人工湿地对典型酞酸酯的净化效果及其微生物响应机制研究

Phthalic acid esters (PAEs) are widely used in the world as the indispensable plastics modification additives.However,due to their teratogenic, carcinogenetic and mutagenic effects, they have become one of the global important organic pollutants. As an important ecological engineering technology, constructed wetland has been successfully applied to treat wastewaters with conventional and special pollutants in the world.Hence,in this project proposal,the di-n-butyl phthalate(DBP),a kind of typical PAEs pollutant,is chosen, and the purification efficiencies and microbiology response mechanism of vertical-flow constructed wetland system to treat wastewater polluted with DBP will be studied. The aims are as follows: 1)finding out the long-term laws of DBP degraded in the constructed wetlands under different pollutant loadings; 2) disclosing the fates of DBP in the constructed wetland systems and the contribution percentage of microorganisms in DBP degradation; 3)identifying the specific microbial population,microbial community structures and feedback mechanisms by phospholipid fatty acids(PLFA),16SrRNA and florescence in-situ hybridization-flow cytometry(FISH-FCM);4)elucidating the regulation effect and microbiological mechanism of the micronutrients on DBP degradation in the constructed wetland system by monitoring the specific microbiology population. Based on these reseraches,some theoretical references for the treatment of DBP polluted waterbody by constructed wetland systems will be provided.

酞酸酯(PAEs)是一种不可缺少的塑料改性添加剂，因具有三致效应，已经成为全球性的重要有机污染物之一。人工湿地是一种有效净化常规及特异性污染物的重要生态工程手段，已被广泛应用于常规及特殊污染物的处理中，均取得了较好的净化效果。本项目拟选择典型酞酸酯类污染物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为实验对象，研究不同污染负荷条件下垂直流人工湿地对DBP的长期降解规律；解析DBP在湿地系统中的归趋和微生物在DBP降解过程中的贡献率；通过磷脂脂肪酸谱图(PLFA)、16SrRNA、荧光原位杂交技术-流式细胞仪(FISH-FCM)等手段解析微生物群落结构，鉴定特异性微生物种群，研究其作用机理及反馈机制；针对特异性微生物功能类群，研究微量营养物质对湿地降解DBP的调控效果及其微生物作用机理，为湿地处理受DBP污染水体提供理论指导。

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是一种主要的邻苯二甲酸酯类化合物（PAEs），随着大量生产和广泛使用，水环境中DBP的污染问题日趋严重。DBP因具有内分泌干扰效应和毒性，可对动物和人体健康产生一定的风险，DBP的污染和治理问题受到了越来越多的关注。人工湿地技术具有运行费用低、处理效率高、易于维护和管理等特点，在废水处理中得到了广泛的应用。本研究采用垂直流湿地中试实验、序批式吸附实验、水培实验等手段，结合分子生物学技术，系统研究了湿地对DBP的去除效果及微生物的响应机制，分析了常见基质对DBP的吸附效果、常见湿地植物对DBP的吸收和富集过程，为运用湿地处理含PAEs污水提供了理论依据。主要结果如下：.（1）湿地对DBP的去除率随着水力负荷的降低而升高，DBP的全年平均去除率分别为93.6 ± 3.3%、94.9 ± 2.9%和96.5 ± 2.6%。DBP质量平衡分析显示：基质吸附和植物吸收对DBP去除所占的比例较小，微生物降解是湿地去除DBP的主要途径。.（2）DBP暴露后湿地中的细菌和真菌OTUs总数降低，群落多样性降低；群落结构分析显示, 在属水平上，细菌中的紫色杆菌属(Janthinobacterium)、假单胞杆菌(Brevundimonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和真菌中的弯胞菌属(Curvularia)在DBP暴露后相对丰度升高，这些微生物可能是主要参与DBP降解的微生物类群。.（3）钢渣、砾石和贝壳砂均对DBP具有一定的吸附效果，吸附过程能用准二级动力学模型进行很好的拟合。三种基质对DBP的饱和吸附量为钢渣 ＞ 砾石 ＞ 贝壳砂。三种基质对DBP的等温吸附过程均能用Langmuir模型进行很好的拟合，三种基质对DBP的吸附是单分子吸附和化学吸附过程。三种基质对DBP的吸附容量随着温度的升高而升高，说明吸附过程是非自发的吸热反应。基质对DBP的吸附容量随着溶解性有机物（DOM）升高而降低。.（4）千屈菜、美人蕉和再力花对DBP均具有较好的吸收、吸附和代谢作用，且三种植物根部DBP的含量显著高于茎和叶片。在人工湿地处理含PAEs污水时，推荐以千屈菜作为湿地优选植物。