水生植物與微生物共同凈化富營養化水體淺析

□文/郝梓添 邢春玉 胡馨月 牛思遠

水體富營養化是當前國內外面臨的主要水環境問題之一［1］。我國75%的河流、湖泊出現不同程度的富營養化，各類污染物未經處理便進入湖泊和河道，導致水體功能退化嚴重［2］，被污染的河道不僅會出現惡臭現象，同時會對周邊生態環境造成影響［3］。

隨著水生態修復技術的不斷發展，對富營養化水體的修復已經有物理、化學、生態修復3 種技術類型［4］。相比物理和化學方法，生態修復法不易造成二次污染，且對有害物質去除效果明顯，同時能改進水體自凈能力［5］。水體中氮、磷元素的去除是治理富營養化水體的主要目標之一，水生植物能夠有效吸收水體中氮磷元素。水體中的氨化、硝化、反硝化細菌等微生物在水體凈化方面也發揮重要作用［6］。因此，本研究將水生植物與微生物聯合，探討其對富營養化水體的凈化效果。

一、材料與方法

（一）試驗材料

實驗微生物為養殖廢水中篩選出的具有脫氮除磷能力的微小桿菌屬菌株A9（Exiguobacterium sp.）。水生植物黃菖蒲、大聚藻、苦草均購自水族市場。實驗前將植株清洗干凈，自來水中饑餓培養一周。

模擬富營養化廢水：配制Hoagland 營養液，使TN濃度為30毫克/升，TP濃度為3毫克/升。

LB 培養基（克/升）：蛋白胨10.0 克，酵母提取物5.0 克，NaCl10.0 克，蒸餾水1 升，pH7.0，121℃滅菌20分鐘后使用。

（二）試驗設計

1.A9菌株固定化

將菌株接種于LB 培養基中培養至對數期（30℃，160轉/分鐘）。將菌液5000轉/分鐘下離心10分鐘，棄上清，收集菌體，采用2%SA+4%PVA對菌株進行固定。

2.水生植物與微生物組合的建立

實驗共設置3 組，空白組（CK）、黃菖蒲＋大聚藻＋苦草組（HDK）、黃菖蒲＋大聚藻＋苦草+Exiguobacterium sp.組（HDK+A9），在8 升的模擬廢水中進行培養，植物栽種在定植板上，固定化微生物裝入定植籃中放置于植物根系附近，空白組（CK）只放入定植板和定植籃，每組設3 個平行。每隔5 天監測水體中TN、TP、NH+4-N含量。

3.水質指標測定方法

TN 測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP 測定采用鉬銻抗分光光度法，NH+4-N 采用納氏試劑分光光度法［7］。

4.數據處理

水體中總氮、總磷去除率按照公式R=（S0-S）/S0進行計算。采用spss20 進行數據處理，應用sigmaplot12.5進行繪圖。

二、結果與分析

（一）菌株固定化形態［1］

A9（Exiguobacterium sp.）菌株經2%SA+4%PVA 固定后形態如圖2-1 所示。固定化微球呈乳白色，直徑2～3 毫米，形狀規則，彈性較好，具有一定的機械強度，200轉/分鐘測試24小時后破碎率僅為4%。

圖2-1 Exiguobacterium sp.菌株固定化微球

（二）不同組合對水體的凈化能力

1.不同組合水體中TN的變化

植物組及植物聯合微生物組對TN 的去除效果見圖2-2。與CK 組相比，HDK 組和HDK+A9 組中TN 含量明顯下降，培養35 天后TN 去除率分別為54.68% 和73.08%，表現出明顯的差異（P＜0.05）。［2］實驗表明，植物聯合微生物處理富營養化廢水時，在一定濃度范圍內，對高TN 濃度的水體去除效果較好［8］。處理期間，HDK 組對總氮的去除率隨著時間的增加而增大。HDK+A9組由于有微生物的存在，凈化能力明顯增強。

圖2-2 各處理組對水體TN的去除效果

2.不同組合水體中TP的變化

圖2-3 顯示HDK 組和HDK+A9 組對水體中TP 的去除效果，去除率分別為52.68%和59.50%，差異不顯著（P＜0.05）。實驗初期兩組中總磷含量下降明顯，隨著培養時間延長，培養到20天時HDK+A9組TP含量下降趨勢放緩，可能因為隨著培養時間延長，Exiguobacterium sp.菌株活力降低，HDK+A9 組在除磷方面未表現出顯著優勢。［3］

圖2-3 各處理組對TP的去除效果

3.不同組合水體中NH4+-N的變化

圖2-4中，HDK組和HDK+A9組對NH+4-N表現出較理想的去除效果，去除率分別為63.55%和78.20%，兩組間具有明顯差異（P＜0.05）［4］。水中氮的去除途徑為植物的同化吸收、根系吸附，微生物的硝化與反硝化作用。本研究中，氨氮的去除主要以植物吸收為主，固定化Exiguobacterium sp.菌株亦可以將氨氮轉化為硝態氮，從而降低富營養化水體中氨氮的含量。

圖2-4 各處理組對對-N的去除效果

三、結論

實驗結果表明，HDK 組和HDK+A9組對模擬富營養廢水中TN、TP、NH+4-N 均具有明顯去除效果。水生植物可以吸收水體中氮、磷元素，通過富集作用使其濃度降低。研究選用的黃菖蒲、大聚藻和苦草均具有較好的吸收氮、磷的能力［9-10］。本實驗采用挺水、漂浮、沉水植物進行組合，群落結構穩定，且具有一定觀賞性，可以為生態浮床和人工濕地的建立提供技術支持和理論依據。有研究表明，將不同植物進行組合對富營養化水體的凈化效果要明顯好于單一植物［11］。

微生物修復法是利用微生物代謝降解有機物來達到處理污染水體的目的，本實驗選取的微小桿菌屬菌株具有一定脫氮除磷能力，菌體固定化后可以使用3～4個循環，提高了修復效率［12-13］。固定化微生物對溫度的敏感性降低，其脫氮速率能在較寬的溶解氧范圍內保持平穩［14］。因此，采用固定化微生物與水生植物結合凈化富營養化水體在水生態修復領域越來越引起重視。