复合垂直流构建湿地中生物膜的空间分布_特性和降解性能_吴振斌

第51卷第2期2005年4月武汉大学学报(理学版)J.WuhanUniv.(Nat.Sci.Ed.)Vol.51No.2Apr.2005,204～208收稿日期:2004-12-22基金项目:国家“十五”重大科技专项资助项目(2002AA601021);国家杰出青年科学基金资助项目(39925007);湖北省教育厅重点项目资助(2002A00010)作者简介:吴振斌(1956-)男,研究员,博士,现从事水污染生态学研究.文章编号:1671-8836(2005)02-0204-05复合垂直流构建湿地中生物膜的空间分布、特性和降解性能吴振斌1,李今1,2,成水平1,付贵萍1,贺锋1(1.中国科学院水生生物研究所,淡水生态和生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:对复合垂直流构建湿地基质不同层次进行采样,测定了生物膜的空间分布、脱氢酶活性、呼吸强度、间隙水总有机碳、发育时间及五氯酚的去除率等指标.结果表明,基质生物膜发育良好,可挥发性固体均值达到0.0218.从下行池整体看,生物膜生物量、呼吸强度、脱氢酶活性及有机污染物去除能力都较上行池高,下行池为污水中有机物的主要降解空间.不同层次生物膜的空间分布存在着差别,生物膜主要积累在0～10cm表层,其脱氢酶活性、呼吸强度高于其他各层次,各指标在变化趋势上存在明显的一致性.生物膜的发育时间直接影响着其对有机碳的降解能力,从10天到70天,降解率提高了5倍.其生物膜基质对五氯酚的去除率是无生物膜基质的1.5倍.关键词:复合垂直流构建湿地;生物膜;空间分布;降解性能中图分类号:X171文献标识码:A0引言人工湿地是20世纪七八十年代发展起来的一种水净化资源化生态工程技术.其对污染物的处理过程综合了物理、化学和生物的三重协同作用[1].人工湿地处理污水时,有机物的吸附、降解和转化主要是由生物膜来完成的.生物膜由微生物组织和有机及无机物质组成[2],在水环境中广泛存在[3],颗粒物表面的生物膜外壳直接影响着颗粒物本身的吸附行为[4].人工湿地基质表面及湿地植物根系为生物膜提供了巨大的附着表面,这些生物膜为微生物提供了良好的生长表面.生物膜具有大的表面积,大量吸附废水中呈多种状态的有机物,并具有非常强的氧化能力.不溶性的有机物通过在湿地基质中的沉积、过滤作用可以很快地被截留,进而被分解或利用;可溶性有机物则可通过生物膜的吸附、吸收及生物代谢作用而被降解去除[5].人工湿地高效去污能力基于其独特而复杂的作用机制,生物膜在污染物的去除过程中有其特有的作用,生物膜的发育程度直接影响湿地系统的处理效率[6].目前对人工湿地的净化效果和机理研究很多[7,8],在基质和微生物的作用方面有大量报道[9～11],而对人工湿地中生物膜的特性则罕有报道.本研究通过对人工湿地生物膜分布、特性及降解性能的研究,以提高对污染物的净化机理和人工湿地系统发育的理解,并为人工湿地的建设和运转管理提供科学依据.1材料与方法1.1复合垂直流构建湿地及样品采集实验系统采用下行-上行流为主要单元的复合垂直流构建湿地中试系统(integratedvertical-flowconstructedwetland,IVCW)[12].该系统由下行流、上行流两个单元串联而成,两池大小9m×9m.污水首先经过沉淀池,经下行流池表面布水管快速均匀地投配到池中,通过上行池表面的收集管将处理后的水排出系统.基质底层为石头,上部60cm为砂粒,下行流池的基质高出上行流池10cm.下行流池DOI:牨牥牨牬牨牳牳牤j牨牰牱牨牠牳牳牫牰牪牥牥牭牥牪牥牨牰第2期吴振斌等:复合垂直流构建湿地中生物膜的空间分布、特性和降解性能栽种美人蕉(Cannageneralis),上行流池栽种菖蒲(Acoruscalamus).实验时间为2004年7月.以梅花点阵,在IVCW上、下行流池中用取样筒(直径60cm)以10cm为单位在各样点分别采取不同层次基质样,将同一层次样充分混匀.将统一规格(76.2mm×25.4mm×0.8mm)的载玻片用酒精浸泡,洗净后放置于武汉东湖受污染严重的水域(也是IVCW的进水水源地),在水面下30cm,进行10天的生物膜强化培养.取出时用原污水浸泡,仔细刮取生物膜,及时实验.1.2生物膜生物量测定取一定量基质,105℃烘至恒重,在高温电炉中经300℃2h,650℃0.5h,将样品处理前后的重量差,即可挥发性固体(VSS),作为反映生物膜生物量的指标[13].脱氢酶活性采用三苯基四氮唑氯化物(TTC)比色法[14].具体方法:在各基质样品中分别准确称取2.00g基质样,在37℃培养12h,显色后,在485nm波长测量其光吸收值,作为反映生物膜脱氢酶活性的指标.呼吸强度测定利用德国WTW的气体测定仪