[发明专利]一种基于胞外酶的人工湿地生物膜发育状态测定方法

说明书

本发明公开了一种基于胞外酶的人工湿地生物膜发育状态测定方法，属于人工湿地水处理技术领域。该方法包括以下步骤：测定人工湿地根系表面、根区基质和非根区基质生物膜中与氮、磷和有机质降解相关的胞外酶活性，应用酶种类数、酶多样性指数和酶综合指数等评价指标评价人工湿地生物膜发育状态和过程。利用本发明的方法，可以简单、快速、全面地对启动运行过程中人工湿地生物膜的活性和降解能力进行解析和评价，能够剖析人工湿地启动期的生物膜发育程度和稳定过程，预测湿地生物膜成熟稳定状态和处理效能，为处理养殖尾水人工湿地的快速启动和应用优化提供理论依据和实践参考。

技术领域

本发明属于人工湿地水处理和生物膜活性评价技术领域，具体地，涉及一种基于胞外酶的人工湿地生物膜发育状态评价方法。

背景技术

人工湿地是20世纪50年代发展起来的一种低投入、高效率、易维护的水处理技术。相比传统水处理技术，人工湿地具有经济环保、高效低耗，且易于维护和管理等优势，因此被广泛应用于生活污水、工业废水、农业废水、矿山废水、垃圾渗滤液和地表径流等各种废水的处理。近年来，为了减轻富含氮磷营养物质的养殖尾水对受纳水体的影响，人工湿地也逐渐被应用于养殖尾水处理。

按照水流方式，人工湿地可分为表面流(SF)、水平潜流(HF)、垂直流(VF)三种。人工湿地处理污水时对污染物的吸附、降解和转化主要是由生物膜来完成的。污染物在人工湿地中被去除的过程，就是生物膜中微生物所产生的多种酶催化一系列的生物氧化还原反应过程。人工湿地中微生物主要附着在基质和根系生物膜表面，生物膜因其特有的特征和性能可以作为衡量人工湿地发育程度的关键指标。另外，生物膜的发育程度直接影响湿地系统的处理效率，生物膜生长状况及活性大小将直接影响湿地的净化功能和运行效果，特别是湿地建成初期,如何促进生物膜的发育，提高生物膜的降解性能是人工湿地系统提高处理效力的关键。人工湿地生物膜真正起作用的并不是所观察到的生物膜总量，而只是其中具有较强生物活性的生物量部分。因此，为了充分发挥湿地生物膜的功能，需研究准确而简单的方法测定湿地生物膜微生物活性，评价湿地生物膜的发育状态。现有评价生物膜生长和活性的方法主要包括测定胞外多糖和胞外蛋白质含量方法、DGGE分子生物评价方法、水力传导率指标、生物膜的厚度指标、脱氢酶活性指标等。生物膜的厚度不能反映生物膜的功能，因为，当生物膜较小时，所有生物膜都是有活性的，这是生物膜厚度的增加使活性增加，当膜厚增加到大于最佳厚度时，尽管生物膜的总量仍在增大，但活性缺在降低，有研究表明，当载体表面生长的生物膜厚度增加到一定程度后，生物膜靠近载体表面的部分即惰性生物层的微生物难以获得养分，活性差，基本不参与生化反应，包裹于惰性层外的活性生物层则具有较强活性，污染物的去除主要依靠该层中的微生物。生物膜厚度过大反而造成处理效率低。生物膜要在适宜的厚度，太厚容易堵塞，太低没有活性，目前还未有适宜生物膜厚度的报道，且不同的系统的最佳生物膜厚度也不一致，很难确定统一的标准。DGGE分子生物学方法、水力传导率、胞外多糖和胞外蛋白质含量等评价指标操作复杂，检测时间较长，不能快速反映湿地生物膜活性。胞外酶是物质降解过程的限制步骤，可以反映生物膜的活性和湿地内物质降解能力和运行状况。而基于脱氢酶活性的评价方法虽然可以反映生物膜中活性微生物量及其对有机物的降解活性，但选择的酶种类单一，不能反映生物膜对具体类别有机物的降解活性，不能反映湿地生物膜代谢种类活性，难以反映人工湿地发育的真实状况。因此，需要建立基于多种胞外酶的潜流人工湿地生物膜活性和发育状态评价方法和综合评价指标体系，根据人工湿地基质和根系微生物新陈代谢特征，同时监测这些酶和代谢的变化来反映其生物膜活性的高低，将有助于进一步深化对人工湿地净化机理的理解，从而指导人工湿地的运转管理和评价。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于胞外酶的人工湿地生物膜发育状态测定方法，包括以下步骤：

同时测定所述人工湿地根系表面、根区基质和非根区基质生物膜中与氮、磷和有机物降解相关的-胞外酶的活性，