氮（TN）与总磷（TP）的去除率则在菌剂使用量中的效果最高,分别为76.04%和91.45%。春季分别在户外河道和池塘中施加菌剂,去除了51.61%的NH3-N和91.4%的TP等营养成分,使河道水质从劣Ⅴ类水基本达到Ⅳ类水体要求;另外,检测了池塘在投加量为1‰的菌剂修复前后4个位点处的NH3-N、TN、TP与COD指标变化情况,发现水体各指标去除率都超过50%,氨氮（NH3-N）去除率则为70.75%,说明了温度作为限制性因子影响了菌剂的使用效果。2.在处理模拟污水的室内菌种筛选的实验中,贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）表现出高达93.9%的CODMn去除率且去除效果稳定,枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）也表现出优良的磷酸盐(PO43--P)去除效果,PO43--P浓度降至为零且保持稳定。两株芽孢杆菌在维持NH3-N浓度在较低水平上则发挥了相似的作用;筛选固定化填料基质的实验结果确定了两种介质:（1）吸氨沸石对CODMn的吸附能力最强,吸附率为99.25%,其本身也具有氨氮吸附功能;（2）另一种活性介质—活性炭的氨氮吸附率为88%,效果较稳定;为了确定后续户外固定化组合实验的研究重点,开展无拮抗作用的两种微生物搭配不同填料的组合实验,得到的结果是活性炭固定化微生物能降低NH3-N、TN与PO43--P浓度,其中4天时间内,该处理的TN降低为0且维持稳定,6天时间后PO43--P浓度达到0.28mg/L（Ⅳ类水标准）,表明活性炭吸附固定微生物的优势。此外,我们确定了贝莱斯芽孢杆菌的反硝化功能基因为nir S。3.我们完成了固定化工艺成袋后,为了应用于自然界水体的修复,设计了户外实验并模拟春季条件探究微生物修复最适p H、活性炭填料与菌液配合比例及活性炭颗粒长度这3个因素对固定化的影响。总体的结果:各处理组NH3-N去除率为77.79%-79.79%,从劣五类水达到Ⅴ类水水平。当p H=7、载体菌液比2:1、颗粒长度＞3.5mm时,NH3-N的去除率为79.48%,且TN和TP的去除率为61.25%和40.26%,效果比较稳定;另一方面,绝大部分处理组在实验中后期保持碱性磷酸酶（AKP）活力,而硝酸还原酶（NRA）在此过程中保持较低水平,部分水桶前两次取样含有较高的NRA活力,证实了贝莱斯芽孢杆菌等反硝化细菌的存在。综合上述结果,发现春季部分固定化处理下的氨氮与总氮的去除率强于菌剂直接喷洒的处理。4.我们将固定化技术应用于一段开放型河流修复中,并设置了不同投放深度与投放密度来探究微生物的去除效果与生长状态的差异。结果显示:（1）10kg菌袋处理对水体TN和CODCr的去除效果优于5kg菌袋;（2）10kg菌袋和5kg对照网袋在初始有机负荷较大时能保持稳定去除,且10kg菌袋的处理效果优于对照网袋。（3）计数各处理活性炭中微生物数量后发现,表层微生物量多于底层,且在菌袋的活性炭中,沉底与漂浮状态的改变影响了nir S型反硝化细菌的数量。实验后期,高有机负荷下的10kg菌袋微生物量较5kg菌袋高,而5kg对照网袋微生物量随着水质稳定而减少。总体上看,相比于对照,菌袋在冬季处理污水中发挥了一定的水质改善作用。试验结果表明,固定化的微生物的去除效果在一定程度上优于菌剂喷洒,能有效改善水质。
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