生物炭對潛流人工濕地生物脫氮影響機理研究.pdf

1、生物炭是指在無氧或少氧條件下各種生物質(zhì)經(jīng)過高溫處理，部分生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油和氣后產(chǎn)生的一類富碳產(chǎn)物。由于其高度的物理穩(wěn)定性、生物化學(xué)抗分解性、較大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)而被廣泛用于土壤改良劑輸入。生物炭可通過對土壤理化性質(zhì)的改變直接或間接地影響氮循環(huán)過程中硝化菌、反硝化菌等細(xì)菌的多樣性、豐度及活性，繼而影響土壤氮素物質(zhì)循環(huán)。基于生物炭的這些特點，以及對濕地系統(tǒng)植物的有效利用，本研究欲通過將濕地收割植物炭化，加入人工濕地。并采用高通量測序等分子

2、生物學(xué)技術(shù)，從微生物學(xué)角度探索生物炭對濕地中氮的遷移轉(zhuǎn)化過程的影響機理，揭示生物炭對濕地系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，為強化濕地脫氮提供理論依據(jù)。
　　本文通過構(gòu)建生物炭微型人工濕地系統(tǒng)，設(shè)置了12組不同COD:N（10:1、7:1和4:1）和生物炭添加量（30％、20%、10%、0%）的微型濕地系統(tǒng)，研究分析生物炭投加對濕地的脫氮性能、微生物代謝產(chǎn)物和生物群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：
　　（1）所有濕地的DO出水均低于0.4m

3、g/L，濕地長期處于厭氧狀態(tài)。生物炭的添加都可以提高系統(tǒng)出水中的DO，低COD:N時，生物炭投加對出水DO影響顯著（P＜0.05），隨著COD:N升高，生物炭投加對出水DO影響不顯著。濕地出水pH明顯低于進(jìn)水時的pH，且生物炭的添加能夠使?jié)竦叵到y(tǒng)出水pH增高，影響顯著（P＜0.05），但生物炭投加量對濕地pH影響不顯著。進(jìn)水為COD:N=10:1的濕地系統(tǒng)出水pH明顯低于COD:N=4:1和COD:N=7:1。
　　（2）在不同C

4、OD:N條件下，COD的去除率都達(dá)到了80%以上，生物炭的添加對濕地系統(tǒng)中COD的去除具有顯著效果。不同進(jìn)水條件下，生物炭投加均能顯著提高NH4+-N去除效果，且高生物炭投加比例能夠顯著降低濕地系統(tǒng)中NH4+-N的出水濃度。生物炭的添加對NO3--N去除沒有顯著影響，對濕地系統(tǒng)TN的去除影響與NH4+-N基本一致。
　　（3）不同提取方法提取污泥EPS的能力相差較大，其中蒸汽法提取效率最高，且無大量細(xì)胞自溶的現(xiàn)象發(fā)生。因此，本試驗

5、采用蒸汽法提取生物炭濕地中的EPS。在不同碳氮比情況下，隨著生物炭的投加，各濕地系統(tǒng)中EPS總量、組分及其變化規(guī)律都呈現(xiàn)出顯著不同，微生物代謝方式存在差異。對不同填料層上的EPS進(jìn)行紅外光譜、分子量分布和三維熒光等分析。不同填料層上EPS的個別基團(tuán)出現(xiàn)消失或減弱，且生物炭填料上EPS的物質(zhì)分布發(fā)生向小分子物質(zhì)偏移，說明兩種污泥胞外聚合物特性有一定差異。熒光光譜分析發(fā)現(xiàn)，胞外聚合物中有類蛋白質(zhì)和類溶解性微生物副產(chǎn)物且類蛋白質(zhì)含量最高。

6、r>　?。?）高通量測序結(jié)果顯示，濕地樣品共測出51個門類，變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)為濕地中優(yōu)勢菌群。COD:N=4:1時，生物炭的投加對優(yōu)勢菌群影響不顯著。COD:N=7:1和 COD:N=10:1時，生物炭的投加使生物炭濕地系統(tǒng)中細(xì)菌的主要優(yōu)勢物種存在明顯差異。濕地中主要存在的脫氮功能菌群有Nitrosomonas、Nitrospira、Tha