AO脱氮系统生物除磷的机理与强化磷去除的关键环境控制条件研究

在废水处理中，生物脱氮与除磷由于在环境要求等诸多方面上存在难以调和的矛盾，往往处理流程长而且磷的去除效果不好保证。现行的废水生物除磷机理与实践经验都认为：在AO生物脱氮系统中，由于缺乏厌氧环境，不会出现生物强化除磷；在以淀粉为碳源、始终存在较高浓度的硝酸盐、无严格厌氧环境的单级AO生物脱氮系统中，更是无法实现生物强化除磷。但课题组在研究中却在生物脱氮SBR中观察到了明显、稳定和持久的生物"强化"除磷现象。本课题拟采用放射性同位素示踪-质谱分析、毛细管电泳、PCR及其它分子生物学技术，采用小型模拟试验，从微生物细胞内能量与物质转化、功能微生物、环境因素等方面对这一生物除磷新现象进行系统、深入的研究，旨在揭示该现象发生的生化机理、参与的细菌以及产生该除磷现象必要的环境条件，提出强化连续流AO脱氮系统生物除磷的关键环境控制条件，为开发流程简捷、可同步脱氮与除磷的废水处理新工艺奠定理论基础。

课题按照项目计划书开展了研究。采用小型AO-SBR和AO连续流反应系统，从微生物对废水中物质(碳源、硝酸盐和磷酸盐)的转化与细胞内能量转化关系、有关功能性微生物及环境条件等方面对生物脱氮系统除磷新现象进行了实验研究。.主要完成的研究内容有：（1）废水中有机碳源、摄磷菌细胞内糖原与PHA的变化、相互转化过程、规律以及产能途径解析；（2）磷在菌体中的存在部位、赋存形态以及随环境交替的变化规律；（3）硝酸盐还原与磷去除之间的偶联关系以及变化规律；（4）解析了脱氮系统中参与发酵、聚磷和脱氮的细菌菌群；（5)不同碳源种类与碳/(硝)氮浓度对摄磷的影响；（6）AO生物脱氮系统中除磷的关键环境条件。.获得的主要结果有：(1) AO-SBR中，原水中淀粉进入反应器后经乳酸菌发酵生成乳酸，乳酸被聚磷菌摄取。 聚磷菌在缺氧段前期将摄取的乳酸转化为胞内糖原及PHB，此过程的能量一部分来自反硝化过程中NO3–还原为NO2–产生的能量，一部分来自聚磷颗粒的水解；缺氧段后期聚磷菌氧化分解胞内PHB、电子受体为NO2–，少量吸磷合成聚磷颗粒。(2) 缺氧段产生的乳酸越多，合成的糖原也就越多，系统的除磷效果就越好。（3）以淀粉为唯一碳源的连续AO脱氮系统，运行约15d后也会出现生物除磷现象，除磷率可达70%以上。（4）在进水COD为400mg/l时，进水硝氮极限浓度为30mg/l。在此浓度以上，仅反硝化脱氮，而不能聚磷。在此浓度之下，硝氮浓度相对较高下有利于生物聚磷。（5）系统内优势菌群为变形菌类群,占52.3%；其余依次为β-proteobacteria类群（占23.8%），Bacteroidetes类群（占23.8%），γ-proteobacteria类群（占19%），α-proteobacteria类群（占9.5%），Firmicutes类群（占4.8%），Chloroflexi类群(占4.8%)，Actinobacteria类群(占4.8%)，剩余9.6%的为未知菌群。假单胞菌属是系统内主要的除磷菌。黄杆菌属及Denitratisoma属为系统内主要反硝化菌。（6）该新型生物强化除磷是在有淀粉存在的特定环境下出现的特殊生物除磷现象，是长期驯化和特殊菌群代谢的结果。.课题培养硕士研究生3名，在读博士2名。发表CSCD核心源期刊论文2篇，投稿国内外期刊论文4篇。