摘要 ［目的］研究不同生態(tài)浮床對(duì)水體氮磷的凈化效果及機(jī)理。［方法］通過(guò)構(gòu)建空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，與對(duì)照組和空心菜浮床組比較對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷的去除效果，分析不同生態(tài)浮床的植物根系微生物的生物量、氮磷吸收量及去除貢獻(xiàn)率，探討生態(tài)浮床的氮磷去除機(jī)制。［結(jié)果］與空心菜浮床相比，組合生態(tài)浮床對(duì)氮磷污染物的去除效果更好，TN、TP、NH4+-N、NO3--N平均去除率分別為71.35%、70.05%、83.17%、85.83%，較空心菜浮床提高了13.92%～21.08%；在氮磷去除過(guò)程中植物根系充當(dāng)“載體”，富集大量的微生物，形成根系生物膜，而組合生態(tài)浮床根系生物膜的微生物生物量顯著大于空心菜浮床（P<0.05），表明載體生物膜對(duì)植物根系微生物的富集和生長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用；空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物對(duì)氮磷的吸收量均有限，氮去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，磷去除貢獻(xiàn)率分別為5.99%、4.18%，表明植物吸收作用不是浮床系統(tǒng)氮磷去除的主體。［結(jié)論］生態(tài)浮床對(duì)水體氮磷的去除主要依靠微生物轉(zhuǎn)化作用，組合生態(tài)浮床的微生物生物量較大，可有效提高水質(zhì)凈化效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 生態(tài)浮床；生物膜；水體氮磷；凈化效果；去除機(jī)制

中圖分類號(hào) X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）13-0045-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Exploration on the Purification Effect and Mechanism of Nitrogen and Phosphorus in Water by Different Ecological Floating Beds

CHENG Yu，CHEN Yong-cheng， YU Peng et al

（ Jiangsu Coastal Area Institute of Agricultural Sciences， Yancheng，Jiangsu 224002）

Abstract ［Objective］To study the purification effect and mechanism of different ecological floating beds on nitrogen and phosphorus in water.［Method］A combined ecological floating bed（CEFB） was constructed by hanging packing biofilm under the roots of water spinach. By comparing the purification efficiency of the eutrophic wastewater by the CEFB with the water spinach floating-bed and the blank control group， and analysing the difference of the counts of bacteria in plant root， the removal contribution of plant absorption， the nitrogen and phosphorus removal mechanisms of CEFB were explored. ［Result］Compared with water spinach floating-bed，the removal efficiency of the CEFB on TN，TP， NH4+-N， NO3--N were 71.35%， 70.05%，83.17%， 85.83%， respectively. The removal rate of nitrogen and phosphorus were increased from 13.92% to 21.08%.The microbes in wastewater quietly multiply on the surface of plant roots and formed a biofilm in nitrogen and phosphorus removal. The microbial biomass on plant roots in group of CEFB was significantly larger than that of water spinach floating-bed（P<0.05）， which indicated that packing biofilms of CEFB could promote microorganism growth and improve the microbial amounts on plant roots.In the CEFB system， the removal contribution of plant absorption on nitrogen and phosphorus was 25.56% and 5.99%， respectively， which in water spinach floating-bed was 20.24% and 4.18%， suggestting that plant absorption was not the main function of nitrogen and phosphorus removal. ［Conclusion］Microbial conversion may be the main mechanism in reduction of nitrogen and phosphorus， and the large microbial biomass of CEFB could enhance purification efficiency and system stability.

Key words Ecological floating bed;Biofilm;Nitrogen and phosphorus in water bodies;Purification effect;Removal mechanism

基金項(xiàng)目 中國(guó)鹽城漁業(yè)高質(zhì)量發(fā)展研究課題（YCSCYJ2021029）；2019年度江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所科研基金項(xiàng)目（YHS2019-06）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20191215）。

作者簡(jiǎn)介 成鈺（1991—），女，江蘇鹽城人，助理研究員，碩士，從事水域生態(tài)修復(fù)研究。

*通信作者，副研究員，博士，從事生態(tài)健康養(yǎng)殖研究。

收稿日期 2023-09-04；修回日期 2023-10-08

水體富營(yíng)養(yǎng)化是全球性的環(huán)境污染問(wèn)題，氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因和物質(zhì)基礎(chǔ)［1-2］。2022年我國(guó)對(duì)204個(gè)重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）開展的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)查報(bào)告顯示［3］，輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占24.0%，比2021年上升1.0%，中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占5.9%，比2021年上升1.6%，可見我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化形勢(shì)比較嚴(yán)峻。水體富營(yíng)養(yǎng)化不僅會(huì)導(dǎo)致浮游生物大量繁殖，引起水體缺氧、藍(lán)藻水華、水質(zhì)惡化等，還會(huì)造成魚類及其他生物大量死亡，嚴(yán)重威脅了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性［4］。因此，研究如何降低氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度在水體富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)中極為重要。

生態(tài)浮床是一項(xiàng)新型高效環(huán)保的水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，利用水培的方式，將水生植物固定在浮床上，通過(guò)植物吸收、根系吸附及附著微生物代謝作用有效去除氮磷污染物，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的效果。相比其他修復(fù)技術(shù)，生態(tài)浮床具備成本較低、原位修復(fù)、運(yùn)行簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體治理中［5-6］。近年來(lái)，為提高生態(tài)浮床的凈水效能，廣大學(xué)者通過(guò)在浮床系統(tǒng)中添加水生動(dòng)物、藻類、微生物、吸附填料等手段對(duì)傳統(tǒng)生態(tài)浮床進(jìn)行了改良和研究，形成了各種類型的組合型生態(tài)浮床，然而這類研究多集中于植物組合［7］、填料或基質(zhì)篩選［8］、生物質(zhì)碳源［9］、固定化微生物菌種［10］、生物膜覆蓋面積［11］等對(duì)組合型生態(tài)浮床的凈水效能評(píng)價(jià)，缺少對(duì)其凈水機(jī)理方面的探究。

該試驗(yàn)以模擬的富營(yíng)養(yǎng)化水體為研究對(duì)象，構(gòu)建了空心菜浮床和空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，通過(guò)對(duì)比分析傳統(tǒng)生態(tài)浮床和組合型生態(tài)浮床的凈水效果、植物氮磷吸收量及根系微生物的生物量，探討傳統(tǒng)生物浮床和組合生態(tài)浮床的脫氮除磷機(jī)制，為后期開發(fā)更高效且穩(wěn)定的組合型生態(tài)浮床系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)水體。在自來(lái)水中添加尿素、葡萄糖、（NH4）2SO4、KH2PO4、KNO3、MgSO4·7H2O等化學(xué)試劑，配制人工模擬污水（C/N為5）［12］，盛于白色塑料水箱中（直徑31 cm，高33 cm），實(shí)際水體為12 L。人工模擬污水的主要水質(zhì)指標(biāo)為總氮（TN）33.78 mg/L、總磷（TP）4.63 mg/L、氨氮（NH4+-N）26.17 mg/L、硝酸鹽氮（NO3--N）11.86 mg/L、溶解氧（DO）5.10 mg/L、pH 7.33。

1.1.2 試驗(yàn)植物。以喜濕、耐高溫、適應(yīng)性強(qiáng)的空心菜（Ipomoea aquatica）為浮床植物，購(gòu)自某市場(chǎng)，在自來(lái)水中加入霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)7 d，待根部生出須根、莖葉直立、生長(zhǎng)狀態(tài)較好時(shí)移入試驗(yàn)水體適應(yīng)性培養(yǎng)7 d。選取生長(zhǎng)良好、根系發(fā)達(dá)、個(gè)體均勻的植株（圖1）作為試驗(yàn)植物，利用聚乙烯泡沫浮板和定植綿將植株固定在水體中，使其根系充分接觸水體。

1.1.3 生物膜。以多面空心球（直徑38 mm）為生物載體，清水浸泡2 d后，每8個(gè)空心球連成一串為1組生物膜，懸掛于盛有35 L試驗(yàn)水體的塑料水箱（48 cm×35 cm×30 cm）中，投入復(fù)合菌制劑（0.6 g/L），曝氣，進(jìn)行預(yù)掛膜［10］。待生物載體表面形成一層黃棕色的生物膜（圖2）用于正式試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為對(duì)照組、空心菜浮床和空心菜-生物膜組合生態(tài)浮床，每組3個(gè)重復(fù)，進(jìn)行為期7 d的室內(nèi)靜水試驗(yàn)。空心菜浮床和組合生態(tài)浮床分別放入植株大小質(zhì)量相同的空心菜，每個(gè)水箱植株生物量為（72.80±0.43）g，組合生態(tài)浮床放入預(yù)先掛膜成功的生物載體，對(duì)照組不放置浮床和生物載體。試驗(yàn)期間采用微曝氣控制溶解氧在4.0～6.0 mg/L，水溫26～28 ℃，pH 7.3～7.8，不換水，適量添加蒸餾水補(bǔ)充蒸發(fā)的水量。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，稱量各組空心菜的鮮重，計(jì)算增重率，并測(cè)定植物體內(nèi)氮磷含量，將生物載體和植物根系表面的生物膜洗脫后過(guò)濾、烘干、稱重。試驗(yàn)期每天取水樣測(cè)定TN、TP、NH4+-N、NO3--N濃度。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1

水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。TN濃度采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定，TP濃度采用鉬銻抗比色法測(cè)定，NH4+-N濃度采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，NO3--N濃度采用鉻變酸法測(cè)定。

1.3.2

植物氮磷測(cè)定。植株沖洗干凈后，105 ℃殺青30 min，在70 ℃烘箱中烘干至恒重，用研磨機(jī)粉碎、過(guò)篩后備用。植物氮含量采用凱氏定氮儀測(cè)定，磷含量采用銻抗吸光光度法測(cè)定。

1.3.3

微生物的生物量測(cè)定（干重）。將植株根部和載體上的微生物分別用0.85%生理鹽水沖洗，0.22 μm過(guò)濾，將濾膜105 ℃烘干至恒重，采用重量法計(jì)算［13-14］。

1.3.4

增長(zhǎng)率和去除率的計(jì)算。各浮床植物增長(zhǎng)率、污染物去除率計(jì)算公式如下：

增長(zhǎng)率=（試驗(yàn)后鮮重-初始鮮重）/初始鮮重×100%

去除率=（初始濃度-凈化后濃度）/初始濃度×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)軟件SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）和Tukey多重比較分析，檢驗(yàn)各組間的差異顯著性，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)浮床對(duì)水體氮磷的去除效果

2.1.1

TN去除效果。從圖3可以看出，與對(duì)照組相比，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN濃度在試驗(yàn)前期快速下降，后期呈緩慢上升趨勢(shì)。在1和2 d時(shí)，組合生態(tài)浮床TN濃度顯著降低（P<0.05），去除率分別為16.14%和72.69%，顯著大于空心菜浮床和對(duì)照組（P<0.05）。在3 d時(shí)，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN去除率均達(dá)到最大，分別為88.69%和96.17%，顯著大于對(duì)照組（P<0.05）；試驗(yàn)后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN濃度緩慢上升，但組合生態(tài)浮床的上升趨勢(shì)較空心菜浮床有所減緩，TN濃度始終低于空心菜浮床和對(duì)照組，且在4、5、6 d時(shí)TN去除率顯著大于空心菜浮床和對(duì)照組（P<0.05），而5、6 d時(shí)空心菜浮床TN去除率與對(duì)照組差異不顯著（P>0.05）。試驗(yàn)期內(nèi)，組合生態(tài)浮床TN平均去除率為71.35%，較空心菜浮床提高了21.08%。

2.1.2

TP去除效果。從圖4可以看出，對(duì)照組TP濃度隨試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)逐步下降，而空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TP濃度在試驗(yàn)前期呈快速下降趨勢(shì)，試驗(yàn)后期緩慢上升。組合生態(tài)浮床TP濃度在試驗(yàn)前期（0～3 d）迅速下降，在3 d時(shí)降至0.31 mg/L，去除率最高，達(dá)93.26%，顯著大于對(duì)照組（P<0.05），而空心菜浮床TP濃度在運(yùn)行2 d時(shí)下降幅度較小，但在3 d時(shí)快速降至0.37 mg/L，最大去除率達(dá)91.97%，顯著大于對(duì)照組（P<0.05）。試驗(yàn)后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TP濃度均緩慢上升，但組合生態(tài)浮床的上升幅度較小，TP濃度始終低于空心菜浮床和對(duì)照組，TP去除率在4、5、6 d時(shí)均顯著大于對(duì)照組（P<0.05），而空心菜浮床TP濃度在7 d時(shí)甚至超過(guò)了對(duì)照組。試驗(yàn)期內(nèi)，組合生態(tài)浮床TP平均去除率為70.05%，較空心菜浮床組提高了13.92%。

2.1.3

NH4+-N去除效果。從圖5可以看出，各組NH4+-N濃度在試驗(yàn)前期（0～3 d）快速下降，3 d時(shí)去除率均在95%以上，但在試驗(yàn)后期（4～7 d）各組NH4+-N濃度均有小幅度的上升。試驗(yàn)前期（0～3 d），相比對(duì)照組和空心菜浮床組，組合生態(tài)浮床NH4+-N濃度下降幅度較大，運(yùn)行2 d時(shí)去除率達(dá)98.41%，大于對(duì)照組和空心菜浮床，而空心菜浮床和對(duì)照組NH4+-N濃度變化規(guī)律相似，運(yùn)行1 d時(shí)NH4+-N濃度小幅度上升，運(yùn)行2 d時(shí)快速下降，在3 d時(shí)NH4+-N濃度降至最低，最大去除率分別為97.13%和95.05%。試驗(yàn)后期（4～7 d），各組NH4+-N濃度均小幅度升高，組合生態(tài)浮床NH4+-N濃度始終低于空心菜浮床，去除率在89.83%～96.50%。試驗(yàn)期內(nèi)，組合生態(tài)浮床NH4+-N平均去除率為83.17%，較空心菜浮床提高了18.26%。

2.1.4

NO3--N去除效果。從圖6可以看出，對(duì)照組NO3--N濃度整體呈下降趨勢(shì)，組合生態(tài)浮床較空心菜浮床NO3--N濃度在試驗(yàn)前期（0～3 d）呈大幅度下降，試驗(yàn)后期穩(wěn)定在較低水平。組合生態(tài)浮床運(yùn)行2 d時(shí)NO3--N濃度去除率達(dá)78.33%，顯著大于空心菜浮床和對(duì)照組（P<0.05），在3 d時(shí)NO3--N濃度降至0.49 mg/L，去除率達(dá)最大，為92.83%，顯著大于對(duì)照組（P<0.05），而空心菜浮床組NO3--N濃度運(yùn)行3 d時(shí)才快速下降，去除率達(dá)90.73%，顯著大于對(duì)照組（P<0.05）。試驗(yàn)后期（4～7 d），空心菜浮床和組合生態(tài)浮床NO3--N濃度始終低于對(duì)照組，維持在較低水平。試驗(yàn)期內(nèi)，組合生態(tài)浮床NO3--N平均去除率為85.83%，較空心菜浮床提高了20.19%。

2.2 不同生態(tài)浮床中植物對(duì)水體氮磷的吸收利用

由表2可知，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床的植物生物量分別增長(zhǎng)了37.25%和38.63%，但兩者差異不顯著（P>0.05），同時(shí)2組浮床的植物氮磷吸收量也差異不顯著（P>0.05），表明2組植物對(duì)水體中氮磷的吸收利用能力差異不顯著。浮床系統(tǒng)中植物對(duì)氮磷的吸收量很有限，空心菜浮床植物吸收的氮磷去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、5.99%，組合生態(tài)浮床植物吸收的氮、磷去除貢獻(xiàn)率分別為20.24%、4.18%。

2.3 不同生態(tài)浮床中微生物的生物量

試驗(yàn)期間，浮床的植物根系為水體中微生物的附著提供了良好的環(huán)境，起到附著基的作用，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物根部表面均形成了一層黃棕色的生物膜，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)組合生態(tài)浮床植物根系生物膜的生物量顯著高于空心菜浮床（P<0.05），表明組合生態(tài)浮床中生物膜對(duì)浮床植物根部微生物的富集和生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用。同時(shí)，在組合生態(tài)浮床內(nèi)部，載體上的微生物生物量遠(yuǎn)大于植物根系，表明水體中微生物主要富集在生物載體上，生物膜對(duì)提升水體中氮磷凈化效果有重要作用。

3 討論

3.1 不同浮床對(duì)水體氮磷的去除效果

試驗(yàn)初期，組合生態(tài)浮床對(duì)TN、TP的去除規(guī)律相似，TN、TP濃度呈快速下降趨勢(shì)，去除率高于空心菜浮床和對(duì)照組，與李威等［15-17］的研究結(jié)果相似。至3 d時(shí)，TN和TP最大去除率達(dá)96.17%、93.26%，主要是由于成熟的生物膜在試驗(yàn)初期充分發(fā)揮了微生物降解、吸附、絮凝等作用［18］，大大提高了系統(tǒng)的氮磷去除效率，使得組合生態(tài)浮床對(duì)TN、TP的去除效果最好。而空心菜浮床運(yùn)行3 d時(shí)TN、TP濃度陡然下降，去除率分別達(dá)88.69%、91.97%，推測(cè)空心菜根部在試驗(yàn)初期充當(dāng)“載體”，逐漸富集微生物［13］，當(dāng)微生物的生物量積累到一定水平時(shí)，水體中TN、TP濃度快速下降，從而達(dá)到水質(zhì)凈化效果。然而，隨試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床TN、TP濃度開始回升，這可能源于2個(gè)系統(tǒng)中植物根部附著物的脫落，導(dǎo)致原本附著的顆粒態(tài)污染物逐漸溶解，又返回到水體中。組合生態(tài)浮床的回升趨勢(shì)比較緩慢，且TN、TP濃度始終低于空心菜浮床和對(duì)照組，推測(cè)植物根系生物膜脫落時(shí)，載體生物膜發(fā)揮了一定的脫氮除磷功能，減緩了系統(tǒng)中TN、TP的上升趨勢(shì)，提高了組合生態(tài)浮床系統(tǒng)的抗干擾能力，與汪松美等［19］、扶詠梅等［20］對(duì)植物浮床+仿生植物的研究結(jié)果一致。Liu等［21］研究也發(fā)現(xiàn)在生態(tài)浮床系統(tǒng)中引入微生物對(duì)水質(zhì)凈化效果和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有顯著提高。

相比對(duì)照組和空心菜浮床，組合生態(tài)浮床對(duì)NH4+-N和NO3--N的去除具有明顯的優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)初期，組合生態(tài)浮床NH4+-N和NO3--N去除率高達(dá)98.41%、78.33%，高于空心菜浮床和對(duì)照組，表明生物膜的硝化和反硝化反應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行，且反應(yīng)迅速，顯著提高了組合生態(tài)浮床對(duì)無(wú)機(jī)氮的凈化效率。這與以往組合生態(tài)浮床研究［13，15-16，22］中發(fā)現(xiàn)的硝化作用較強(qiáng)而反硝化作用較弱使得NO3--N緩慢積累的規(guī)律不同，推測(cè)該試驗(yàn)生物膜上附著了大量的好氧反硝化細(xì)菌，主導(dǎo)了NO3--N的去除。湯茵琪等［10］研究也證實(shí)了在“植物+生物膜”強(qiáng)化生態(tài)浮床中引入好氧反硝化細(xì)菌對(duì)NO3--N的降解起主導(dǎo)作用?？招牟烁〈驳腘H4+-N和NO3--N去除率運(yùn)行3 d時(shí)達(dá)90%以上，去除效果好于其他學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)生態(tài)浮床的凈水研究［23-25］，推測(cè)空心菜浮床利用植物根部的吸附及附著微生物的硝化/反硝化作用也能高效去除NH4+-N和NO3--N，實(shí)現(xiàn)良好的水質(zhì)凈化效果。試驗(yàn)后期，伴隨著根系生物膜的脫落，根系微生物的硝化和反硝化作用逐漸減弱，導(dǎo)致空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中NH4+-N和NO3--N都有少量的積累，但整體維持在一個(gè)較低水平。也有研究發(fā)現(xiàn)，微生物的硝化/反硝化作用會(huì)隨NH4+-N和NO3--N底物濃度的降低而減弱［26］。

3.2 不同浮床對(duì)水體氮的去除機(jī)制

生態(tài)浮床對(duì)水體中氮的去除途徑較為復(fù)雜，主要包含：①植物吸收和蒸騰作用；②微生物的氨化、硝化和反硝化作用；③物理吸附、過(guò)濾、沉淀等［27-30］。唐偉等［31］研究了3種水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果，發(fā)現(xiàn)植物吸收去除氮的占比20%～30%，認(rèn)為植物對(duì)氮的去除主要依靠的是微生物反硝化與其他作用。邵凱迪等［25］研究也發(fā)現(xiàn)，植物吸收占系統(tǒng)中氮去除總量不足34%。與上述研究結(jié)果相似，該試驗(yàn)中空心菜浮床和組合生態(tài)浮床的植物吸收對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，表明植物吸收不是生態(tài)浮床氮去除的主要機(jī)制。

水生植物根系表面積較大，可為微生物的生長(zhǎng)、繁殖提供了附著位點(diǎn)，并逐漸形成生物膜，同時(shí)，根系的泌氧功能可促進(jìn)生物膜的硝化/反硝化反應(yīng)，從而加快氮素的轉(zhuǎn)化［32］。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在根系生物膜形成過(guò)程中，空心菜浮床系統(tǒng)TN、NH4+-N和NO3--N均獲得了較好的去除效果，后期隨根系生物膜的脫落，一部分氮又回到水體中，導(dǎo)致TN濃度升高，但NH4+-N和NO3--N濃度維持在較低水平，表明根系微生物的硝化/反硝化作用在空心菜生態(tài)浮床去除氮中起主導(dǎo)作用，與唐偉等［31］、孫鵬等［33］對(duì)傳統(tǒng)生態(tài)浮床的研究結(jié)果一致。與傳統(tǒng)生態(tài)浮床相比，組合生態(tài)浮床的微生物硝化/反硝化反應(yīng)更快速、更徹底，使得試驗(yàn)初期的TN、NH4+-N和NO3--N去除率高于空心菜浮床，后期載體生物膜占主導(dǎo)地位，減緩了因根系生物膜脫落引起的TN濃度上升的趨勢(shì)，且載體生物膜的微生物生物量遠(yuǎn)大于根系生物膜，推測(cè)載體上富集的微生物是氮污染物的凈化主體，這與許國(guó)晶等［16］、王國(guó)芳等［34］的研究結(jié)果一致。

3.3 不同浮床對(duì)水體磷的去除機(jī)制

浮床對(duì)水體中磷的去除主要包括植物吸收、沉降、攔截、基質(zhì)吸附及微生物降解等［35-36］。王國(guó)芳等［34］研究發(fā)現(xiàn)植物吸收是傳統(tǒng)生態(tài)浮床系統(tǒng)中TP去除的主要途徑，而人工介質(zhì)對(duì)組合型生態(tài)浮床中TP去除的貢獻(xiàn)最大。Zhang等［37］研究發(fā)現(xiàn)人工填料強(qiáng)化生態(tài)浮床系統(tǒng)中TP的去除主要依靠植物的吸收作用和自然沉降，植物的吸收作用占90%左右。然而，在該試驗(yàn)條件下，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床中植物對(duì)TP的吸收作用很有限，分別僅占TP去除量的5.99%、4.18%，表明植物吸收不是生態(tài)浮床去除水體磷的主要機(jī)制，這與李威等［15］、許國(guó)晶等［16］的研究結(jié)果一致。

有研究指出，填料和植物根系所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還能攔截、吸附大部分的不溶性磷，表面附著的微生物通過(guò)自身同化作用對(duì)TP的去除率也能達(dá)50%～60%［38］。該試驗(yàn)中，空心菜浮床中植物根系表面富集了大量的微生物，利用自身同化作用及植物根系的吸附、攔截作用，TP去除效果明顯，最大去除率達(dá)91.97%，推測(cè)植物根系微生物同化作用是空心菜浮床系統(tǒng)TP去除的主體。在組合生態(tài)浮床中，除了植物根系生物膜的轉(zhuǎn)化，載體生物膜也是系統(tǒng)中TP去除的主要因素，其表面的微生物生物量遠(yuǎn)大于根系生物膜，有效提高了組合生態(tài)浮床對(duì)磷的去除效率，這與周高峰等［39］的研究結(jié)果一致。此外，該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物膜不僅對(duì)植物根部微生物的富集和生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，還在一定程度上緩解了后期植物根系生物膜磷的釋放，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這可能源于植物與微生物之間的協(xié)同作用［16，40-41］。

4 結(jié)論

與空心菜浮床相比，組合生態(tài)浮床氮磷污染物的去除效率和去除效果更好，TN、TP、NH4+-N和NO3--N平均去除率分別可達(dá)71.35%、70.05%、83.17%、85.83%，分別較空心菜浮床提高了21.08%、13.92%、18.26%、20.19%。在水體氮磷去除過(guò)程中，空心菜浮床和組合生態(tài)浮床植物對(duì)氮磷的吸收有限，氮去除貢獻(xiàn)率分別為25.56%、20.24%，磷去除貢獻(xiàn)率分別為5.99%、4.18%，表明植物吸收作用不是浮床系統(tǒng)氮磷去除的主體。同時(shí)，載體生物膜對(duì)植物根系微生物的富集和生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，提高了組合生態(tài)浮床系統(tǒng)的微生物生物量，從而增強(qiáng)了浮床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和凈水效果?？梢?，微生物是生態(tài)浮床凈化水質(zhì)的主體，在氮磷去除過(guò)程中發(fā)揮重要作用。因此，在生態(tài)浮床實(shí)際應(yīng)用中，如何提高浮床系統(tǒng)微生物的生物量和生物活性是保證水質(zhì)凈化效果、維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

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