探讨千屈菜生物浮床载带异养硝化-好氧反硝化菌对水体中氮磷的去除效果

张丽艳，郭 玲

（河北省秦皇岛环境监测中心，河北 秦皇岛 006000）

生物浮床技术是利用植物和微生物的协同作用去除水体中氮、磷及有机污染物，达到净化水体的目的[1]。该技术按着植物自身生长规律，以浮床作为载体，把水生植物种植到富营养化水体水面，通过植物的吸收、根系的吸附及附着微生物的水解代谢作用，达到净化水质的效果，是改善河道富营养化水体的有效方法之一[2]。异养硝化-好氧反硝化菌强化生态浮床是通过挂膜将异养硝化-好氧反硝化菌与填料结合，加强对富营养化水体中氮、磷和有机物的去除效果。强化生态浮床技术操作简单、成本低、净化效果好，以其独特的环境效益和经济效益得到广泛应用。本文根据秦皇岛市所处区域的地理气候特点、河道水质状况及对植物抗逆性研究，选择具有耐盐性、抗污性强的千屈菜作为浮床植物，构建小型强化生态浮床，将建好的生物浮床置于人工模拟池中，监测其对某河口水体去除氮、去磷的效果，为本地地表水的治理和修复提供良好的技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 浮床植物的遴选

浮床植物的选择是生物浮床技术成功的关键。选择浮床植物是在对植物的生物学特性、耐污性、耐水性、对氮和磷去除能力等深入了解的基础上，筛选出具有一定耐受性，对当地气候、水文、水质现状等有较好适应能力的土著种类。不同植物耐污能力及最适浓度不同，针对不同程度富营养化水体，以植物最适浓度作参考，选择适合的植物作为浮床植物[3]。根据秦皇岛市的地理气候、河道水质状况及对植物抗逆性研究，通过对本地常见水生植被物种的分布情况，河道浮床客观条件对植物株高、生长周期的限制及对河道景观的功能要求等，对适合秦皇岛市河道生物浮床植物进行遴选。

作为沿海城市，秦皇岛市河道水体中的盐度较高，植物的耐盐性是首要的选取指标之一。研究显示，千屈菜（Lythrum salicaria L.）耐Nacl 的临界质量浓度为1 700 mg/L，表明千屈菜是耐NaCl 较强的植物之一[4]。千屈菜是多年生草本植物，喜强光，耐寒性强，适合在华北等地栽培。穗状花序，红紫色或淡紫色花，具有观赏性。千屈菜还具有繁殖能力强、栽培容易、方便管理等特点。其次是耐污性，千屈菜最适浓度在中-重度富营养化水平，适合秦皇岛市河道的水质污染现状[5]。由于千屈菜独特的耐盐性、耐污性、耐寒性及特有的景观效果，它是首选的适合秦皇岛市气候环境和水质特征的浮床植物之一。

千屈菜在水体中的生长净水效果和植物的吸收、吸附、富集作用与植物的根系发达程度密切相关。发达的植物根系，除其本身可以吸收吸附水体中大量的污染物外，还为微生物提供了优良生存环境，通过植物的光合作用，可以在根际区形成厌氧-好氧区，利于硝化-反硝化菌的生长繁殖。试验选用的千屈菜是处于生长旺期、根系发达健壮的7月扦插苗，平均株高20 ～30 cm，须洗净植物根部，移栽至试验水体进行预培育。待千屈菜适应试验水体环境并开始长出新枝叶后，即可移入试验浮床，进行试验。

1.2 异养硝化-好氧反硝化菌的筛选与纯化

1.2.1 异养硝化-好氧反硝化菌脱氮优势

与传统的生物脱氮工艺相比，异养硝化-好氧反硝化菌进行的生物脱氮过程具有独特优势：硝化和反硝化可同时进行，实现同步硝化反硝化脱氮，并且异养硝化和好氧反硝化反应是相互促进的。异养硝化-好氧反硝化菌可同时利用NH4＋-N、NO2--N、NO3--N 作为氮源，好氧反硝化菌能够在有氧气时进行反硝化，实现了硝化和反硝化在时间和空间上的统一；硝化过程生成的硝酸盐、亚硝酸盐可以直接被反硝化过程利用，防止了它们对反硝化过程的抑制[6]。

研究证明，好氧反硝化菌强化生态浮床通过挂膜将异养硝化-好氧反硝化菌与填料结合，能提高浮床对水体中氮的去除效果，强化生态浮床对水体中总氮去除率，比单独浮床系统可提高17.3%，证明了对浮床反硝化作用进行强化能较好地提高系统的脱氮效果[2]。此外，部分菌种具有特定的生存属性，如耐盐性、耐低温、耐贫营养、耐高浓度氨氮等，对特殊环境下的污水处理具有重要意义[7]。

1.2.2 异养硝化-好氧反硝化菌的筛选与纯化

（1）菌株来源。用于筛选的污泥来源于秦皇岛市某河口水体底泥。

（2）培养基。需要配制富集培养基；异养硝化培养基、好氧反硝化培养基、BTB 培养基、牛肉膏蛋白胨培养基和LB 培养基。固体平板和斜面培养基均需在上述液体培养基中增加2%的琼脂粉或条。以上所有培养基均需在高压121℃灭菌20 min 后使用[7]。

（3）初筛试剂。格林斯试剂:A 液:对氨基苯磺酸0.5 g，稀醋酸（10%） 150 mL，避光保存一个月内可用。B 液:a-萘胺0.1 g，蒸馏水20 mL，稀醋酸（体积分数10%）150 mL。临用前，A 和B 两溶液等量混合[7]。

（4）异养硝化-好氧反硝化菌的富集筛选。称取30 g 污泥于富集培养基中，在恒温水浴摇床中150 r/min，30℃培养3 代后，取菌液适当稀释后涂布于牛肉膏蛋白胨固体平板培养基上培养，24 h 后平板上长出菌落，挑取单个菌落进行初筛与复筛。

（5）异养硝化-好氧反硝化菌的筛选与分离纯化。将上述得到的菌株接种到异养硝化培养基中，摇床培养2 d 后，取菌液滴加格林斯试剂，试剂变红的菌株具有异养硝化活性；将其菌液稀释后涂布于BTB固体培养基中，30℃培养24 h，如果BTB 培养基颜色由黄绿色转变蓝色，证明该菌株具有好氧反硝化活性；进一步用LB 培养基进行3 次分离纯化，初筛得到试验用菌株[7]。

1.3 异养硝化-好氧反硝化菌强化生物浮床的构建

生物浮床床体采用XPS 挤塑聚苯乙烯泡沫，切割成20 cm×20 cm 的正方形，在上面挖出6 cm×6 cm 洞孔。为增加其比表面积，利于微生物附着生长，采用丙纶绳和圆形立体填料相结合的组合方式。试验前将纯化的异养硝化-好氧反硝化菌投加到试验水体中，通过挂膜与填料结合。在浮床上栽种准备好的符合试验要求的千屈菜，建成小型强化生物浮床，将构建好的生物浮床置于人工模拟池中。试验用水取自秦皇岛市某河口，盐度为4.75‰。

2 试验结果

植物根系活力、生长与温度、光照密切相关，随温度增加，植物生长速度加快，需要的氮、磷等营养物质也不断增加，水体净化效果更显著[3]。本试验于7月中旬至8月中旬进行，此时温度高、光照强，利于千屈菜和微生物生长繁殖。

观察千屈菜及挂膜微生物在生态浮床上的生长状况，监测其通过吸收、吸附作用，净化水体的效果。试验用水取自秦皇岛市某河口，盐度为4.75‰，取水样后立即进行监测，主要监测NH4＋-N、NO3--N、TN、TP 等项目。在8月中旬试验结束前，再次监测试验水体的NH4＋-N、NO3--N、TN、TP，监测方法按《水和废水监测分析方法》（第四版），监测结果如表1所示。

表1 试验监测结果

试验结果显示，异养硝化-好氧反硝化菌强化生物浮床对NO3--N 和NH4+-N 具有较好的去除效果，总氮、总磷去除率分别高达60.3%、82.2%，净化去除效果良好。有资料表明，总氮、总磷的去除率与水体中总氮、总磷浓度呈正相关，说明浮床栽植千屈菜在中、重污染水体中净化效果更加显著，强化的生物浮床对富营养化水体的总氮、总磷具有较全面的降解效果。

3 结论

本室内模拟试验利用千屈菜生物浮床载带异养硝化-好氧反硝化菌，对水体中氮、磷的去除效果进行了研究，结果证明，异养硝化-好氧反硝化菌强化生物浮床的硝化和反硝化作用较强，对水体中氮素具有明显降解效果；千屈菜在高盐度水体生长良好，其发达的根系，能为微生物生长繁殖提供良好环境，对水体污染物既有截留、吸附、沉降等物理作用又有化学沉淀、生物吸附等化学生物作用[2]。异养硝化-好氧反硝化菌强化生物浮床在微生物和植物的协同作用下对总氮、总磷均有很好的净化效果，去除率分别为60.3%、82.2%，在脱氮除磷和去除有机物方面更加高效稳定。该试验为本地实际河道中高盐度、富营养水体利用强化生物浮床脱氮除磷，净化、改善、恢复水生生态环境提供了理论基础。强化生物浮床具有良好的实际应用前景，将为秦皇岛市河道净化修复提供一种更加环保、高效的技术手段，并且能够绿化美化环境，维护生物多样性，营造优美的自然生态景观。