東北地理所在固定化微生物強(qiáng)化人工濕地耐鹽脫氮方面取得新進(jìn)展
鹽堿地開(kāi)墾、濱海水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)生產(chǎn)中未經(jīng)處理的含鹽廢水排放量日益增大，嚴(yán)重威脅水環(huán)境安全，但鹽堿環(huán)境不利于人工濕地等生態(tài)凈化技術(shù)對(duì)水體中典型污染物（如氮素）的去除。外源微生物強(qiáng)化技術(shù)在人工濕地去除含鹽廢水中氮素方面具有巨大潛力，但外源功能菌的快速流失和反復(fù)接種菌劑限制了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，東北地理所水環(huán)境污染與防治團(tuán)隊(duì)研發(fā)了固定化微生物強(qiáng)化人工濕地技術(shù)，成功解決了菌劑強(qiáng)化效果持久性差、外源功能菌豐富度低等問(wèn)題。該技術(shù)基于耐鹽脫氮菌Alishewanella sp. F2（ZL2019104415919）的耐鹽反硝化特性，使其與玉米芯粉進(jìn)行聯(lián)合固定化，得到一種固定化耐鹽菌粒（C-F2菌粒，2020110775613），并將C-F2菌粒應(yīng)用于人工濕地中，以獲得高效持久的脫氮效能。
長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在人工濕地底部礫石層添加C-F2菌粒后，由于C-F2菌粒具有豐富的緩釋碳源，同時(shí)可提供豐富的微生物附著點(diǎn)，使耐鹽脫氮菌Alishewanella sp. F2成為人工濕地的優(yōu)勢(shì)菌屬之一，并通過(guò)Alishewanella sp. F2自身的耐鹽反硝化特性及其對(duì)人工濕地系統(tǒng)中部分反硝化菌（如Bacteroides和Clostridium-XlVa菌屬）、植物促生菌（如Cyanobacteria和Gammaproteobacteria菌綱）等土著功能菌的促進(jìn)作用，有效提高并維持了人工濕地對(duì)含鹽廢水（EC = 15 mS/cm）中氮素的去除效率。底部添加C-F2菌粒的微生物強(qiáng)化型人工濕地對(duì)NO3--N和TN的平均去除率分別為97.8%和88.1%，均顯著（p < 0.05）高于未強(qiáng)化對(duì)照組（48.7%和67.2%）。同時(shí)，人工濕地添加C-F2菌粒后有效促進(jìn)了濕地植物美人蕉的生長(zhǎng)，美人蕉TN含量（636.06 mg/microcosm）顯著（p < 0.05）高于未強(qiáng)化對(duì)照組（372.06 mg/microcosm）。固定化微生物強(qiáng)化技術(shù)除具有高效降解、活性持久等優(yōu)點(diǎn)外，還解決了重復(fù)接種成本高的問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用潛力。本研究突破了人工濕地對(duì)含鹽廢水中氮素處理效率低、凈化持久性差的瓶頸，為人工濕地在含鹽廢水處理中實(shí)際應(yīng)用提供了重要的理論和技術(shù)支撐。
圖1 固定化微生物強(qiáng)化人工濕地對(duì)含鹽廢水中氮素的去除效率
該研究由東北地理所科研助理王鑫壹、祝惠研究員（通訊作者）、閻百興研究員等共同完成。相關(guān)成果發(fā)表在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Environmental Pollution（中科院一區(qū)TOP，IF = 8.071）上，同時(shí)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，其中2項(xiàng)已獲授權(quán)。該研究得到中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)（JCTD-2020-14）和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2017274）等項(xiàng)目的資助。相關(guān)信息如下：
Wang, X.Y., Zhu, H., Yan, B.X., Shutes, B., Ba？uelos, G., Wen, H.Y., Cheng R. (2021) Improving denitrification efficiency in constructed wetlands integrated with immobilized bacteria under high saline conditions. Environmental Pollution 287, 117592. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117592
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 陳欣, 于翔霏. 一株以亞硝酸鹽為氮源的耐鹽反硝化細(xì)菌及其應(yīng)用,發(fā)明專利, 專利號(hào): ZL2019104415849
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 于翔霏, 陳欣. 一株耐鹽的反硝化細(xì)菌及其應(yīng)用, 發(fā)明專利, 專利號(hào): ZL2019104415919
祝惠, 王鑫壹, 閻百興, 程銳, 曹書(shū)境. 一種具有耐鹽脫氮能力的微生物材料及其制備方法和應(yīng)用, 發(fā)明專利, 受理號(hào): 2020110775613
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