湿地生态系统微生物群落对改性纳米铁－复合生物粒子的响应机制研究

Excessive phosphorus (P) is one of the main factors that lead to eutrophication in urban rivers and lakes. The biocompatibility and magnetic responsiveness of magnetic nano-bio sorbents have great potential in the adsorption of P in polluted water. This project is based on the matrix in the process of the wetland P saturation and the problem of incomplete biosorption load. The modified nanometer iron microspheres combined with the polyphosphate-accumulating-organisms (PAOs) genetically modified will be used to strengthen wetland system for sewage dephosphorization effect. The characteristic of Fe-PAOs compound particle will be analyzed. Wetland internal microbial community and the dynamic change of time and space distribution will be investigated. The mechanism of the Fe-PAOs P-adsorption and the wetland microbial communities response to exogenous microbes will also be discussed. The results will rich the sewage ecological restoration technology system, alleviate the current severe pressure of sewage treatment and reduce the damage of ecological environment.

磷元素过量是导致城市河流、湖泊水体富营养化的主要因素之一，磁性纳米生物吸附材料自身的生物相容性、磁响应性，在污染水体磷吸附中具有巨大的潜力。本项目针对湿地除磷过程中存在的基质饱和及生物吸附不完全等问题，利用改性纳米铁微球负载基因改良聚磷菌，强化湿地系统对生活污水的除磷作用，分析Fe-PAOs复合生物粒子的磷吸附特性，考察湿地内部微生物功能菌群及时空分布的动态变化，揭示Fe-PAOs复合粒子的磷吸附机理，探讨湿地微生物群落对外源生物加入的响应机制，对丰富污水生态修复的技术体系具有重要的学术价值，同时对于缓解目前严峻的污水处理压力，降低生态环境的破坏，具有一定的现实意义。

磷元素过量是导致城市河流、湖泊水体富营养化的主要因素之一，磁性纳米生物吸附材料自身的生物相容性、磁响应性，在污染水体磷吸附中具有巨大的潜力。本项目针对湿地除磷过程中存在的基质饱和及生物吸附不完全等问题，利用基因工程技术将调控聚磷激酶的ppk1基因整合到Pseudomonas pseudoalcaligenes CL-1中，荧光检测成功获得工程菌gfp-CL-1-PPK。PCR扩增ppk1基因，得到长度为2072 bp，可稳定遗传10次转接。gfp-CL-1-PPK工程菌的生长增长期为0～96 h，尤其48～96 h，增长速度最快。96 h 以后基本处于稳定期。gfp-CL-1-PPK菌株对培养液条件下的磷酸盐去除率可达100%，完全去除仅需8 h。同时，以超顺磁纳米Fe3O4、纤维素多孔微球制得粒径为1-3 mm，孔径为1-5 mm的PCAM小球，具有良好的磁性，在30℃，吸附时间50 min，pH=4的条件下，达到较高的磷吸附效率，大约在65%左右。吸附解吸循环5次后，吸附效率仍然保持在28%左右。以Fe-PCAM为固定载体负载标记工程菌，获得的复合生物吸附剂Fe-PCAM-PAOs微球对磷浓度有很宽泛的适用范围。Box-Behnken Design法进行响应面实验设计结果显示，温度33.66 ℃，pH 6.40，体积57.46 ml下除磷率为82.08%。固定工程菌强化实验室小型湿地系统，湿地出水CODcr、NH4+-N、TP浓度满足国家《污水综合排放标准》（GB18918-2002）一级标准时的HRT为4天，去除率分别为85.7%，89%，95%。外源工程菌的加入并未对人工湿地系统内的微生物群落造成威胁，未形成优势种群，生态应用风险低。研究结果对于缓解污水处理压力，强化湿地生态修复功能，具有一定的现实意义。