基于河流微生物的复杂水环境质量综合评判技术方法,供应,水专项,水体治理与修复
技术简介/摘要
(一)基本原理
采集水环境表层(深度5~10 cm)、亚表层(深度15~25 cm)底泥并采用PCR-DGGE手段对其中的优势细菌类群进行种类鉴定和多样性估算。参照《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》的Ⅴ类水质指标(包括TP、TN、NH3
-N、Cr、Zn、Cu、Pb、Cd等指标)以及《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的分级标准与相应功能,对水样综合质量进行定性评价:计算各项水质指标与Ⅴ
类标准值的商,而后将各商加权求均值。
(计算如下图)
进而根据水体综合质量与底泥优势细菌类群之间的量化响应关系,应用底泥优势微生物种数对复杂水环境综合质量进行评定量判(上式),并首次找出了底泥细菌种数比与水体综合质量之间的响应关系(下图)。
(二)工艺流程
针对海河流域河流沉积物中微生物对水污染的响应问题,开展流域河流水质和沉积物调查,对水样综合质量进行定量&定性评价,估计算河流水环境综合质量;利用PCR-DGGE手段鉴定沉积物优势细菌种类,进而采用多元回归分析河流上覆水体综合质量与河流沉积物优势细菌类群之间的量化响应关系,建立应用沉积物优势微生物种数对复杂水环境综合质量进行评判的量化模型,建立沉积物细菌种数比与水体综合质量之间的响应关系,研发基于河流微生物的复杂水环境综合质量评判技术,详细的技术路线见图。
(三)关键技术
1)建立了适用于各种水质、各类水体的复杂水体综合质量的定性和定量评判方法
以《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》的Ⅴ类水质指标为基准,根据《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的分级标准与相应功能,建立了适用于各种水质、各类水体的复杂水体综合质量的定性和定量评判模式。
2)优化了适用于水环境微生物种类鉴定的PCR-DGGE技术
以传统PCR-DGGE技术为基础,从操作程序上对该方法进行优化,不仅保障了对包括好氧、厌氧类型在内的水环境(水体和沉积物)优势细菌的种类鉴定,而且节约了成本(仪器购置费用由14万降为1.7万)、缩减了制胶时间并减轻了工作强度。
3)建立了沉积物优势细菌种数比与水环境综合质量之间的量化响应关系
通过PCR-DGGE手段鉴定了沉积物优势细菌种类,直接采用优势细菌种数作为指标,采用多元回归分析方法,建立应用沉积物优势微生物种数对复杂水环境综合质量进行评判的量化模型,首次找到了表层、亚表层沉积物优势细菌种数比与水环境综合质量之间的量化响应关系。当沉积物表层/亚表层的优势细菌种数比<1时,“水环境综合质量为差”事件的出现概率≈3.73% (<5%),水环境综合质量几乎可以判为中或良;当沉积物表层/亚表层的优势细菌种数比>1.9时,“水环境综合质量为良”事件的出现概率≈3.26% (<5%),水环境综合质量几乎不可能为良;当沉积物表层/亚表层的优势细菌种数比时,“水环境综合质量为差”事件的出现概率≈95.5% (>95%),水环境综合质量几乎可以判为差。
推广应用案例
应用单位:首都师范大学
实际应用案例介绍:采用基于河流微生物的预报复杂水环境综合质量的技术,对海河流域马颊河、徒骇河、淇河、桑干河、州河、还乡河、潮白河、潮白新河、永定河、永定新河、北运河、北京排污河、凉水河、蓟运河等16条河流33个样点的水环境综合质量和优势细菌种类进行分析,可以很好的体现沉积物优势细菌种类与河流水环境综合质量的相关关系。技术应用经验表明,通过PCR-DGGE手段鉴定了沉积物优势细菌种类,直接采用优势细菌种数作为指标,首次找到了表层、亚表层沉积物优势细菌种数比与水环境综合质量之间的量化响应关系,绕开了菌种纯培养、菌种生理特征或生态功能这些数据沟壑或技术壁垒,突破了微观分子生物学研究与宏观水质评价之间的传统鸿沟。
工艺流程图: