水生植物與微生物共同凈化富營養(yǎng)化水體淺析

□文/郝梓添 邢春玉 胡馨月 牛思遠(yuǎn)

水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前國內(nèi)外面臨的主要水環(huán)境問題之一［1］。我國75%的河流、湖泊出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化，各類污染物未經(jīng)處理便進(jìn)入湖泊和河道，導(dǎo)致水體功能退化嚴(yán)重［2］，被污染的河道不僅會出現(xiàn)惡臭現(xiàn)象，同時會對周邊生態(tài)環(huán)境造成影響［3］。

隨著水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)已經(jīng)有物理、化學(xué)、生態(tài)修復(fù)3 種技術(shù)類型［4］。相比物理和化學(xué)方法，生態(tài)修復(fù)法不易造成二次污染，且對有害物質(zhì)去除效果明顯，同時能改進(jìn)水體自凈能力［5］。水體中氮、磷元素的去除是治理富營養(yǎng)化水體的主要目標(biāo)之一，水生植物能夠有效吸收水體中氮磷元素。水體中的氨化、硝化、反硝化細(xì)菌等微生物在水體凈化方面也發(fā)揮重要作用［6］。因此，本研究將水生植物與微生物聯(lián)合，探討其對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。

一、材料與方法

（一）試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)微生物為養(yǎng)殖廢水中篩選出的具有脫氮除磷能力的微小桿菌屬菌株A9（Exiguobacterium sp.）。水生植物黃菖蒲、大聚藻、苦草均購自水族市場。實(shí)驗(yàn)前將植株清洗干凈，自來水中饑餓培養(yǎng)一周。

模擬富營養(yǎng)化廢水：配制Hoagland 營養(yǎng)液，使TN濃度為30毫克/升，TP濃度為3毫克/升。

LB 培養(yǎng)基（克/升）：蛋白胨10.0 克，酵母提取物5.0 克，NaCl10.0 克，蒸餾水1 升，pH7.0，121℃滅菌20分鐘后使用。

（二）試驗(yàn)設(shè)計

1.A9菌株固定化

將菌株接種于LB 培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對數(shù)期（30℃，160轉(zhuǎn)/分鐘）。將菌液5000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10分鐘，棄上清，收集菌體，采用2%SA+4%PVA對菌株進(jìn)行固定。

2.水生植物與微生物組合的建立

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置3 組，空白組（CK）、黃菖蒲＋大聚藻＋苦草組（HDK）、黃菖蒲＋大聚藻＋苦草+Exiguobacterium sp.組（HDK+A9），在8 升的模擬廢水中進(jìn)行培養(yǎng)，植物栽種在定植板上，固定化微生物裝入定植籃中放置于植物根系附近，空白組（CK）只放入定植板和定植籃，每組設(shè)3 個平行。每隔5 天監(jiān)測水體中TN、TP、NH+4-N含量。

3.水質(zhì)指標(biāo)測定方法

TN 測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP 測定采用鉬銻抗分光光度法，NH+4-N 采用納氏試劑分光光度法［7］。

4.數(shù)據(jù)處理

水體中總氮、總磷去除率按照公式R=（S0-S）/S0進(jìn)行計算。采用spss20 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用sigmaplot12.5進(jìn)行繪圖。

二、結(jié)果與分析

（一）菌株固定化形態(tài)［1］

A9（Exiguobacterium sp.）菌株經(jīng)2%SA+4%PVA 固定后形態(tài)如圖2-1 所示。固定化微球呈乳白色，直徑2～3 毫米，形狀規(guī)則，彈性較好，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，200轉(zhuǎn)/分鐘測試24小時后破碎率僅為4%。

圖2-1 Exiguobacterium sp.菌株固定化微球

（二）不同組合對水體的凈化能力

1.不同組合水體中TN的變化

植物組及植物聯(lián)合微生物組對TN 的去除效果見圖2-2。與CK 組相比，HDK 組和HDK+A9 組中TN 含量明顯下降，培養(yǎng)35 天后TN 去除率分別為54.68% 和73.08%，表現(xiàn)出明顯的差異（P＜0.05）。［2］實(shí)驗(yàn)表明，植物聯(lián)合微生物處理富營養(yǎng)化廢水時，在一定濃度范圍內(nèi)，對高TN 濃度的水體去除效果較好［8］。處理期間，HDK 組對總氮的去除率隨著時間的增加而增大。HDK+A9組由于有微生物的存在，凈化能力明顯增強(qiáng)。

圖2-2 各處理組對水體TN的去除效果

2.不同組合水體中TP的變化

圖2-3 顯示HDK 組和HDK+A9 組對水體中TP 的去除效果，去除率分別為52.68%和59.50%，差異不顯著（P＜0.05）。實(shí)驗(yàn)初期兩組中總磷含量下降明顯，隨著培養(yǎng)時間延長，培養(yǎng)到20天時HDK+A9組TP含量下降趨勢放緩，可能因?yàn)殡S著培養(yǎng)時間延長，Exiguobacterium sp.菌株活力降低，HDK+A9 組在除磷方面未表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。［3］

圖2-3 各處理組對TP的去除效果

3.不同組合水體中NH4+-N的變化

圖2-4中，HDK組和HDK+A9組對NH+4-N表現(xiàn)出較理想的去除效果，去除率分別為63.55%和78.20%，兩組間具有明顯差異（P＜0.05）［4］。水中氮的去除途徑為植物的同化吸收、根系吸附，微生物的硝化與反硝化作用。本研究中，氨氮的去除主要以植物吸收為主，固定化Exiguobacterium sp.菌株亦可以將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，從而降低富營養(yǎng)化水體中氨氮的含量。

圖2-4 各處理組對對-N的去除效果

三、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HDK 組和HDK+A9組對模擬富營養(yǎng)廢水中TN、TP、NH+4-N 均具有明顯去除效果。水生植物可以吸收水體中氮、磷元素，通過富集作用使其濃度降低。研究選用的黃菖蒲、大聚藻和苦草均具有較好的吸收氮、磷的能力［9-10］。本實(shí)驗(yàn)采用挺水、漂浮、沉水植物進(jìn)行組合，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且具有一定觀賞性，可以為生態(tài)浮床和人工濕地的建立提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。有研究表明，將不同植物進(jìn)行組合對富營養(yǎng)化水體的凈化效果要明顯好于單一植物［11］。

微生物修復(fù)法是利用微生物代謝降解有機(jī)物來達(dá)到處理污染水體的目的，本實(shí)驗(yàn)選取的微小桿菌屬菌株具有一定脫氮除磷能力，菌體固定化后可以使用3～4個循環(huán)，提高了修復(fù)效率［12-13］。固定化微生物對溫度的敏感性降低，其脫氮速率能在較寬的溶解氧范圍內(nèi)保持平穩(wěn)［14］。因此，采用固定化微生物與水生植物結(jié)合凈化富營養(yǎng)化水體在水生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域越來越引起重視。