西藏极端环境对A2/O工艺脱氮除磷影响机理研究

Tibet possesses unique natural environmental factors such as high altitude and strong ultraviolet radiation. Although A2/O has been widely used as a mature sewage treatment process, it is an indisputable fact that the general rates to reach the standards are low using this sewage treatment process in Tibet and the influence mechanism is unclear. The project uses A2/O as a typical wastewater treatment process to study the mechanism of nitrogen and phosphorus removal in sewage treatment in Tibet. Starting with the change rules of microorganisms, the impact mechanism of high altitude, strong UV and other special environmental factors on the sludge cultivation of nitrogen and phosphorus removal and the system stable should be first determined. Then, the operating characteristics of A2/O at high altitude will be analyzed, combined with the characteristics of microbial species, to explore the mechanisms of nitrogen and phosphorus removal and microbial responses under the influence of plateau environmental factors. Finally, the parameter optimization, system enhancement or system improvement will be performed to clarify the efficient operation characteristics and controlled mechanism of A2/O. The results can provide the scientific basis for improving sewage treatment process under extreme conditions, technical support for improving the level of sewage treatment in the plateau, and are of great significance to promote the extensive application of modern sewage treatment technology in high altitude areas and to protect the fragile and important ecological barriers in Tibet.

西藏具有独特的自然环境因素，如高海拔、强紫外线等。尽管A2/O作为一种成熟的污水处理工艺已经广为应用，但其在西藏地区污水处理过程中达标率低和影响机理不明确却是不争的事实。本项目选用A2/O系统作为典型污水处理工艺针对西藏高原地区污水进行脱氮除磷机理研究，首先从微生物变化规律入手，探讨高海拔、强紫外线等特殊环境因素对脱氮除磷污泥培养及其稳定运行的影响机理；然后研究高海拔下A2/O系统运行特性，结合微生物的菌种特征分析，探索高原环境因素影响下的脱氮除磷与微生物响应机理；最后采用参数优化、系统强化或者系统改良等手段对A2/O系统进行高效运行特性及受控机制研究。成果可为改进极端环境下污水处理工艺提供科学依据，为提高高原污水处理水平提供技术支撑，同时对推动现代污水处理技术在高海拔地区的广泛应用和保护西藏地区脆弱且重要的生态屏障具有重要意义。

环境因素直接影响了污水处理中的微生物群落组成和代谢学组学等特征，高原的环境因子十分独特，尤其是极端的高海拔造成了低水温、强紫外线照射和低溶解氧，形成了独一无二的高原生境，本项目以西藏为研究区域，首先分析了高原典型环境因素作用下的A2/O系统运行特性，活性污泥的两项指标SV30和MLSS均较低，即高原环境因素下的活性污泥浓度不足；TN、TP、COD、NH3-N去除率整体较低，出水中部分指标不满足污水厂排放标准。其次，针对高原典型环境因素作用下的A2/O系统脱氮除磷机理开展了研究，发现高原环境降低了群落多样性，并且影响了属水平的优势物种组成；菌群之间存在氧气、能量、磷源等方面的共生和拮抗关系，不同工况下主要代谢途径的种类完全一致，其中细菌双组分调节系统对环境变化具有较强的适应能力，核糖核酸酶、RNA聚合酶、铁超氧化物歧化酶、碱性磷酸酶等适冷应酶丰度较高，反映了细菌群落对高原低温环境的适应性变化，微生物优势代谢途径中的嘌呤代谢、核糖体、氧化磷酸化、嘧啶代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等与污水脱氮除磷密切相关；鉴定出不同工况下参与氮代谢的共有基因8种，参与磷代谢的共有基因6种，参与氮代谢的途径为5个，参与磷代谢的途径为2个。最后，开展了典型环境因素作用下的A2/O系统高效运行机制研究，对A2/O系统开展了运行参数优化、工艺强化或工艺改良等运行的机制研究，并结合反应器的COD、NH4+-N、TP、TN等去除特性，调整了运行参数、强化或改良工艺，分析了A2/O系统高效运行机制。研究成果对推动现代污水处理技术在高海拔地区的广泛应用和保护西藏地区脆弱且重要的生态屏障都具有极其重要的工程意义，为改善高原污水处理效果进而污染物排并保护脆弱的生态屏障提供技术指导，同时也可以丰富高原环境条件下污水生物处理技术理论体系提供科学依据。