耦合微生物型生态袋护坡净化乡村水体技术研究

摘要

中国当前乡村水环境总体形势不容乐观，河道多为硬质化护岸结构，严重破坏了岸水生态环境。本文从乡村污染水体修复角度出发，承袭生态袋柔性护岸的技术优势，融合微生物水体修复技术，研发适于乡村水体环境和乡土风貌的净水护坡多功能复合型生态袋护坡。实验室内对生态袋中添加不同辅加基质及基质配比优化量进行研究，同步考察生态袋辅加基质的静态净水效果。针对脱氮菌群，采用微生物包埋固定化技术，对比了不同驯化富集次数菌种菌群对生态袋净水效果的影响。构建了组合植物体系、菌种载体体系、菌种载体-组合植物共生体系，对比研究了三种不同体系与生态袋相耦合的动态净水效果。通过高通量测序技术，分析了不同体系生态袋中微生物的群落结构分布及生物多样性，对比微生物群落结构的相似性与差异性，进一步探究耦合微生物型生态袋的净水机理。在示范点项目建设中，验证新型生态袋护坡的技术优势，发现实际实施过程中存在的不足。
　　(1)生态袋辅加基质静态净水试验结果表明，沸石基质与生物填料基质均取得较好的效果，两种基质添加组各项出水水质指标均优于空白试验对照组。沸石基质组氨氮去除效果最高，氨氮去除效率高出空白组12.6％;生物填料组在总磷的去除方面表现出较好的性能，总磷去除率比空白组高7.3％。
　　(2)不同驯化富集次数脱氮菌群与生态袋相耦合的试验结果表明，添加脱氮菌群的生态袋氨氮及总氮平均去除率分别较传统型生态袋提高了10.5～25.5％、13.1～20.5％;脱氮菌群驯化富集次数越高，耦合微生物型生态袋对氨氮及总氮去除率越高，而且耦合微生物型生态袋植物的生长对生态袋内脱氮菌群的富集增殖具有促进作用。
　　(3)通过不同体系的生态袋对比试验发现，系统稳定运行期，菌种载体植物组与相应的菌种载体组相比，氨氮去除率高出菌种载体组9.6％，分析认为，植物可以吸收水体中氨态氮及硝态氮，通过同化作用将两种形态氮素转化为自身组成:试验体系总磷的总体去除效率较高，去除率均达到75.3％以上，表明生态袋对总磷有较好的削减效果。
　　(4)通过高通量测序分析生态袋样本中微生物群落结构，四组生态袋样本2＃（脱氮菌-沸石-植物组）、5＃（脱氮菌-稻草组）、6＃（脱氮菌-稻草-植物组）、10＃（空白组）测序结果表明:四组生态袋中绿弯菌门（Chloroflexi）的丰度值分别为6.63％、7.07％、4.96％、8.71％，Chloroflexi丰度值高低顺序为10＃＞5＃＞2＃＞6＃，高锰酸盐指数含量高低顺序为10＃＞5＃＞6＃＞2＃，Chloroflexi细菌的生长丰度越高表明生态袋样本中有机物含量越高;四组样品在属水平细菌分类检测到假单胞菌属丰度高低顺序为6＃＞2＃＞5＃＞10＃，总氮去除效率高低顺序同样为6＃＞2＃＞5＃＞10＃，表明假单胞菌属相对丰度越高，耦合微生物型生态袋对水体中总氮的去除率越高。
　　(5)示范地水质检测结果表明，水体中化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、悬浮物浓度平均为16mg/L、0.27mg/L、1.26mg/L、0.03mg/L、18mg/L，对比施工前各项水质指标为42mg/L、0.26mg/L、4.13mg/L、0.34mg/L、132mg/L，示范地水质得到有效改善，耦合微生物型生态袋护坡示范项目取得较好工程效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 乡村水体的水质现状及治理

1．1．1 乡村水环境现状

1．1．2 乡村水体污染来源

1．1．3乡村污染水体的治理措施

1．2 我国乡村河流护岸现状及存在不足

1．3 生态护坡技术及研究进展

1．3．1 生态护坡概念

1．3．2 国内外生态岸坡技术研究进展

1．4 生态袋护坡技术

1．4．1 生态袋护坡技术介绍

1．4．2 生态袋护坡的技术优势

1．4．3 生态袋护坡的应用与发展

1．5 课题的提出及技术路线

1．5．1 课题的提出

1．5．2主要研究内容及技术路线

第二章 生态袋辅加不同基质的净水效果研究

2．1 不同辅加基质的比选

2．2 生态袋辅加基质的净水试验

2．2．1试验设计

2．2．2 试验材料与方法

2．3 生态袋辅加不同基质的净水试验结果及分析

2．3．1 有机物去除效果分析

2．3．2 氨氮去除效果分析

2．3．3 总氮去除效果分析

2．3．4 总磷去除效果分析

2．4 本章小结

第三章 微生物驯化纯度对耦合生态袋净水效果的影响

3．1 材料及方法

3．1．1 主要仪器与设备

3．1．2 脱氮菌群富集培养与沸石挂膜

3．1．3 固定化微生物小球的制作

3．1．4 生态袋的填装及袋体植物种植

3．2 试验装置及试验设计

3．2．2试验组别设计

3．3 植物生长状况

3．4 耦合生态袋净水效果分析

3．4．1有机物去除效果分析

3．4．2 氨氮去除效果分析

3．4．3 总氮去除效果分析

3．4．4 总磷去除效果分析

3．5 本章小结

第四章 耦合微生物型生态袋的动态净水效果

4．1 菌种驯化培养及载体挂膜

4．1．1 菌种驯化培养

4．1．2 载体挂膜

4．2 组合植物、菌种载体及其共生体系的构建对比

4．2．2 不同净水试验体系的构建

4．2．3 试验装置及运行条件

4．3 不同体系对水中污染物的去除效果与分析

4．3．1 有机物去除去除效果分析

4．3．2 氨氯去除效果分析

4．3．3总氮去除效果分析

4．3．4 总磷的去除效果分析

4．4 本章小结

第五章 耦合微生物型生态袋菌种测序分析

5．1 高通量实验测序

5．2 试验测序结果分析

5．2．1 α多样性指数分析

5．2．2 门水平细菌分类结果

5．2．3 纲水平细菌分类

5．2．4 属水平细菌分类

5．2．5 物种热图分析

5．3 本章小结

第六章 耦合微生物型生态袋护岸工程示范

6．1 项目示范地概况

6．2 示范工程建设

6．3 示范工程技术及经济性分析

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 不足与展望

参考文献

致谢

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