南京城市河道水体污染与生物修复研究

论文摘要

水体污染越来越引起人们的关注,生物修复由于其降解过程迅速,费用低,又兼具美化环境的性能,吸引了许多科学工作者的兴趣。微生物强化植物修复修复污染水体是近年来发展起来的一种新的生物修复途径,具有广阔的应用前景。本研究于2009年8月至2010年8月,分四个时间段对南京主城区河道53个水质监测断面进行了水体采样,检测了水体总氮（TN）、总磷（TP）、铜、锌、铅、镉等指标,并对南京主城区河道及水域水体水质进行了综合评价。结果表明：南京主城区河道及水域水体富营养化严重,所有河段及水域TN含量均超出国家地表水环境质量标准景观用水水质标准限制值,采样断面TN含量最高值为标准值的17倍；在12个监测河段中,有60%河段及水域TP、80%河段及水域Pb、60%河段及水域Cd含量超过国家地表水环境质量标准V类标准限制值,Cu、Zn含量未超标。水质综合标识指标评价结果表明：各河段及水域在春季污染严重,所监测的12个河段中,以秦淮河（武定门—水西门段、竺桥—大中桥段）污染最为严重。通过柱子淋滤实验,我们研究了黄菖蒲（Iris pseudacorus Linn.）.梭鱼草（Pontederia cordata L.）、伞草（Cyperus alternifolius L.）和花叶芦竹（A rundo donax L.var.versicolor Kunth）等4种挺水水生植物在不同的水力停留时间下对污水中总氮（TN）、总磷（TP）以及重金属（铜、锌、铅、镉）等污染物的去除效果。试验结果表明：所选4种供试植物在污水中均生长良好,对TN、TP、铜和锌都有较好的净化效果。四种供试植物对铜、锌和总磷的净化效果相差不大。在水力停留时间为1天时,四种供试水生植物对铜的净化率就达到了99%,对锌的净化率达到了80%以上,对总磷的净化率也接近80%；对总氮的去除率,黄菖蒲和伞草达到了50%,较花叶芦竹和梭鱼草好。对铅镉的净化主要依赖于基质的吸附作用。从南京城市河道、湖泊水生植物和连云港水稻田水稻根际土壤中筛选出三株高效产气反硝化细菌（QW、ZW和LR）,通过研究其生理生化指标、PCR扩增和16S rDNA测序结合同源性分析,并对三菌株的生物学特性和反硝化特性进行了系统考察。研究结果表明：筛选出的3菌株均为兼性厌氧的革兰氏阴性杆菌,并初步将三菌株鉴定为假单胞菌属。菌株ZW和QW均对氯霉素有抗性,LR对氨苄青霉素、氯霉素、红霉素、链霉素有抗性。菌株QW、ZW和LR生长及脱氮的最佳碳源为柠檬酸钠,最佳氮源为硝酸钾,可利用的碳源和氮源范围较广；以柠檬酸钠为碳源、硝酸钾为氮源分别考察了温度、pH、C/N、不同接种量和不同氮素浓度对三菌株生长和脱氮过程的影响,结果表明菌株LR、QW和ZW的最佳C/N为1。菌株QW和ZW在缺氧条件下脱氮和生长繁殖的最适温度为20-30℃,菌株LR为35℃。对于菌株QW和ZW,最适初始pH范围在7.0-7.5之间,菌株LR最适初始pH则为8.0。菌株QW和ZW脱氮反应主要发生在菌体生长的第12-28 h；对于菌株LR,则主要发生在16-58 h。接种量并不是反硝化作用的主要限制因素。当初始氮素浓度为40 mgL-1时,三菌株均在第2天去除率达90%以上,均可作为生物强化的投加菌株。通过接种筛选出的三株反硝化细菌QW、ZW和LR来强化伞草净化氮素污染水体实验,我们发现,伞草根际分泌物有促进三菌株生长的作用；三菌株对伞草均有略微的强化作用。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 文献综述
• 1 城市河道水环境
• 1.1 城市河道的特点
• 1.2 城市河道水体污染现状及成因分析
• 2 河道水体修复技术
• 2.1 物理修复技术
• 2.2 化学修复技术
• 2.3 生物修复技术
• 3 反硝化细菌及其在污水处理中的应用
• 3.1 反硝化细菌种类及其作用机理
• 3.2 反硝化细菌研究进展
• 4 人工湿地与生物强化技术研究进展
• 4.1 人工湿地技术研究进展
• 4.2 生物强化技术研究进展
• 5 研究意义和内容
• 5.1 研究目的和意义
• 5.2 研究内容
• 第二章 南京城市河道水环境污染状况调查与评价
• 1 调查与分析方法
• 1.1 监测断面设置
• 1.2 样品采集及分析方法
• 1.3 水质评价标准及评价方法
• 2 结果与分析
• 2.1 监测结果
• 2.2 综合水质标识指标评价结果
• 3 结论
• 第三章 几种挺水水生植物净化污水效果的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 研究方法
• 1.3 分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同植物对污水中TN、TP的净化效果
• 2.2 不同植物对污水中重金属（铜、锌、铅、镉）的净化效果
• 3 讨论
• 第四章 反硝化细菌的筛选、鉴定及反硝化特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果分析
• 2.2 反硝化细菌的形态特征
• 2.3 反硝化细菌的生理生化特性
• 2.4 反硝化细菌的抗生素敏感试验
• 2.5 16s rRNA基因的扩增、聚类分析
• 2.6 生长曲线及脱氮能力的测定
• 2.7 脱氮特性考察
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 第五章 反硝化细菌强化挺水水生植物净化水体中氮素的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 水生植物的培养
• 1.3 根系分泌物收集方法
• 1.4 菌体制备
• 1.5 根际分泌物对反硝化细菌影响实验
• 1.6 伞草和反硝化细菌联合修复氮素污染水体实验
• 2 结果分析
• 2.1 伞草根际分泌物对反硝化菌株的影响
• 2.2 反硝化细菌强化伞草净化氮污染水体的研究
• 3 讨论
• 第六章 结论与展望
• 1 结论
• 2 存在问题与展望
• 参考文献
• 附录1 相关DNA序列
• 攻读硕士学位期间发表（待发表）的研究论文
• 致谢