高效脱氮菌群生物强化南四湖人工湿地处理工艺及机理研究

根据南水北调东线工程对南四湖水质的特殊要求，采用高效脱氮功能菌群对南四湖人工湿地进行生物强化，联合人工湿地技术和生物强化技术，提高湿地对受污染入湖河水的处理能力。通过构建一套完整有效的生物强化人工湿地现场处理工艺，获得实现处理后出水达到《地表水水质标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准目标的最佳工艺参数。同时探索维持投加菌群在湿地系统优势地位的方法，通过研究湿地系统中脱氮细菌在时间和空间上的分布、迁移、演替规律，阐明生物强化的作用机理，并对生物强化的生态影响进行评价，提出有效控制潜在生态风险的措施。

南水北调工程是解决我国北方水资源短缺问题的特大型基础设施项目，包括东线、中线和西线三条调水线路。南四湖是南水北调东线工程的蓄水核心，其水质优劣直接决定了南水北调山东段的水质状况。仅靠南四湖现有自然湿地，难以实现《地表水水质标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准目标。鉴于高效脱氮菌强化人工湿地处理污水的广阔应用前景，针对目前南四湖氮素污染较为严重的现状，本项目通过构建高效脱氮功能菌群，对南四湖人工湿地进行生物强化，旨在提高南四湖人工湿地对受污染入湖河水的处理能力。. 本项目首先完成了高效脱氮菌种的筛选工作，分别从南四湖湿地植物根际分离获得15株反硝化细菌，从驯化培养的反硝化污泥中筛选获得3株脱氮除磷菌。选取6株高效脱氮菌株（LZ-4，LZ-14，XP-1，XP-2，CL-1，CL-3）进行优化组合，考查各组合对含氮废水的处理效果，结果表明混合菌液与含氮废水的体积比为1%时，六株菌等比例混合的组合F4的除氮效率最高，投加144h后可实现对氮的完全去除。同时，本项目构建了一套中型人工湿地，模拟南四湖新薛河河水水质，考查F4组合强化湿地的处理效果，投加菌群7d后，COD、TN、TP的出水浓度均可达到《地表水水质标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准，为维持投加菌群在湿地系统的优势地位，14d为一个周期重复投加。. 本项目在执行过程中，利用PCR-DGGE方法对生物强化前后植物根际微生物群落结构进行分析，研究了湿地系统中脱氮细菌在时间和空间上的分布、迁移、演替规律，初步阐明了生物强化人工湿地根际微生物脱氮除磷机理。本项目投加菌群是在原生境中存在的土著菌及反硝化污泥驯化培养的反硝化菌组合，在生物强化时既不会产生温室气体，也不会影响其他微生物的生存，无潜在生态风险。该生物强化技术的投入运行，对确保南四湖水质达到地表水三类标准，实现南水北调东线工程三类水质目标具有重大的工程意义。同时，对于促进植物生态修复，改善南四湖及周边地区生态环境有着重大现实意义。此外，生物强化技术在湿地中的成功应用，将会给湿地研究提供新的研究思路，有助于加快人工湿地技术在我国的进一步推广与应用。. 本课题共投入2名教授、1名高级研究员、5名博士研究生、3名硕士研究生进行研究工作。目前，已毕业2名硕士，1名博士。已发表论文3篇，录用4篇，审稿中5篇，整理完善中1篇。已授权专利3项，受理中4项。