1. 研究目的与意义（文献综述）

水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，处理过剩的氮、磷等营养物质进入江、河、湖、泊等水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，导致水体游离氧含量下降，鱼类及其他水生生物大量死亡，最终水质变差的现象^[1]。目前，国内外已经有大量的专家学者研究了水体富营养化，达成的共识是人为排放含营养物质的工农业废水和生活污水所引起的水体富营养化是主要原因。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮，对水生态环境产生重要的负面影响。目前大多数学者普遍认同蓝藻水华是在富营养化水体中蓝藻大量增殖，水体中叶绿素a浓度超过10mg/m3或藻细胞超过1.5×10⁷个/l，并在水面形成一层蓝绿色或有恶臭的浮沫^[2]。

因此，治理水体富营养化是摆在我们面前的艰巨任务，也是必须完成的责任。当前环境科学中解决水体富营养化主要由以下几个方法主要有物理吸附法、化学法、工程性措施和生物修复技术等几种方法。其中，物理吸附法主要通过使用碳化树脂、活性炭等活性物质对污染物进行吸附^[3]，但此方法仅仅是转移了污染物的位置，并不能有效的处理污染物，容易二次污染。化学法中由两种包含化学吸附和化学反应两种方法。化学吸附法是使用纳米级重金属离子制成的吸附材料，对水体中的污染物进行吸附沉降。但由于重金属离子本身就属于污染物，使用化学吸附法处理污水易造成水体周围土壤的重金属污染，得不偿失^[4,5]。并且这些常规的物理化学处理工艺对污水中同时存在的n、p等营养物只能去除10%~20%^[6]，效率不高。化学反应法是根据许多金属盐溶解度不大而凝聚沉降，例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来，其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙，它们都能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来，但是也容易造成二次污染，所以很少使用。工程措施则包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气抑制底泥磷释放、注水冲稀富营养水体以及在底泥表面敷设塑料等，此方法存在需水量大、成本高,破坏生态,存在二次污染等问题很难落实。近年来,生物修复技术由于较物理、化学等修复方法具有投资少、处理效果好、操作简便等优点,被广泛应用于富营养化水体的净化^[7]。即利用水生植物或特定的菌类对于p、n的吸收以植物为主体进行系统修复，植物利用光能回收水中的n、p及浮游生物修复生态，达到水体的自然净化的目的，不会造成其他的水体污染，是一种较为环保的治理方式。例如，日本的江户川支流坂川古崎净化场就利用生物方法对河道进行修复，并得到很好的修复效果，大大缓解了周边用户的压力^[8]。

而我们要做的研究则是筛选出能够高效分解磷、氮的微生物，使之成为富营养化水体治理的主力，节约资源，高效节能。根据污染物的主要元素，可知反硝化和聚磷是其主要生物化学反应，随着脱氮除磷技术在微生物领域不断深入地研究，反硝化菌(denitrifiers)和除磷菌(polyphosphateaccumulatingorganisms,paos)进入了人们的视线^[9,10]。其反应机理为厌氧条件下，除磷菌将菌体内的聚磷水解成po₄^3--p释放到菌体外，并在此过程中获取能量，将环境中的有机碳源转化到微生物体内合成贮能物质pha(poly-hydroxy-alkanoate)；好氧条件下，除磷菌能以氧为电子受体分解菌体细胞内的pha产生能量，大部分用来供给自身细胞的合成及维持生命活动，另外一部分则用于过量摄取环境中的无机磷酸盐，并作为能量以聚磷的形式贮存于菌体细胞内。与此除磷机制相似，dpaos利用no₃^-而非o^2-作为电子受体，在缺氧条件下通过氧化内碳源phb(poly-β-hydroxybutyrate，pha的一类)过量吸磷，同时将no₃^-还原，使得吸磷和反硝化这两个原本对立的过程得到了统一。由此我们知道，通过微生物来进行富营养化水体的净化是可行的。到目前为止，有几种菌株可以完成这项工作。因此，更多的研究集中在寻找具有脱氮和磷积累能力的微生物。无论暴露于有氧还是厌氧环境，微生物氮磷去除机制都不相同。质子动力和电子受体理论涉及化学过程，而反硝化酶聚磷酸激酶被认为是酶系统中的主要参与者^[11]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 试验材料和方法

2.1.1 试验材料

菌种来源：武汉市某污水处理厂活性污泥

3. 研究计划与安排

1-2周：资料检索、收集，文献查阅、整理；确定实验方案，撰写开题报告；

3-4周：准备实验仪器与药品；

5-13周：完成反硝化除磷菌株的筛选与分离，优化分离的细菌的生长条件，对该菌株在富营养化水体中同步脱氮除磷能力进行探究；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1] 刘玉泉.浅析水体富营养化:成因、防治原理及措施[j].环境科学,2018（03）:126.