废水生物处理过程中微生物代谢产物的作用机制与调控原理

Biological process is the main technique for wastewater treatment in China. Microorganisms in the biological treatment reactors will secreted plenty of biomolecules, such as extracellular polymeric substances (EPS), soluble microbial products (SMP), which play important roles in the biological wastewater treatment process. These microbial metabolic products contains plenty of functional groups and huge surface areas to interact with various pollutants, and thus influence the fate of pollutants in bioreactors. However, due to the complex compositions of EPS, their crucial roles in the pollutants conversion and degradation. Thus, it is an important issue to explore the formation and roles of the microbial metabolic products in biological wastewater treatment process. In this propose, sensitive analysis methods will be proposed to characterize the interaction between microbial metabolic products and various pollutants (e.g., heavy metals, micropollutants, nutrients etc). The roles of the microbial metabolic products in the enhanced removal of pollutants in biological treatment and advanced treatment processes will be clarified. The optimized strategies to manipulate the production and characteristics of microbial metabolic products will be proposed to improve the removal of various pollutants in biological wastewater treatment and advanced treatment processes. The results will provide a scientific basis to improve removal efficiency of pollutants in biological wastewater treatment.

生物处理工艺是我国城市污水处理的主要手段，反应器中微生物在降解污染物的同时分泌大量的代谢产物（如EPS、SMP等），它们含有丰富的官能团，可以和污染物发生复杂的相互作用，影响污染物的存在形态和降解过程，但由于其成分结构复杂多变，研究者对其在污染物高效转化过程中的微观作用认识不足。因此系统研究废水生物处理过程中微生物代谢产物的形成机制，深入认识其在废水处理过程中的重要作用，是水污染控制领域的一个重要研究方向。本申请项目拟通过解析微生物代谢产物的形成特性，表征其与重金属、微污染物和营养元素的相互作用，阐明微生物产物在生物处理和深度处理过程中的作用机制，实现微生物产物产生的调控，提高废水生物处理及后续深度处理的效率，实现污染物的高效去除。该项目研究对于了解废水生物处理过程的内在微观机制、优化废水生物处理工艺、提高污染物去除效率，有着重要的理论意义和实际价值。

废水处理过程中会分泌较多的微生物代谢产物（如胞外聚合物EPS、溶解性微生物产物SMP等），在污染物的去除过程中扮演着重要的角色。本项目系统研究了废水生物处理过程中微生物代谢产物的重要作用，发展了荧光/红外光谱结合二维相关分析、介导电化学、等温滴定微量热、超高分辨质谱等分析微生物代谢产物结构功能特性的新方法；阐明了微生物代谢产物在亚硒酸盐、重金属、抗生素等污染物生物化学转化中的微观作用机制，揭示了微生物代谢产物在吸附、贮存磷和抗性基因中的重要作用；研究了影响微生物代谢产物形成和特性的影响因素，探明了温度、季节变化、重金属、抗生素等冲击对微生物代谢产物形成和特性的影响规律；明晰了出水中微生物代谢产物对膜过滤、光化学降解等出水深度处理过程中污染物去除的影响。本项目的研究结果为实现微生物代谢产物产生的调控、强化活性污泥系统的运行、提高出水水质提供了理论依据和技术支持。