基于短程硝化和厌氧氨氧化微生物团聚体的内循环脱氮研究

厌氧氨氧化现象的发现不但更新了人们对于氮循环途径的认识，而且为开发高效低耗的生物脱氮工艺提供了新思路，为水体富营养化控制手段增加了新方法。其与短程硝化的组合工艺更是众多新工艺中最受关注的之一，然而，亚硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的特殊生理特征引起工艺的不稳定性一直制约着它的工程应用。众多学者为提高和保持短程硝化和厌氧氨氧化的活性和稳定性进行了较为深入的研究，然而至今没有得到良好的解决。本项目利用新型序批式内循环反应器构建以短程硝化和厌氧氨氧化团聚体为核心的生物脱氮体系，采用化学工程、环境工程和生物工程学手段研究短程硝化和厌氧氨氧化团聚体的形成过程、组成、形态及功能，阐明团聚体在该脱氮体系内的作用及其与操作参数或反应因子间的规律性关系，探明短程硝化、厌氧氨氧化等微生物团聚体调控的关键因子，并建立其与操作参数和反应因子间的优化调控模型，为新型组合生物脱氮工艺的实际应用奠定基础。

本项目利用新型序批式内循环反应器构建以短程硝化和厌氧氨氧化团聚体为核心的生物脱氮体系，该反应器将反应区一分为三，即厌氧氨氧化区、短程硝化区和脱氧区，使反应器形成明确的功能分区，在保证短程硝化区短泥龄的同时又能实现厌氧氨氧化区足够的污泥停留时间，在提高反应效率的同时又能实现实时的区间协作。同时解决了单一反应器对操作因子的可控性问题和两级反应器中的反应产物对菌群的抑制性问题。本项目首次在短程硝化和厌氧氨氧化的生物脱氮中提出微生物团聚体概念，采用化学工程、环境工程和生物工程学手段研究短程硝化和厌氧氨氧化团聚体的形成过程、组成、形态及功能，有助于对废水生物处理中的微生态结构的深入了解。此外，探明了不同微生物团聚体内部的种间生态关系和不同微生物团聚体之间的生态关系，阐明了各微生物团聚体及其关键菌种的生物学特征，并在此基础上探究短程硝化团聚体和厌氧氨氧化团聚体协同脱氮的机理，为废水的生物处理特别是废水的生物脱氮提供了理论参考。在此基础上，探明了短程硝化、厌氧氨氧化等功能性团聚体调控的关键因子，并建立其与序批式内循环反应器操作参数间的优化调控模型以及硝化反应动力学仿真模型，为新型组合生物脱氮工艺的实际应用奠定基础。本项目已发表国际刊物论文4篇，国内核心刊物14篇，SCI收录4篇，申请并获授权国家发明专利1项，培养博士生2名，硕士生6名。