随着我国社会和经济的不断发展,水体重金属的污染日益严重,特别是工矿企业排放的的大量废水,给人居环境带来诸多不利影响。开发一种高效、稳定、环境友好和价格低廉的生态处理技术,已经成为消除水体中重金属污染迫切需要解决的难题。生态工程措施是有效治理重金属污染的重要措施之一,其污染物去除的核心元件为周丛生物。基于此,开发了环境安全、运行稳定的周丛生物反应器,它的开发应用不仅能够有效去除水体中的污染物质,而且其中的周丛生物能够指示环境质量变化。然而,周丛生物反应器对重金属的去除效果和机制还比较模糊。因此,研究周丛生物反应器对污水中Cu的去除和机制,对于提高周丛生物反应器的效率,优化生态工程的设计,提高生态工程的处理效能,增加环境效益有重要的意义。本研究主要开展以下几方面的研究:周丛生物的富集方法的建立及表征技术;不同季节周丛生物的形态结构和碳代谢多样性的差异分析;周丛生物反应器对污水中Cu的去除效果及机制;Cu胁迫环境下,周丛生物的群落组成变化和自身生态系统稳定性。试验主要借助光学显微镜、环境扫面电镜和激光共聚焦扫描显微镜技术表征周从生物群落结构,运用Biolog技术分析周丛生物碳代谢多样性,使用高通量测序技术分析周丛生物群落组成的变化。研究结果表明:(1)以纤维材料富集周丛生物能够显著增加微生物的多样性;使用WC培养基能够加快周丛生物的生长速率,并促进光合自养微生物为优势物种,能够满足生态工程和科学实验的需求。(2)不同季节周丛生物的形态结构和碳代谢多样性存在显著差异性,并表现出不同的碳源利用能力。导致这种差异性的主要原因是主要环境驱动因子的不同,如温度、光照等。同时,周丛生物能够根据环境的变化,来调节自身组成以快速适应环境,这也证明,周丛生物技术在污水处理方面具有很好的应用价值和前景。(3)周丛生物反应器对污水中的不同浓度Cu都具有较好的去除效果。控制试验结果表明,周丛生物反应器对污水中Cu的去除吸附占主导。通过动力学和热力学试验数据的拟合发现,周丛生物对Cu的吸附是具有物理性质的自发过程,可分为三阶段:初期的外部传递(0-12 h),中期的离子内部扩散(12-24 h),以及后期平衡饱和阶段(24-48h)。这些结果表明,周丛生物可作为一种生物吸附剂用于原位水体污染修复。(4)通过自主设计周丛生物反应器深入研究周丛生物在Cu胁迫下的响应过程。该反应器对周丛生物富集效果较好,去Cu效率高,可达99%。面对环境变化如Cu胁迫环境,周丛生物可以改变优势物种或群落组成以快速适应环境,进而通过系统中各种微生物群落的自我调整达到净化污水的目的。该研究可为发展高效的基于周丛生物净化水质的技术提供理论依据。