小型潜流湿地模型中共代谢作用去除类固醇雌激素的研究

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天然雌激素雌酮(E1)和人工合成雌激素17-α乙炔基雌二醇(EE2)是环境中典型的类固醇雌激素(SEs),对人类、动物有一定的危害。目前对去除SEs的研究主要集中在活性污泥法,鲜少有人研究人工湿地法去除SEs,基于此,本课题研究利用人工湿地去除雌激素的效果。  本文研究了在不同氨氮进水浓度(0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L)条件下,九种人工湿地去除SEs的效果,主要结论如下:在植物湿地中,随着氨氮浓度的增加,EE2去除率逐渐增大,E1去除率也逐渐增大,但当c(NH4+)=30mg/L时,E1去除率不再变化;无植物湿地中,随着氨氮浓度的增加,E1去除率逐渐增加,EE2去除率只有在氨氮浓度在一定范围内才继续增加;对于E1的去除,当进水氨氮浓度较低时(c(NH4+)=0mg/L、10mg/L),植物种类对E1的去除无显著影响,当氨氮浓度较高(c(NH4+)=20mg/L、30mg/L)时,植物种类对E1的去除有显著影响,香蒲湿地利用氨氮去除E1的能力高于芦苇湿地;对于EE2的去除,当氨氮浓度达到30mg/L时,植物种类对其的去除影响显著,香蒲湿地利用氨氮去除EE2的能力高于芦苇湿地。在不同氨氮浓度下,植物湿地E1的去除率与湿地中细菌数量正相关,推测E1的去除与细菌的生物降解作用有关。在不同氨氮浓度下,植物湿地EE2的去除率与湿地中硝化细菌数量正相关,推测EE2的去除与湿地中硝化作用有关。  本文还研究了在不同根系分泌物进水浓度(草酸、咖啡酸浓度各为0mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L)条件下,九种人工湿地对SEs的去除效果,主要结论如下:对于SEs的去除,进水草酸、咖啡酸浓度从0mg/L增加到50mg/L,各湿地对SEs的去除率无显著变化;从50mg/L增加到200mg/L,各湿地SEs去除率均有不同程度的增加。分析同种填料不同植物湿地对SEs的去除率,与无添加根系分泌物相比,进水添加根系分泌物的湿地植物种类对E1去除率显示出差别,香蒲湿地更有利于去除E1,但是继续增加根系分泌物浓度,可能驯化出相应的微生物种群,造成E1的去除率与植物种类无显著影响。分析同种植物不同填料湿地对SEs的去除率,钢渣填料不利于根系分泌物驯化出的微生物去除SEs。分析植物作用、基质作用和生物降解作用对SEs去除的影响,随着根系分泌物浓度增加,各湿地对SEs的生物降解作用越来越强。在不同根系分泌物浓度下,植物湿地E1的去除率与湿地中细菌数量正相关,推测植物湿地中存在E1的生物降解作用,且根系分泌物浓度越高,湿地细菌数量越多,E1的生物降解作用越强。分析湿地利用根系分泌物的量与SEs去除的关系,添加的根系分泌物浓度越高,湿地利用根系分泌物的量也越多,E1的去除率越高,推测E1与根系分泌物存在共代谢作用,即根系微生物利用草酸、咖啡酸作为一级基质增殖,并诱导出相关的降解酶,降解作为二级基质的EE2。后续在添加根系分泌物的同时添加氨氮,结果表明各湿地可以利用氨氮促进SEs的去除,且香蒲湿地利用氨氮去除SEs的能力更高;同种植物不同填料间仍存在显著差异,陶粒、沸石填料对SEs去除效果最好。  本文还研究了不同深度的人工湿地(20cm、30cm、40cm)对SEs的去除效果,主要结论如下:填料深度越浅,水中溶解氧平均浓度越高,微生物密度越大,对SEs的平均去除速率越快;各湿地SEs平均去除速率与细菌密度、硝化强度正相关,推测SEs的去除与生物作用、硝化作用有关。
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