功能菌群代谢主导的原位污泥减量新工艺及其机制解析

在污水处理工艺过程中减少污泥的产生量，是从根本上解决污泥问题的有效途径之一。本课题针对目前污水处理原位污泥减量OSA工艺研究中存在的问题，利用微生物在限氧条件下表现的强抗冲击能力和高处理效率的特性，并结合脱氮除磷的需求，构建新型污水处理与原位污泥减量耦合工艺系统，实现污泥的原位减量。通过控制限制性生态因子（如DO、pH、HRT等），实现不同功能菌群的分离，利用荧光原位杂交（FISH）、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）等手段，识别主导耦合工艺系统原位污泥减量的功能菌群，并解析菌群间互作机制。利用GC、HPLC等，结合代谢中间产物、末端产物及特征酶的分析，揭示功能菌群主导的原位污泥减量机制，从而为优化和构建微生物群落提供科学依据，提升了污水生物处理系统中原位污泥减量效能及运行稳定性。

新型一体式同步污泥减量及强化污水处理耦合工艺的开发与应用对当今形势下我国污水处理厂新工艺的建立与系统机理探明有着重要意义。本项目开发的新型强化污水处理及原位污泥减量耦合工艺系统，以最优污水处理效果及最低污泥产率为目标，以研究耦合系统强化污染物去除机制及原位污泥减量机制为重点。利用高效液相色谱（high performance liquid chromatographic, HPLC）、凝胶色谱（gel-permeating chromatography, GPC）、三维荧光光谱（three-dimensional excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy, EEM）、及红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）等技术手段，研究出水中溶解性微生物产物（soluble microbial products, SMP）的特性及形成规律，探索耦合系统强化污水中污染物去除的内在机制；利用高通量测序等手段，挖掘系统中功能微生物群落之间的相互作用关系，解析耦合工艺强化污水处理及原位污泥减量的分子机制；探讨新型耦合系统原位污泥减量的主导因素，解析耦合系统原位污泥减量机制。. 结果表明，与传统活性污泥工艺相比，新型一体式工艺可以有效地实现45.08%的污泥减量效果。与OSA（oxic-setting-anaerobic, OSA）工艺相比，新型一体式工艺可以有效地实现24.37%的污泥减量效果。同时，新型一体式工艺具有很好的脱氮除磷的效果。在实验中发现，出水有机物质的主要成分是溶解性微生物产物，试验证明溶解氧含量、系统内污泥停留时间都会对出水水质产生较大的影响。