（微生物学专业论文）黑臭河道治理模型规模研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者始王钇 日期训年箩月歹日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 i 作者签名：壬馄 导师签名：么神 日期：沙r f 年歹月；日日期：加i f 中 月岁7 e l n 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益 作者签名： 日期：沙f 年 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 目前，我国城乡很多河道都处于黑臭状态，因此治理黑臭水刻不容缓。生物净 化法与传统的治理黑臭水的物理化学方法相比，具有绿色、经济、不破坏生态环境、 效果好的等特点。因此本研究采用微生物及植物对人工配置的黑臭水进行了净化研 究，旨在为黑臭水治理提供一定的理论依据。 投加浓度为8 1 0 5 个m l 的光合细菌p 9 对黑臭水净化效果明显，第六天溶氧 d o 增加了1 1 3 ，对c o d 、b o d 、n h s - n 的去除率分别达到了3 5 1 、2 6 7 和 1 4 9 。同时，水样的色阈值和臭阈值分别降低了约1 5 2 和2 9 5 。投加浓度为 2 木1 0 4 个m l 的2 号菌对黑臭水净化效果明显，第六天溶氧d o 增加了1 0 7 ，对c o d 、 b o d 、n h 3 - n 的去除率分别达到了4 7 、3 4 7 和2 3 3 。同时，水样的色阈值和 臭阂值分别降低了约3 2 和4 0 1 。以上结果表明，光合细菌p 9 以及2 号菌均可以 有效净化黑臭水。 三种水生植物均能有效净化黑臭水，水葫芦、美人蕉、浮萍的最佳投加量为分 别投加1 株2 0 0 l 、1 株2 0 0 l 、一个单位( 4 d m 2 ) 2 0 0 l 。浮萍处理组，d o 增加了 8 3 3 ，c o d 、b o d 、n h 3 - n 分别去除了2 2 2 、2 6 、1 5 4 ，水样的色阈值和臭 阈值分别降低了约1 9 3 和4 0 9 。水葫芦处理组，d o 增加了9 5 5 ，c o d 、n h 3 - n 、 b o d 分别去除了3 0 5 、2 2 6 、1 8 7 ，水样的色阈值和臭阈值分别降低了约2 3 7 和4 4 8 。美人蕉处理组，d o 增加1 0 3 6 ，c o d 、n h 3 - n 、b o d 分别去除了 3 2 1 、3 9 6 、1 8 4 ，水样的色阈值和臭阈值分别降低了约3 5 8 和5 2 9 。以 上结果表明，三种水生植物均可以有效净化黑臭水。 模拟黑臭河道实验中，混合菌投加实验：d o 增加了2 7 1 ，混合菌对c o d n h 3 - n 、b o d 的去除率分别为5 6 2 、3 3 1 、4 4 8 ，水样的色阈值和臭阈值分别 降低了约5 5 和5 7 6 。添加水生植物和混合菌的的大模型实验中：d o 增加了 3 9 3 m g l ，c o d 小n h 3 - n 、b o d 的去除率分别为7 0 6 、4 7 、5 8 3 。水样的色 阈值和臭阈值在第八天分别降低了约6 5 4 和6 9 1 。 关键词：黑臭水；光合细菌；2 号茵；水生植物 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t a tp r e s e n t m a n yr i v e rw a yi nc h i ma r eu n d e rt h ec o n d i t i o no fb l a c k - o d o rw a t e r ，i t i st h e r e f o r ei m p e r a t i v et od e a lt h ep r o b l e mo fb l a c k o d o rw a t e r c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a l p h y s i c a la n dc h e m i c a lm e t h o d s ，b i o l o g i c a lm e t h o dh a sa d v a n t a g e sc h a r a c t e r i z e db yt h e g r e e n ，e c o n o m i c ，n o td a m a g et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，a n dt h ep r e f e r a b l ee f f e c t t h e r e f o r e ，m i c r o o r g a n i s ma n da q u a t i cp l a n t sw e r ec h o s e ni nt h i ss t u d yt op u f f f yt h e b l a c k o d o rw a t e ra n da i mt op r o v i d ec e r t a i nt h e o r e t i c a lb a s i sf o rc o n t r o lt h eb l a c k o d o r w a t e r p r e f e r a b l ee f f e c to fp u r i f i c a t i o nb yp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) p 9a n dt h eb a c t e r i a 2 撑w a so b t a i n e d t h ed i s s o l v e do x y g e nw a si n c r e a s e db y l1 3 a n dt h er e m o v a lr a t eo f c o d ，b o d , n h 3 - n ，c o l o rt h r e s h o l da n do d o rt h r e s h o l dw e r e3 5 1 ，2 6 7 ，1 4 9 ，1 5 2 a n d2 9 5 r e s p e c t i v e l y s i x d a y s l a t t e rw i t hp 9c o n c e n t r a t i o na m o u n t 8 幸10 c e l l s m l w h e nt h ec o n c e n t r a t i o na m o u n to fb a c t e r i a2 撑w a s2 车10 耳c e l l s m l t h e d i s s o l v e do x y g e nw a si n c r e a s e db y10 7 a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d n h 3 一n ， c o l o rt h r e s h o l da n do d o rt h r e s h o l dw e r e4 7 ，3 4 7 ，2 3 3 ，3 2 a n d4 0 1 ， r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tp 9a n dt h eb a c t e r i a2 群b o t hc o u l do b v i o u s l y i m p r o v et h eb l a c ka n do d o r t h eb l a c k o d o rw a t e rw a sa l s op u r i f i e db yt h r e ea q u a t i cp l a n t s ，w a t e rh y a c i n t h , c a n n aa n dl e m n am i n o r 1 1 1 eo p t i m a mc o n d i t i o nf o rp u r i f i c a t i o nw a sp e rw a t e r h y a c i n t h 2 0 0 l ，p e rc a n n a 2 0 0 l ，a n dp e ru n i t ( 4 d m z ) w a t e rh y a c i n t h 2 0 0 l n ed i s s o l v e d o x y g e nw a si n c r e a s e db y8 3 3 a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d ，n h 3 - n ，c o l o r t h r e s h o l da n do d o rt h r e s h o l dw e r e 2 2 2 ，2 6 ，15 4 ，l9 3 a n d4 0 9 ，r e s p e c t i v e l y i nt r e a t m e n to fl e m n am i n o r t h ed i s s o l v e do x y g e nw a si n c r e a s e db y9 5 5 a n dt h e r e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d ，n h 3 - n ，c o l o rt h r e s h o l da n do d o rt h r e s h o l dw e r e3 0 5 ， 2 2 6 ，l8 7 ，2 3 7 a n d4 4 8 ，r e s p e c t i v e l yi nt r e a t m e n to fw a t e rh y a c i n t h t h e d i s s o l v e do x y g e nw a si n c r e a s e db y10 3 6 a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d ，n h 3 - n ， c o l o rt h r e s h o l da n do d o rt h r e s h o l dw e r e 3 2 1 ，3 9 6 ，18 4 ，3 5 8 a n d5 2 9 ， r e s p e c t i v e l yi nt r e a t m e n to fw a t e rh y a c i n t h t h o s er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h r e ea q u a t i c p l a n t sa l lc o u l do b v i o u s l yi m p r o v et h eb l a c ka n do d o r i ns i m u l a t e de x p e r i m e n to fb l a c k - o d o r sr i v e r ，n l ed i s s o l v e do x y g e nw a s i n c r e a s e db y2 9 9 a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d ，n h 3 - n ，c o l o rt h r e s h o l da n do d o r t h r e s h o l dw e r e5 6 2 ，3 3 1 ，4 4 8 ，5 5 a n d5 7 6 ，r e s p e c t i v e l ye i g h td a y sl a t t e r w i t hi n o c u l a t i o no f p 9a n db a c t e r i a2 撑w h e nt h ea d d i t i o no fp 9 ，b a c t e r i a2 撑，a n dt h r e e i i d e m o n s t r a t e dt h a tc o m b i n a t i o no fp 9 ，b a c t e r i a2 撑a n dt h r e ea q u a t i cp l a n t sb o t hc o u l d o b v i o u s l yi m p r o v et h eb l a c ka n do d o r k e y w o r d s ：b l a c k o d o rw a t e r ；p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ；b a c t e r i a2 群：a q u a t i cp l a n t s m 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章文献综述 i i i - 1 1 1 我国水污染及广州河涌水环境现状一1 1 1 1 我国水污染极为严重l 1 1 2 广州河涌水环境黑臭现象突出1 1 2 水体黑臭的机理、成因及生态危害“l 1 2 1 机理1 1 2 2 成因2 1 3 黑臭水体治理方法一2 1 3 1 物理方法2 1 3 2 化学法2 1 3 3 生物净化法3 1 4 光合细菌( p s b ) 及其在水体净化中的应用3 1 5 根际微生物对污染物的降解作用“4 1 6 水生植物在水体净化中的应用一4 1 7 本文研究的目的及意义一5 第二章微生物( p 9 、2 号菌) 对黑臭水的净化效果 2 1 材料与方法6 2 1 1 实验材料6 2 1 2 主要实验仪器6 2 1 3 培养基7 2 1 4 黑臭水的配置7 2 1 5p 9 和2 号菌的活化与扩增7 2 1 6 光合细菌对人工黑臭水净化实验8 2 1 7 分析测定方法8 2 2 结果与分析9 2 2 1 最佳人工黑臭水底泥的投加量9 2 2 2 曝气与不曝气的比较9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 2 3p 9 菌的培养方法比较一1 0 2 2 3p 9 和2 号菌投加浓度的确定1 0 讨论1 4 本章小结1 5 第三章水生植物对黑臭水净化效果研究 1 7 3 1 实验材料与方法1 7 3 1 1 水生植物的选择1 7 3 1 2 黑臭水的配置”17 3 1 3 实验设置”17 3 1 4 实验仪器1 7 3 1 5 分析测定方法17 3 2 结果与分析1 7 3 2 1 黑臭水各水生植物投加量的比例1 7 3 2 2 浮萍，水葫芦和美人蕉对黑臭水的净化效果1 8 讨论“- 2 2 本章小结2 2 第四章黑臭河道治理模型规模研究 2 3 4 1 实验材料与方法2 3 4 1 1 植物及微生物2 3 4 1 2 黑臭水的配置2 3 4 1 3 实验设置”2 3 4 1 4 实验仪器一2 7 4 1 5 分析测定方法2 7 4 2 结果与分析2 7 4 2 1 单级跌水与多级跌水比较一2 7 4 2 2 河道模型实验实验2 8 讨论2 9 总结 参考文献 致谢” 3 0 q o o o g q3 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章文献综述 1 1 我国水污染及广州河涌水环境现状 1 1 1 我国水污染极为严重 中国淡水污染极为严重【1 3 】：全国有近5 0 中小河流受到了严重污染，其中4 1 为劣v 类【4 】。根据中国环境公报调查1 3 1 条城市河流公布的污染结果：中度，2 9 ； 重度，1 6 ；严重污染，2 8 【4 】。目前，长江干流约4 0 的河水超过三类水标准【5 j ； 淮河河段甚至7 8 不能作为饮用水i l 4 】。很多报道显示全国黑臭中小河流分布广泛， 例如苏州河( 上海) 6 - 7 】、内河( 宁波) 、秦淮河( 南京) 、巡司河、黄孝河( 武汉) 等【8 1 2 1 。同时调查显示中国三大湖( 滇池、巢湖、太湖) 水污染日趋严重【1 3 1 。由此 可见我国水污染相当严重【1 4 。1 引。 1 1 2 广州河涌水环境黑臭现象突出 城市河涌是城市生态系统重要的组成部分b 6 】，具有环境、水源、娱乐、交通、 经济等功能【1 6 _ 1 引。广州有大小河涌上百条【1 9 1 。 工业发展及人口密集问题导致广州市河涌污染问题日益凸显【1 7 ，2 0 1 ：河涌富营养 化、有机污染、黑臭现象等都比较普遍【2 l 】。据相关部分监测数据显示，广州市区很 多河涌都呈现黑臭状态，水质属于劣v 类【捌。河涌黑臭现象在枯水期尤为突出【2 3 】。 1 2 水体黑臭的机理、成因及生态危害 1 2 1 机理 水体黑臭主要涉及以下生物化学反应 3 , 2 4 】： ( 1 ) 水体污染( 有机污染，o r g a n i cp o l l u t i o n , o p ) 严重时，溶解氧( d o ) 大量 消耗，水体处于严重缺氧状态( s e v e r ed e p l e t i o no f o x y g e n ，s d o ) ：2 5 - 2 6 1 。 ( 2 ) 厌氧微生物活跃转化为厌氧分解( a n a e r o b i cd i g e s t i o n ，a d ) f 2 7 。2 8 1 ，产生难 溶于水的恶臭气体( 如c h 4 、n h 3 - n 、h 2 s ) ，水体发臭2 9 3 0 1 。 ( 3 ) 水体中的f e 2 + 、m n 2 + 与水中的s 之形成致黑物质( 如f e s 、m n s 等) 3 0 】，致 使水体发黑 3 6 3 2 】。此外，由有o p 与悬浮物( s s ) 产生沉淀物可a d 释放出黑臭的物 质 6 , 3 3 】，进一步加重水体黑臭3 4 1 ，见下面化学式： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s h 2 s 冷h 、h s 。 h s 舒旷+ s 之 f e * 2 + s 。鹅f e s 1 2 2 成因 第一，水体黑臭的根本原因：大量污染物如垃圾、工业生活废水等排入水体导 致水体有机负荷( o r g a n i cl o a d i n g ，o l ) 不断增大【3 5 】，水体进而呈现s d o 的状态， 有机物发生a d 产生各种恶臭物质 3 0 3 。沉积物中的有机物上浮继而加剧水体的黑臭 o q ， 形成黑臭恶性循环1 3 3 j 。 第二，水体黑臭的直接原因：缺氧【3 2 】：o p 严重会导致天然水体自然复氧量不 足以补充有机物消耗的氧量【3 7 】，最终水体s d o ，f e 元素，m n 元素，s 元素都表现 为最低价状态，以至于形成使水体发臭发黑的f e s ，h 2 s 等物质 3 4 , 3 8 】。 第三，温度是关键因子，温度升高d o 会降低，厌氧微生物a d 引起黑臭f 7 ，3 0 1 。 文献报道水体水温8 c 3 5 c 时一般不会发生黑列1 1 ，3 3 1 。 第四，厌氧微生物a d 有机物产生恶臭物质，引起水体黑臭【3 0 3 。 第五，水体黑臭的程度直接由f e 、m n 的含量直接决定【3 l 】：水体含氧量低使f e 、 m n 等元素以低价状态存在 2 0 3 ，进而与水体中的s 2 结合形成致黑物质，悬浮于水体 中，继而致黑【3 引。 1 3 黑臭水体治理方法 1 3 1 物理方法1 3 9 j ( 1 ) 截污【1 0 , 3 4 】：从源头控制污染遏制黑臭恶化【1 0 1 。 ( 2 ) 疏浚【4 0 】：可减少沉积物中的污染物的释放m 】，疏浚成本较高，疏浚后的 底泥又会产生新的问趔3 4 , 4 0 。 ( 3 ) 引水和调水【4 1 4 2 】：可增j j d o 、可保持水体流动性提高水体自净能力【4 1 1 。 但是引调水需要大量清洁水资源【3 3 ，工程相当巨大。 1 3 2 化学法 ( 1 ) 化学絮凝【3 9 4 3 】：化学絮凝可去除严重污染的水体中有大量的固体悬浮物 ( s s ) 和固体废弃物( s w ) 4 4 - 4 5 1 。 ( 2 ) 吸附【4 6 】：利用化学药剂( 如氢氧化钙) 4 7 1 使水体中重金属转化成盐类或 者氢氧化物等难溶性沉淀从而净化去除。该法化学药剂需用量大、不经济且容易引 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 起二次污染。 1 3 3 生物净化法 生物净化( b i o r e m e d i a t i o nt e c h n i q u e ，b t ) 是利用微生物或植物降解或去除水 体中污染物p 3 4 s ，具有传统净化污水方法( 物理化学方法) 无可比拟的优点1 4 9 ， 而且效果显著【3 3 】。目前，国内外用于黑臭水体生物净化主要有以下几种： ( 1 ) 添加复合微生物菌剂【5 0 1 ：目前复合微生物菌剂( 如e m 菌剂，e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ) 应用广发，其发挥了微生物的最大功能【5 1 1 ，该法经济、见效快、 有效h 9 1 。 ( 2 ) 微生物促生法【4 9 ，5 2 】：通过向受污染的水体投放生物激活剂( 如酵母膏、 氨基酸和维生素等) 来促进水体微生物的生长，继而加速污染物的降解【5 3 1 。 ( 3 ) 生物膜技术【5 4 - 5 6 】：水体种微生物可附着于某些比表面积大的载体上形成 生物膜【5 4 矧，生物膜与污水接触过程时净化污水中的有机物【5 7 1 。生物膜技术可反复 利用效率高、较为经济【5 8 9 1 。 ( 4 ) 水生植物净化法【2 6 。2 7 】：是利用水生植物( 如浮萍、美人蕉、水葫芦等) 的代谢机能来净化污水【2 6 俐。此法净化污水具有经济、不破坏生境、不产生二次污 染、美学价值等【2 6 之7 1 。 ( 5 ) 组合生物修复技术( 物理、化学、生物联合使用) 【2 5 ，6 1 】：如文献用组合 修复技术修复黑臭河流，改善了河流的黑臭状态【2 5 1 。 1 4 光合细菌( p s b ) 及其在水体净化中的应用 光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e n a ，p s b ) 6 2 1 ：由红螺菌科等4 科组成【6 3 侧，是能 够进行光合作用的原核生物晔】。p s b 可利用污染物获得能型6 5 】；在自然界物质转化 和能量循环中起着重要作用【6 4 1 。目前p s b 已经广泛应用到污水处理当中 6 6 - 7 0 1 。 p s b 适应范围广能力强【3 引，其可通过自身的代谢活动净化水体中污染物( 如有 机物、氨氮、硫化氢等) 1 3 3 3 】，增加水d o 。p s b 处理污水具有效率高、操作方便、 成本低等特点f 7 l 】f 7 2 1 。本实验室高丹英f 3 】筛选到对黑臭水具有良好改善效果的的1 0 群p s bp 1 p 1 0 及混合菌群p m 。p s bp 9 的对黑臭效果改善较为良好，优势菌分子生 物学鉴定为沼泽红假单胞菌( r h o d o p s e u d o m o n a sp a l u s t r i s ) ，p 9 可有效净化黑臭水， 水样的氨氮( n h 3 - n ) 、硫( s 2 ) 、化学需氧量( c o d e r ) 、臭阈值、色阈值去除 率分别为3 0 、8 4 1 、7 0 6 、7 5 、6 2 1 矧3 3 j 。王虹等人利用p s b 对3 种种有机 废水的进行了净化实验，发现c o d 都降低了9 0 以上【7 3 1 。王有志对p s b 处理中药浸 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 出液废水进行了试验研究，p s b 对c o d 平均去除率达到9 0 7 ，b o d 5 平均去除率 达到9 3 9 7 4 1 。王琦研究了用光合细菌处理明胶废水，c o d 可去除9 0 以上。光合 细菌p s b 1 d 浓度为5 0m g l 的p s b 培养基中厌氧光照培养7d 后，2 氯苯酚降解率 可达到6 2 0 8 1 7 0 7 5 1 。固定化光合细菌对含酚废水也有较好的净化效果【7 6 1 。刘双江 等人筛选到一株利用亚硝酸盐的p s b ，对池塘中的眼硝酸盐去除率达到5 0 8 0 【7 7 】。 综上，p s b 在污水净化中有着广泛的应用。 1 5 根际微生物对污染物的降解作用 研究表明，微生物是人工湿地净化过程中的关键因素，特别是根际微生物在 b o d 和c o d 降解的过程中，发挥了重要作用 7 s 】。根际微生物大量存在于植物根际 周围，以根际分泌物为主要营养和能源物资，数量和种类都显著高于非根际微生物f 7 9 1 。 污水中的大量不含氮有机物在根区被好氧微生物直接分解成c 0 2 和h 2 0 ，而在 无氧区则通过厌氧细菌的发酵作用将有机物分解成c 0 2 和c h 4 。含氮有机物通过硝 化细菌和反硝化细菌的硝化和反硝化反应将含氮有机物分解成无机盐和氮气的形 式分别被植物重新利用和释放到空气中【6 砌。污水中含磷化合物的去除，需要磷细 菌将有机磷化合物转变成磷酸盐，被植物和基质重新利用和吸附8 1 j 。尽管有关研究 表明，磷的去除与湿地微生物的数量间不存在显著相关性，但是微生物在磷的循环 过程中还是发挥了重要作用。 本文将前期筛选得到的一株高效降解生活污水中c o d 的根际微生物进行 16 sr d n a 测序及形态观察，鉴定该菌为l y s i n i b a c i l l u sf u s i f o r m i s l 8 2 j 根际细菌l y s i n i b a c i l l u s f u s i f o 删括不仅有较高的c o d 降解效果，而且属于芽孢 杆菌属细菌。芽孢杆菌属细菌可形成休眠的芽孢，芽孢对环境的耐受性好、抗逆性 强、无致病性，且能够耐受过滤、干燥等后处理工艺，并能够长时间保存，适合在 处理生活污水中大规模推广应用。 1 6 水生植物在水体净化中的应用 水生植物可以大量吸收污染水体中的营养物质，降解转化有害物质为无害的物 质，同时释放出氧气，增加水体d o ，从而改善水质。方焰星【8 3 1 等人利用水培法发 现六种水生植物金边石菖蒲( a c o r u st a t a r i n o w i o 、香菇草( h y d r o c o t y l ev u l g a r i s ) 、穗 状狐尾藻( m y r t o p h l l u ms p i c a t u m ) 、金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ) 、眼子菜 ( p o t a m o g e t o nd i s t i n c t u s ) 对污染水体种总氮、总磷的去除率分别为8 6 2 2 ，8 79 4 、 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 9 1 1 3 ，9 2 0 9 、7 9 6 9 ，9 2 6 1 、8 3 1 7 ，9 5 2 0 和6 5 5 1 ，8 5 8 7 。吴淑杭 研究了水葫芦( w a t e rh y a c i n t h ) 深度净化猪粪便污水的效果，水葫芦对c o d 和氨氮 去除率分别为4 8 9 - - 5 8 1 和8 1 4 8 9 9 【8 4 1 。蔡佩英【8 5 】等人研究了9 种水 生植物对模拟污水中n 、p 的生物净化效果，结果表明凤眼莲、空心莲子草、茭白 3 种植物对n 、p 具有较好的去除效果( 4 0 ) ，是良好的湿地植物。美人蕉系统 对生活污水中c o d 、n i - 1 3 - n 、t n 、t p 和浊度去除效果都较好，对n h 3 - n 的去除 率高达9 9 ，美人蕉人工湿地对城市生活污水的净化能力刮酾】。卜发平等人利用美 人蕉和菖蒲生态浮床净化微污染源水。结果发现美人蕉和菖蒲浮床对t n 、t p 、 c o d m n 的去除率分别为4 2 5 ，3 6 2 ；4 8 1 ，4 4 2 ；4 2 3 ，3 6 3 1 8 7 】。 浮萍单种体系、浮萍水花生混养体系对牛场厌氧废水t n 、t p 分别去除了9 5 2 4 、 9 1 1 3 和8 6 4 2 、8 6 4 3 s s l 。 1 7 本文研究的目的及意义 我国很多城乡河道都处于黑臭状态【3 0 , 3 9 1 ，当前研究治理黑臭水的技术具有重要 意义。生物治理法( 微生物及水生植物) 与传统的治理黑臭水的物理化学方法相比 具有经济、简单易操作、绿色、原位、效果显著的等特点【6 i 朗】。本实验前期筛选获 得对黑臭水具有良好净化作用的光合细菌p s bp 9 以及对c o d 具有较强净化作用 的2 号菌，为自行开发我国本土的黑臭水体净化菌剂提供了基础【2 】。水生植物可以 吸收净化黑臭水及底泥中的营养物质【2 叫。本文采用上述净化菌( 光合细菌和根际微 生物) 以及三种水生植物对自行模拟的黑臭河道黑臭水( 黑臭水+ 底泥) 进行了净 化实验，发现微生物和水生植物都可以显著净化黑臭水。本文采用模拟黑臭黑道实 验中( 水槽模型、河道模型的试验) ，来证实混合菌及混合菌及植物组合生物修复 技术在实际河道的应用具有可行性。本研究能为黑臭水治理提供一定的理论基础， 具有重要的意义。 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章微生物( p 9 、2 号菌) 对黑臭水的净化效果 2 1 材料与方法 2 1 1 实验材料 现场采集广东省水科院清远实验基地后门旁黑臭河道底泥，用于人工黑臭水的 配制。实验所用菌种为实华中师范大学水生态试验室验筛选获得的光合细菌p 9 3 ，3 3 】 和2 号菌【8 2 1 。 p 9 生长范围广，适应能力强，易于培养，成本低，且对黑臭水有较好的改善 效果，光合细菌p 9 经形态和1 6 sr d n a 鉴定，确定为沼泽红假单胞菌。在温度3 0 0 c 、 菌液适投入量1 ，光照下，能明显改善水样黑臭程度，且在1 0 3 0 0 c ，避光条件下 也可生长。室内和室外净化试验结果表明光合细菌p 9 适应能力强，能很快的在自 然界黑臭水中生长繁殖，改善水体黑臭程度，c o d e r 、n h 3 - n 、色阈值去除率分别 为6 1 5 8 、4 0 1 2 、6 0 5 0 ，溶解氧增加了约6 8 6 倍，显示出广阔的应用前景和 环保价值 本实验用从武汉市洪山区南湖筛选出来的细菌投入到室外小规模的人工湿地 中，以提高人工湿地去除生活污水中c o d 的效率。当投加菌和污水的体积比为 1 ：1 0 0 0 0 时，加菌的实验组c o d 去除率最高为9 4 8 。不加茵的对照组c o d 去除 率最高为7 3 1 。方差分析显示，加菌和不加菌的污水c o d 去除率有显著差异 ( p 0 0 5 ) ，且差异高于2 0 ，说明细菌的投加能显著的提高湿地对污水中c o d 的 去除效率。对该细菌进行1 6 sr d n a 测序，鉴定为l y s i n i b a c i l l u s f u s i f o r m i s 。实验室 编号为细菌l f 2 1 4 5 1 。 实验中所用的试剂均为a r 级。 2 1 2 主要实验仪器 磁力搅拌器( 8 5 2 型恒温) 超速离心机( b e c k m a n ) 有机玻璃采样器( p s c 1 a ，常州) 7 5 4 型分光光度计( 上海托普) 照度计( d 3 ，北京) 光照培养箱( n u a i r e ，u s a ) 溶氧仪( y s i5 5 0 a ，u s a ) 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 多参数水质分析仪( g d y s 一2 0 1 m ，长春) 2 1 3 培养基 p s b 富集培养基l a a l ： a ：n i ! 1 4 c i1 0 9 ，m g c l 20 2 g ，酵母膏0 1g ，k 2 i - i p 0 40 5 9 ， n a c i2 0 9 , 水9 0 0m l 灭菌； b ：5 0 m l 经过滤除菌的酒精；5 0 m l 过滤灭菌的1 0 的n a h c 0 3 ； 混合a 和b ，用过滤除菌的0 1 m o l l 的聊0 4 调p h 值为7 o 将保存的菌种以1 的体积比无菌接种于培养基中，待培养基呈现红色后，置入培养箱内黑暗保藏( 温 度控匍j 2 8 - 3 0 ) 2 号菌的培养采用牛肉膏蛋白胨培养基【8 2 】 2 1 4 黑臭水的配置 按照1 l 体积：n a 2 h p 0 20 0 5 9 ，k h 2 p 0 40 0 1 9 ，c a c l 20 0 8 9 9 ，m g s 0 4 7 h 2 0 0 0 5 9 ，f e s 0 4 7 h 2 0 ，0 0 0 2 5 9 ，n h 4 n 0 30 1 4 3 9 ，淀粉：0 4 0 2 9 ，蛋白胨按o 2 9 。底泥 添加占黑臭水总质量的比例分别为0 2 ，0 3 ，0 4 ，和1 。 配制好的黑臭水常温下放置，连续七天对黑臭水的色度和臭度监测，选出出现 稳定黑臭现象时间最短的配方，即定为之后污水实验的黑臭水配方。 2 1 5p 9 和2 号菌的活化与扩增 光合细菌p 9 的活化与扩增：比较了以下不同培养条件下，光合细菌p 9 的生长 曲线： a 组：采用人工光照培养箱培养，光照强度为光强3 5 | le m 2 s - - 6 0l ae m 2 s ，光 暗比为1 2 ( h ) ：1 2 ( h ) ，温度2 8 3 0 。c ，采用p s b 富集培养基，密闭培养，不震荡； b 组：采用日光培养，光照强度为6 0 0 l ae m 2 s 1 1 5 0 1 te m 2 s ，光暗比为正常 日照周期，不控温，采用p s b 富集培养基，密闭培养，不震荡； c 组：采用人工光照培养，光照强度为光强3 5l ae m 2 “0l je m 2 s ，光暗比为 1 2 ( h ) ：1 2 ( h ) ，温度，2 8 3 0 。c 采用p s b 富集培养基，非密闭培养，震荡强度 为1 2 0 r p m ； 在上述试验过程当中，采用显微直接计数法每天测定总菌数。 通过前述摸索，确定最优的培养方法为a 组，其两级扩大的具体培养方法如下： 7 。_ 第 胶 养 种 个 中的菌浓度为2 0 1 0 4 个m l 至1 0 1 0 5 个m l 。( 该浓度为菌体总数比上试验中黑 臭水的体积) 2 1 6 光合细菌对人工黑臭水净化实验 曝气与不曝气的比较： 试验a ：将光合细菌p 9 以浓度为2 0 幸1 0 6 个m l 投入人工黑臭水中( 为了有效 收集菌体并排除p s b 培养基对后续试验的干扰，投加前使用明矾絮凝以浓缩菌体， 明矾的投加比例为2 9 l ，待其重力沉降稳定1 0 m i n 后，收集底部沉淀，其浓缩比例 为1 1 0 ) ，在实验水箱中加以微量曝气( 3 5 w ，4 0 l m i n ) ；对照组方法相同，但不 加曝气。第三天和第五天对水样进行离心处理( 5 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ) ，取上清液测定 其c o d c r 、n h 3 - n 、d o 、b o d 含量及水样臭阈值和色阈值。 试验b ：将2 号菌则以浓度为1 0 1 0 5 个m l 投入人工黑臭水中( 2 号菌进行离 心处理，5 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ，去上清后投入黑臭水中。) ；对照方法相同，但不加曝气。 第三天和第五天对水样进行离心处理( 5 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ) ，取上清液测定其c o d e r 、 n h 3 - n 、d o 、b o d 含量及水样臭阈值和色阈值。 投加剂量的选择 实验c ：将培养好的光合细菌和2 号菌投加到2 0 0 l 人工黑臭水 中，各设置三个梯度，光合细菌p 9 分别以浓度为4 0 幸1 0 5 个m l ，8 o 1 0 5 个m l ， 。2 o 宰1 0 6 个m l 投入人工黑臭水中( 投加前使用明矾絮凝，去除上清投加到黑臭水 中) ，在实验水箱中加以微量曝气( 3 5 w ，4 0 l m m ) ，而2 号菌则以浓度为2 0 1 0 4 个m l ，4 0 1 0 4 个m l ，1 0 1 0 5 个m l 投入人工黑臭水中( 2 号菌进行离心处理， 5 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ，去上清后投入黑臭水中。) ，在实验水箱中加以微量曝气( 3 5 w ， 4 0 l m m ) 。5 天后对水样进行离心处理( 5 0 0 0 r p m ，1 0 m i n ) ，取上清液测定其c o d c r 、 n h 3 - n 、d o 、b o d 含量及水样臭阈值和色阈值。 2 1 7 分析测定方法 重铬酸钾氧化法测定c o d c r 9 0 】；纳氏试剂分光光度法测定n h 3 - n 【9 0 1 ；采用臭 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 阈值法测定臭阈值；色阈值采用三刺激法；光合细菌生物量采用血球计数法【3 3 】；d o 用溶氧仪( y s i5 5 0 a ，u s a ) 测定。 2