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生态修复中微生物和沉水植物 到底谁才是主角?(微生物篇)

生物技术 时间:2020-02-23 12:55:49 作者:莫敖坤
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北极星环境修复网讯:|引言

微生物制剂常见于富营养水体的治理工作中,它到底起到了多大作用呢?应对不同的N、P营养物质,在微生物的选取上有何不同?与水生植物尤其是沉水植物相比,在生态修复中,到底谁的角色更重要?一起来了解下吧~

|富营养水体特征

水体富营养化是指水体接纳过量的氮、磷等营养物质,使藻类以及其他水生生物异常繁殖,水体透明度和溶解氧降低,造成水质恶化,加速水体老化,使水生生态系统和水体功能受到影响和破坏,并对人体健康构成危害的现象。

在无人为因素影响下,水体自身经过几千年或几万年会逐步退化,趋向富营养。人类经济活动的干预则将这一进程直接压缩到几十年甚至几年之内。

水体富营养的一项重要表征是藻类大量繁殖。水体中藻类生长离不开碳、氮、磷3 种关键元素的存在,在受氮、磷元素影响的水体中,尤其是封闭水体,藻类会不断繁殖,消耗水体中大量溶解氧(DO),而藻类的死亡和解体又会将从水体中所吸收的氮、磷元素释放回水体,从而造成水体中藻类的恶性循环,并形成二次污染。

微生物脱氮除磷

微生物修复的基本思想是在人为促进条件下,通过提供氧气,添加氮、磷营养盐,接种经过驯化培养的高效微生物等来去除污染物质。与传统的物理、化学修复技术相比,微生物修复技术具有以下优点:费用省,仅为传统环境工程技术的30%~50%;环境影响小,遗留问题少,基本无二次污染;修复时间较短,操作者与污染物直接接触机会减少,不致对人产生危害,对周围环境干扰也较少。

脱N微生物:脱氮过程以硝化作用、反硝化作用最为重要。硝化作用主要分为2 个阶段:第一阶段是由亚硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌等将 NH3 氧化为亚硝酸盐;第二阶段是硝化杆菌、硝化球菌、硝化刺菌等将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。而反硝化作用中芽孢杆菌、短杆菌、假单杆菌都是可以将硝酸盐移出水体、提高水体pH的好氧菌和兼性厌氧菌[1]。

微生物硝化反硝化作用机制

除P微生物:目前富营养化水体除磷主要用沉淀除磷,而絮凝剂(如PAC)是沉淀除磷中的重要方法。另外,具有生物絮凝作用的微生物也可用于除磷,主要有芽孢杆菌、不动杆菌、专性厌氧的脱硫弧菌、假单孢菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌、微球菌、动胶菌等。在水体磷循环中微生物使水中的溶解态磷被悬浮颗粒吸附形成颗粒态磷,经凝絮作用转为沉淀,为去除水体中富集的磷元素提供有力帮助,有效地降低水体总磷含量[1]。

显微镜下的芽孢杆菌

|微生物 VS 水生植物,谁主导着水体净化?

参考金树权等[2]发表的文章,在沉水植物-微生物构建的体系中,微生物在水体N、P的削减中起着中坚力量。

不同沉水植物对N、P的直接吸收贡献率为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,而植物的增效作用(以微生物群落为主发挥的作用)贡献率为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%。

注:沉水植物直接吸收贡献率通过计算植物氮、 磷净吸收量获得;

其它作用是指不种植沉水植物条件下水体具备的自净能力,其它作用贡献率通过计算CK处理的氮、磷去除率获得;

沉水植物增效作用是指通过沉水植物吸附、改善生境提高水体微生物转化等因种植沉水植物而产生的净水增效作用。

由表可见,虽然沉水植物通过直接吸收氮、磷占水质TN、 TP去除率的比例不高,但通过促进植物体吸附、 改善生境提高水体微生物转化等增效作用较为明显,也即是微生物起到了较大的净化作用。

|微生物的工程应用

微生物与水体污染物去除率密切相关,对污染物的去除有良好的促进作用。近些年兴起的微生物制剂作为以改善环境状况和强化处理系统稳定、高效为目标,在水体修复领域已得到广泛应用。

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