低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化

第34卷第4期2014年4月环境科学学报ActaScientiaeCircumstantiaeVol．34，No．4Apr．，2014基金项目:国家自然科学基金(No．21077119);“十二五”科技支撑计划课题(No．2012BAJ21B04-01);中国科学院知识创新工程重要方向项目课题(No．KZZD-EW-09-3);环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项经费项目(No．12L03ESPC);北京市科技新星计划项目(No．2011095)SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．21077119)，theNationalKeyTechnologyＲ＆DProgram(No．2012BAJ21B04-01)，theKeyProjectofChineseAcademyofSciences(No．KZZD-EW-09-3)，theSpecialFundofStateKeyJointLaboratoryofEnvironmentSimulationandPollutionControl(No．12L03ESPC)andtheProgramofBeijingNova(No．2011095)作者简介:邹雨璇(1988—)，女，E-mail:coco_zyx@163．com;*通讯作者(责任作者)，E-mail:gbzhu@rcees．ac．cnBiography:ZOUYuxuan(1988—)，female，E-mail:coco_zyx@163．com;*Correspondingauthor，E-mail:gbzhu@rcees．ac．cnDOI:10．13671/j．hjkxxb．2014．0143邹雨璇，祝贵兵，冯晓娟，等．2014．低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制［J］．环境科学学报，34(4):864-871ZouYX，ZhuGB，FengXJ，etal．2014．Enhancedammonium-Nremovalinaconstructedwetlandandthemicrobialmechanismsofammonia-oxidizationatlowtemperature［J］．ActaScientiaeCircumstantiae，34(4):864-871低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制邹雨璇1，2，祝贵兵2，*，冯晓娟2，3，夏超2，周磊榴21．吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，长春1300212．中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京1000853．中国中建设计集团有限公司，北京100085收稿日期:2013-06-24修回日期:2013-10-28录用日期:2013-11-03摘要:针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征，构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析，并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用．结果表明:平均气温为5℃时，最佳运行工况为:停留时间21h，水力负荷4．2cm·d－1，氨氮去除率达99%;平均气温为－5℃时，最佳运行工况为:水力停留时间为21h，水力负荷3．6cm·d－1，氨氮去除率达81%，去除效率稳定．在低温条件下，氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少，古菌中amoA基因丰度高于细菌2．9～33．2倍，且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势，而与氨氧化细菌无显著相关，表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用．湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化，系统发育分析显示，夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系，2个OTU序列属于海洋水体支系，多样性较高．夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群———奇古菌门(Thaumarchaeota)．本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术，为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据．关键词:低温;氨氧化古菌AOA;人工湿地;氨氮去除文章编号:0253-2468(2014)04-864-08中图分类号:X17文献标识码:AEnhancedammonium-Nremovalinaconstructedwetlandandthemicrobialmechanismsofammonia-oxidizationatlowtemperatureZOUYuxuan1，2，ZHUGuibing2，*，FENGXiaojuan2，3，XIAChao2，ZHOULeiliu21．Ke