筛选蚓种对潜流湿地堵塞物的调控机理研究

在人工湿地中投放蚯蚓是解决湿地堵塞问题的一条新途径，但其在实际工程推广应用中还存在无法确定最佳蚓种、投蚓量、投蚓频率及进行湿地内部环境控制等瓶颈和难点，这就需要在筛选出最佳土著蚓种的基础上探寻其对湿地堵塞物的作用机理进行详细研究。.本研究筛选出湿地环境中调控堵塞物的理想蚓种，并在构建湿地堵塞物构成和基质特性差异的基础上，分析理想蚓种调控前后湿地基质间堵塞物的组分、特性变化，揭示理想蚓种作用下湿地堵塞物各组分在湿地空间中的迁移转化规律；通过分析理想蚓种对湿地中堵塞物总量、水力传导性能及大气复氧性能的影响，明确理想蚓种对堵塞物作用与湿地堵塞表征的响应关系。研究成果可为采用蚯蚓解决潜流湿地堵塞问题提供理论依据和技术参数，进而为有效地解决人工湿地堵塞问题奠定基础，从而推动潜流人工湿地在污水处理中的广泛应用。

本研究首次提出了人工湿地堵塞物分类方法和成份提取方法，明晰了堵塞物各组分的构成比例；提出适于堵塞湿地环境下的蚯蚓驯化方法；筛选出适于不同类型湿地堵塞的最佳蚓种，明确其单位摄食堵塞物量和单位湿地面积的最大投放密度；探明了蚯蚓作用下湿地堵塞物组分构成的迁移转化规律，明晰了蚯蚓作用下湿地堵塞特征的响应，从而为采用蚯蚓解决潜流湿地堵塞问题提供理论依据。本研究目前所取得的成果包括：⑴本基金研究成果作为关键创新点之一获国家科技进步二等奖、上海市科技进步一等奖各1项；⑵发表SCI论文2篇，SCI源刊投稿论文3篇，申请发明专利2项。.本研究提出堵塞物组份分类方法和堵塞物各组份的提取方法，明确了堵塞物中蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸和无机物等组份分别约占10%、2%、6%、4%、50%，各组份的最佳提取方法为“碱洗+热碱+低速离心”法，从而为堵塞物机理研究提供定量分析手段。筛选出解决垂直下行流湿地堵塞的最佳蚓种分别为赤子爱胜蚓。蚯蚓摄食堵塞物中的有机物并将其转化为无机物，以蚓粪的形式转移到基质表面，有效减少堵塞物总量；蚯蚓同步亦能将有机物中的蛋白质和多糖向腐殖酸转化，有效降低堵塞物的粘附能力。蚯蚓活动还增加了基质中微生物的数量，使微生物和蚯蚓一起发挥对堵塞物的分解作用。正是通过蚯蚓的转移、转化和微生物协同的三重作用，从而实现蚯蚓长效解决湿地的堵塞问题。单位蚯蚓在2d内能摄食0.31mg/g堵塞物，同化0.24mg有机物，消化吸收有机物中0.033mg蛋白质和0.013mg多糖，将其转化为0.042mg腐殖酸，并增加0.021mg核酸量。蚯蚓摄食堵塞物后的粪便中无机物量占70%，有机物量只占29%，其中多糖和蛋白质量只占总蚓粪量的2.94%，蚓粪粘附力显著降低，不会造成湿地的二次堵塞。蚯蚓摄食堵塞物明显减少了基质间堵塞物量，在纵横断面上的往复蠕动改变了基质层结构，基质孔隙率显著增大，过水率明显提升。