厌氧消化过程微生物菌群对污泥脱水性能的作用机制研究

For decades, the bad dewaterability has been hurdles to the post-treatment of activated sludge. Researchers have attempted to identify those factors (pH, particle size, EPS etcs.) which are supposed to affect dewaterability. However,because of the limit of methods, researchers still could not draw common conclusions on how dewaterability is affected. Therefore, in order to more clearly understand the mechanism of factors that affecting dewaterability, a new method to quantitatively observe microcosmic composition and micro-structure to evaluate the dewaterability of activated sludge will be developed. Meanwhile, the changes of microbial population in activated sludge will be monitored to investigate the affecting bacteria to dewaterability during the anaerobic digestion process. Further, by applying the Stable Isotope Probing (SIP) technique, more detailed explanations on how dewaterability is affected by microbial population and their excretions will be provided. Finally, based on the being expected results, a proper example of theorical affecting approach to dewaterability will be presented, namely "microbial populaiton-EPS-physical or chemical characteristics- dewaterability" approach.

污泥脱水性能不佳是阻碍污泥后处理效率提升的瓶颈。迄今为止，研究者们已从物理和化学等方面对脱水性能的影响因素(pH, 粒径，胞外物质等)进行了研究。然而由于研究手段的限制，不同污泥展现的脱水性能差异的相关原因至今没有系统的揭示。鉴于此，本课题拟在博士阶段的研究基础上，结合目前课题组关于厌氧消化污泥脱水性能的工程基础研究成果，尝试开发污泥脱水性能的微观评价方法。同时，通过引入高通量基因测序及荧光原位杂交的方法，比较筛选出对厌氧消化过程污泥脱水性能起主要作用的微生物菌群，了解其结构分布。并在此基础上，利用同位素标记进料的方法驯化所筛选出的微生物菌群，以了解厌氧消化过程伴随污泥脱水性能变化的起主要作用的微生物菌群及其代谢产物的变化过程。最终，希望能对污泥厌氧消化过程中微生物菌群对脱水性能的理论影响机制（微生物-EPS-污泥物理化学性能）给出一个初步的佐证。

高含固（进料含固率>10%）厌氧消化是解决我国脱水污泥处理处置问题的重要途径，而厌氧消化污泥的脱水性能是影响其后处理效率的关键。本研究开发了在实验室条件下能对厌氧消化污泥脱水性能的差异进行表征的离心脱水后含水率法，重现性好。该方法的开发初步建立了适合于高含固厌氧消化污泥脱水性能评估的方法体系。.同时，由于污泥高含固厌氧消化系统的进料中含氮物质如蛋白质、尿素等含量更高，经过微生物的作用，他们会最终降解为小分子的氨氮并累积在系统中。过高的氨氮浓度会对微生物产生毒害作用，并对系统的有机质的降解和转化以及相关微生物菌群结构产生影响。在针对系统中微生物菌群结构和脱水性能的关系展开研究的过程中，首先需要阐明的是高浓度氨氮对于系统性能的作用机制。项目团队成员针对高浓度氨氮的抑制机理展开了深入的研究，从代谢途径的角度分析了高浓度氨氮对于污泥中有机物降解转化尤其是蛋白质转化的影响。.研究团队还针对污泥高含固厌氧消化过程有机物代谢产物展开了深入的分析。蛋白质作为污泥中有机氮的主要成分，在厌氧消化过程中能被分解为溶解游离氨基酸并进一步转化为氨态氮。氨基酸是蛋白质水解的主要产物，其在厌氧消化过程中的变化在很大程度上反映了有机物降解转化的程度，而沼液和污泥中的氨基酸分析方法还不完善。在此基础上，研究团队开发了pH调节-旋蒸浓缩暨超滤离心的前处理新方法，实现了污泥厌氧消化过程中蛋白质降解过程的系统分析。.在项目执行过程中，已发表SCI文章3篇，EI文章4篇，中文核心期刊1篇，在国际会议发表3次，并申请发明专利1项。