藻菌共生耦合系统同步去除污水中碳氮磷的机理研究

Algal-bacterial symbiosis wastewater treatment is an energy-efficient, effective and environmental-friendly technology. It has been applied in the treatment of municipal wastewater, agricultural wastewater and other industrial wastewaters and had proved abilities of simultaneous degradation of organic carbon, nitrogen and phosphorus. However, the respective contribution from algae or bacteria and the symbiosis mechanism remained unknown.Due to this, this proposal will attempt research methodologies from phycology, environmental engineering, microbiology and molecular engineering to investigate the trends of . nutrient consumption, algal physiology, microorganism cluster structure and mass balance analysis of carbon, nitrogen and phosphorus in the photobioreactor wastewater treatment system. The symbiosis mechanism will be illustrated and an algal-bacterial symbiosis dynamic model will be established. All of the work will serve an guidance for application and outreach of this technology.

藻菌耦合共生污水处理技术是一项节能、有效并十分环境友好的污水处理技术，.在城市生活污水、农场养殖废水和其他工业废水等诸方面都表现出优良的同步降解碳、氮、磷的能力。但共生系统中藻和菌的分别贡献和耦合机理性问题尚缺乏比较深入的探讨。本申请拟以此为出发点，在光生物反应器藻菌共生系统的不同运行方式下，采用藻类生物学、环境工程学、微生物学和分子生物学等多学科交叉结合的研究手段，对污水处理过程中体系营养消耗规律、微藻生理活性的变化规律、共生菌群菌落结构的演替规律以及体系碳、氮、磷的质量平衡等进行分析，揭示藻菌协同共生同步降解碳、氮、磷的反应机理，建立藻菌共生污水处理反应动力学模型，为该技术的应用推广提供理论指导。

藻菌共生污水处理技术源于20世纪50年代Oswald等提出的稳定塘设计，随后发展为高效藻类塘技术（HRAP）。该技术通过优化深度设计和搅拌混合，使得塘中藻类的生长得以强化,在藻类和细菌的协同作用下，有机物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。以往的藻类塘技术研究过于粗放,系统中的自生混合藻和混合菌作为污水营养去除的主体，微生物本身及处理工艺均未经过特别的优化，限制了该项技术的推广与发展。本项目“藻菌共生耦合系统同步去除污水中碳氮磷的机理研究”的研究重点是共生系统如何实现对污水中主要营养物质碳氮磷的去除。研究的重点系统中的作用主体—藻和菌，通过本项研究摸清了共生体系的优势所在并探讨了其中的机理性问题，为技术的应用奠定了基础。通过此项研究，我们得到了一株废水处理效果很好的藻，从18S rDNA的比对中确定其为Chlorella sorokiniana。通过共培养发现恶臭假单胞菌、土壤黄杆菌对其生长具有明显的促进作用，并对营养去除有更好的效应。菌对藻体系的促进应该是通过分泌胞外产物，如植物激素来促进藻生长实现的。