一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生态环境工程技术领域，是应用于富营养化湖泊、重污染河道的水质 生态修复技术的监测方法，具体的说，涉及一种布设于富营养化湖泊以及重污染河道等污 染水体中的仿生植物附着生物膜的硝化作用强度的测定方法。
【背景技术】
[0002] 氮（N)是导致水体富营养化的关键营养元素之一。研宄表明，通过植物吸收仅能 去除水体1% -5%的氮，微生物驱动的氮的生物地球化学循环才是氮素脱离污染水体的主 要途径。其中，硝化作用负责将NH4+-N转化为NCV-N和NCV-N，并进一步在反硝化细菌作用 下，利用NCV-N为电子受体进行新陈代谢，最终将氮转化为气态队或N20而脱离系统，从而 实现对氮素污染的净化和修复。由此可见，硝化作用作为氮素生物地球化学过程的关键环 节，在氮素降解过程中起到非常重要的作用。然而，由于我国当前水环境，尤其是城市河道 呈现出低透明度，低溶解氧，高氨氮的严重污染现状，使得沉水植物、漂浮植物等诸多高等 水生植物消失，城市河道水体异质性差，从而导致驱动硝化反应的氮循环功能微生物缺少 栖息附着场所，最终降低了氮素的硝化作用强度。仿生植物的出现则弥补了传统的水生植 物修复技术在水污染治理中的瓶颈，为严重污染的城市河道生态修复提供新的技术手段， 成为近几年广泛应用于城市河道生态修复的技术手段之一。如专利号为200410065915. 7 的专利申请公开了一种仿生植物对河流微污染水体的净化方法，专利号为200420054676. 0 的专利申请公开了一种一种净化河流微污染水体的仿生植物，专利号为201320107776. 4 的专利申请公开了一种水下人工生态草坪。仿生植物对水体污染物净化的原理是主要在 于将生物膜技术与传统污水处理的填料技术结合起来，通过各种纤维加工形成新型水处理 材料，从而为污染水体中土著微生物提供适宜的栖息场所，促使微生物聚集、生长、繁殖、代 谢，从而降解污染物，达到水质净化的目的，由此可见，仿生植物附着微生物膜是该技术的 核心和关键，而对仿生植物附着生物膜硝化作用强度成为反映该技术对氮素降解效能的关 键指标之一，也成为评估仿生植物对污染水体的修复效果的关键指标，
[0003] 经专利检索以及文献查阅，国内外已有关于硝化强度的测定方法，但目前的测定 技术主要是针对土壤土壤介质，目前尚未有关于仿生植物附着生物膜的硝化作用强度测定 方法。由于仿生植物大部分以聚苯乙烯、聚乙烯类纤维材料作为其原材料，从性能上来说， 与土壤系统有较大差异，另一方面，仿生植物微生物膜在重污染河道中的附着环境与土壤 系统亦有显著差异。因此，借鉴现有土壤硝化作用强度测定方法来分析仿生植物附着微生 物膜的硝化作用强度，可能不能真实的反映仿生植物附着生物膜的硝化作用强度值，从而 不能很好的评价仿生植物对氮的降解效能，使该项技术在应用上产生了一定的局限性和不 足。针对这一问题，发明一种应用于仿生植物附着生物膜的硝化作用强度的测定方法很有 必要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目就在于针对仿生植物被广泛应用于污染水体生态修复，而对其净化效 果缺乏有效地监测技术这一问题，发明一种适合于仿生植物附着生物的硝化作用强度测定 方法，力求为仿生植物附着微生物膜的硝化作用强度测定方法提供重要依据，并最终为仿 生植物技术在重污染水体实际应用过程中脱氮效能的评价提供依据。
[0005] 本发明解决以上技术问题是采用以下技术方案及步骤而实现的：
[0006] (1)具体实施步骤：
[0007] 第一步：采样：仿生植物在野外成功挂膜后，采集仿生植物连同其附着生物膜装 入密封袋中密封，置于便携式冰箱中，迅速带回实验室，冷冻于-20度冰箱中；
[0008] 第二步：单位重量仿生植物附着生物膜量测定：在野外挂膜样点，随机剪取5-10 个仿生植物及其生物膜样品（与第一步采样同步进行），装入密封袋中，带回实验室，后用 软毛刷和刮刀将生物膜样品从每个仿生植物材料表面取下来，放入烧杯中，随后用去离子 水冲洗仿生植物材料表面，冲洗液收集至装有生物膜的烧杯内，每个样品分别放置于独立 的烧杯中。随后将生物膜分别从烧杯中取出，彻底沥干水分后放入纸袋中，放入105度烘箱 中，烘干1周至恒重，后称重，计为％，烧杯中剩余液体分别放入蒸发皿中蒸发水分后称重， 计为Wi;此外，将重新干净的仿生植物装入纸袋中，放入105摄氏度烘箱中，烘干1周至恒 重，后称重计为Xi;随后通过公式1)来计算单位重量仿生植物附着生物膜率R:
【主权项】
1. 一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，其特征在于按照下述步骤进 行：第一步：采样：仿生植物在野外成功挂膜后，采集仿生植物连同其附着生物膜装入密封 袋中密封，置于便携式冰箱中，迅速带回实验室，冷冻于-20度冰箱中； 第二步：单位重量仿生植物附着生物膜量测定：在野外挂膜样点，随机剪取5-10个仿 生植物及其生物膜样品（与第一步采样同步进行)，装入密封袋中，带回实验室，后用软毛刷 和刮刀将生物膜样品从每个仿生植物材料表面取下来，放入烧杯中，随后用去离子水冲洗 仿生植物材料表面，冲洗液收集至装有生物膜的烧杯内，每个样品分别放置于独立的烧杯 中； 随后将生物膜分别从烧杯中取出，彻底沥干水分后放入纸袋中，放入105度烘箱中，烘 干1周至恒重，后称重，计为Mi，烧杯中剩余液体分别放入蒸发皿中蒸发水分后称重，计为 Wi;此外，将重新干净的仿生植物装入纸袋中，放入105摄氏度烘箱中，烘干1周至恒重，后 称重计为X i;随后通过公式1)来计算单位重量仿生植物附着生物膜率A 第三步：生物膜样品预处理：在开始实验前将第一步中的样品置于冷冻干燥仪中冷冻 干燥，后将干燥后的样品装入密封袋中密封，后-4摄氏度冰箱中保存； 第四步：配置培养基：在250 mL三角瓶中加入100 mL的培养基，冷却后室温保存； 第五步：仿生植物附着生物膜培养：准确称取0. 5克第三步中的生物膜样品，置于第四 步的培养基中，将三角瓶密封后置于培养箱中，培养箱温度设置为30摄氏度；为了避免仿 生植物材料以对测定结果的影响，该步骤实施过程中，再设置1组独立的培养系统，即向培 养基中添加未挂膜的仿生植物进行培养，标记为对照组； 第六步：培养过程中充氧：培养开始后第1小时，第13小时时对第五步的三组培养系 统供氧，气流条件为3L/min，每次IOmin ; 供氧结束后，密封三组培养系统的三角瓶，再次置于30度培养箱中继续培养至24小时 后结束培养； 第七步：培养液过滤：将第六步的培养液过滤膜后待测； 第八步：过滤液测定：参考采用酚二磺酸光度法测定第七步滤液中的NCV-N含量； 第九步：硝化作用强度计算：根据第八步得到的NCV-N含量值，仿生植物附着微生物膜 的硝化作用强度以单位质量（Ikg)冷干样品单位时间（I d)内产生的NCV-N的量（mg)表 示，通过公式2)来计算仿生植物附着生物膜硝化作用强度。
2. 根据权利要求1所述的一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，其特 征在于第二步中公式1)为
公式一中，M，W，X分别为生物膜重量、冲洗液蒸干后重量、重新干净后的仿生植物原 材料的重量(单位为g) ;i为样品编号。
3. 根据权利要求1所述的一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，其 特征在于第四步：培养基成分为：磷酸二氢钾0.2 mol/L，磷酸氢二钾0.2 mol/L，硫酸铵 0. 05 mol/L，三种成分组分比为3:7:20,培养液pH通过&304或NaOH调至7. 2。
4. 根据权利要求1所述的一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，其特 征在于第七步：培养液过滤：将第六步的培养液过0. 22um滤膜后待测。
5.根据权利要求1所述的一种#?Φ棺物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，其特 征在于第九步中公式2)为'
公式2)中，CiXKi为培养结束后第五步的仿生植物附着生物膜培养系统及对照系统中 所测定的NOf-N量(单位：mg/L) ; Vci为培养液体积(单位：L) ;t为培养时间（单位：d) ; m 为样品质量(单位：kg)，i为样品编号。
【专利摘要】本发明公开了一种仿生植物附着微生物膜硝化作用强度的测定方法，属于生态环境工程技术领域。首先采集仿生植物附着生物膜样品，保存于-20度冰箱中；对仿生植物附着生物膜进行冷冻干燥；准确称量仿生植物附着生物膜样品置于预先配置好的培养基中，密封后培养箱中培养；培养第1小时、第13小时，向培养系统中充氧，培养结束后，培养液过滤膜，测定过滤液中的含量；后根据测定结果计算仿生植物附着生物膜硝化作用强度。本发明的培养期间，进行间隙曝气，降低持续曝气或增加曝气量也会造成处理成本的增加，此外将培养时间从48小时降低至24小时。
【IPC分类】C12Q1-02, G01N5-04
【公开号】CN104531826
【申请号】CN201410748356
【发明人】周晓红, 王晓娟
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月9日