基于生境氧化还原电位控制的水解酸化工艺效能强化机制及调控对策研究

目前，水解酸化工艺在废水处理中得到了广泛应用，但因缺少有效的过程控制参数，而难以进行优化调控，实现高效运行。针对这一现状，本项目采用氧化还原电位（ORP）作为控制参数，优化调控水解酸化混合菌群生长适宜的微观生境，强化菌群的生理代谢功能，以实现废水水解酸化效果最大化。通过自行设计的对照动态试验，考察生境ORP控制强化废水水解酸化效果的能力。从碳物质流的角度，探讨不同生境ORP控制条件下，水解酸化混合菌群代谢流分布的变化规律；采用分子生物学PCR－DGGE和FISH技术，研究生境ORP变化对水解酸化菌群生理生态及其活性的影响，探究由于生境ORP变化而引起的水解酸化菌群群落的演替变化规律，剖析生境ORP控制强化废水水解酸化效果的微观机理，为水解酸化工艺过程生境ORP调控机制的建立奠定理论和技术基础，以推动该工艺的高效科学广泛应用。

目前，水解酸化工艺在废水处理中得到了广泛应用，但因缺少有效的过程控制参数，而难以进行优化调控，实现高效运行。针对这一现状，本项目采用氧化还原电位（ORP）作为控制参数，优化调控水解酸化混合菌群生长适宜的微观生境，强化菌群的生理代谢功能，以实现废水水解酸化效果最大化。实验分别采用通入氮气和空气的混合气体以及投加氧化剂FeCl3两种方式调控生境ORP，通过自行设计的对照动态试验，考察生境ORP控制强化废水水解酸化效果的能力。.研究结果表明，在微氧环境条件下，ORP测定仪比DO测定仪具有更高的灵敏度、准确性、控制精度和快速响应能力，能够更好地表征微氧环境状态。通入氮气和空气混合气体的调控方式，能够满足水解酸化系统生境ORP调控波动范围小于20mV的要求。.厌氧酸化系统出水VFA、TVFA、瞬时产酸速率（dTVFA/dt）和污泥比脱氢酶活性与厌氧生境ORP高度相关，生境ORP能够较好地表征厌氧酸化进程，指示酸化终点。.两种生境ORP调控方式实验结果均表明，生境ORP的变化引起了淀粉酸化末端产物的重新分布。生境ORP从-250mV升高到-100mV，使系统发酵类型从乙酸型发酵向丙酸型发酵转化。微氧条件下TCA循环的建立是系统碳代谢流及酸化末端产物分布发生变化的关键原因所在。系统ORP对TVFA产量的影响较小。-100mV条件下的比脱氢酶活性最高，酸化速率最大，是淀粉酸化的最佳生境ORP范围。.通风曝气强化废水水解酸化效果的本质，是通过供氧改善了菌群生长适宜的ORP微观生境，通风曝气只是调控酸化系统生境ORP值的一种有效手段而已。.高通量测序（16S DNA）研究结果，揭示了生境ORP变化而引起的水解酸化菌群群落的演替变化规律。-250mv条件下，优势菌群以Parabacteroides属（98.67%）为主，而-100mV和-50mV条件下，优势菌群分别转化为Bacteroides属（55.98%）、Clostridium XlVa属（25.1%）和Bacteroides属（53.85%）、TM7_genera_incertae_sedis属（17.44%）。这是生境ORP调控强化淀粉水解酸化效果的生物学微观机制所在。本研究结果为水解酸化工艺过程生境ORP调控机制的建立奠定了理论和技术基础，以推动该工艺的高效科学广泛应用。