复合人工湿地脱氮途径及微生物多样性研究

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1、复合人工湿地脱氮途径及微生物多样性研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李玲丽指导教师：翟俊教授专业：市政工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月NitrogenremovalpathwaysandmicrobialdiversityinaHybridConstructedWetlandAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiLingliSupervisedbyP

2、rof.ZhaiJunSpecialty:MunicipalEngineeringCollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要随着农村城镇化的不断发展，我国小城镇规模正日益壮大，但其分布散、数量多，生态环境一旦受到破坏，就很难得到恢复。人工湿地以投资低、工艺设备简单、运行维护管理方便和处理效果稳定等优点，在处理小城镇污水中将具有突出的技术优势和广阔的应用前景。厌氧氨氧化反应是指以氨根离子为电子供体、亚硝酸根离

3、子为电子受体，最终产物为氮气的生物反应，具有低成本，低能耗的特点。本论文依托新型复合人工湿地：折流式+侧向潜流式人工湿地系统为研究对象，在课题组其他成员已完成相关研究内容的基础上，在重庆市白市驿镇清河农业园人工湿地污水厂，探索侧向潜流湿地中微生物多样性、厌氧氨氧化与反硝化反应的关系。论文首先分析了在不同季节，清河农业园人工湿地污水厂中各构筑物常规指标变化规律。结果表明：污水厂夏季水温明显高于其他季节，在26℃以上，冬季温度最低，在11℃~13℃之间，春秋季节温度相差不大，在17~22℃之间；污水厂pH四季均在7～8的中性范围内。论文对不同季节清河农业园人工湿地污水厂中各

4、构筑物各类污染物沿程变化规律和去除规律，尤其是氮素污染物的变化规律进行了研究。结果表明：该污水厂在不同季节对各类污染物均有良好的去除效果；该污水厂春冬季进水COD、TP、总氮、氨氮进水浓度明显高于夏秋季；硝氮在经过侧向潜流湿地后均有不同程度的富集现象。侧向潜流湿地仍是整个复合型人工湿地去除污染物的重要场所。通过对侧向潜流湿地中DO和ORP值的分析，发现侧向潜流湿地处于好氧、缺氧、厌氧交替状态，在研究期间侧向潜流湿地中氨氮浓度在20~9mg/L之间，亚硝态氮浓度一直维持在0.25mg/L以下，硝态氮浓度在末端出现累积的现象。在已完成相关课题研究的基础上，推测该侧向潜流湿地

5、厌氧氨氧化反应与其他脱氮反应是相互协作的关系。152930通过N同位素实验，利用GC-MS检测生成的N2、N2的量，发现在2014年6~9月间侧向潜流湿地中厌氧氨氧化与反硝化反应的比例在0.75:1~0.9:1之间，培养中COD/TN去除率在1.0左右。利用高通量测序的方法，测定了侧向潜流湿地填料基质中微生物的多样性和相对定量。结果表明：本侧向潜流湿地中99.8%的细菌已经被检测出来，共计细菌种类超过338种，与菌群丰度(ACE)指数基本一致，Shanno指数和Simpson指数表明侧向潜流湿地中菌群多形性相对较高。并且本侧向潜流人工湿地中优势菌种为Thiobacill

6、us（硫杆菌）、Nitrospira（硝化螺菌属）、Rhodocyclaceae（红环菌科）、I重庆大学硕士学位论文Xanthomonadales（黄单胞菌目）、Anaerolineaceae（厌氧绳菌纲）。其中Thiobacillus（硫杆菌）、Nitrospira（硝化螺菌属）与生物脱氮相关；Rhodocyclaceae（红环菌科）具有生物除磷的功能；Anaerolineaceae（厌氧绳菌纲）证明在产甲烷生物系统中，具有降解碳水化合物和其他细胞材料（如氨基酸）的作用。测序中共测序出7346个16SrRNA基因序列，其中1892条属于脱氮细菌，分别为氨氧化细菌、亚硝

7、酸盐氧化细菌、异养反硝化菌、自养反硝化细菌和厌氧氨氧化菌。利用进化树分析发现本侧向潜流湿地中硫杆菌与脱氮硫杆菌同源性高达96％；检测出两种厌氧氨氧化菌属，其中一个与自养厌氧氨氧化菌―Anammoxoglobuspropionicus‖同源性达100%，另一个与厌氧氨氧化菌―CandidatusBrocadiafulgida‖同源性达99%。可见本侧向潜流湿地中也发生了传统的生物脱氮与厌氧氨氧化反应之间相互协同作用，并主要是脱氮硫杆菌与厌氧氨氧化菌之间的相互协同作用。15关键词：人工湿地，微生物多样性，厌氧氨氧化，反硝化，N同位素II英文摘