一体化船用MBR微生物群落分子诊断、协同作用机制与仿真模拟研究

本课题拟采用分子生物学技术对课题组开发的船舶生活污水处理装置- - 船用新型多级环流MBR装置中的细菌种群进行分子诊断，确定限制性生态因子的定量化组合与优势种群数量水平和结构水平的"映射"关系，建立该系统微生物生态理论基础；研究 "原生动物"与"细菌"对污染物的梯级利用和生物协同控制机制，使其具有良好的污染物去除效果，并具有稳定的种群和群落结构。同时，利用神经网络等仿真技术，对MBR系统中种群稳定的环境要素进行仿真与排序，并进行膜污染特征解析，提出工艺系统的优化控制参数与调控对策，最终建立能够大大降低运行成本和提高处理效果的新型船用MBR工艺系统，为船舶生活污水处理能力和水平的提高提供理论的指导和新的思路。

为提升国产船舶生活污水处理设备配套率，打破技术壁垒，采用分子生物学和模拟仿真技术对船用新型多级环流MBR装置进行理论研究。结论如下：.一、船用新型MBR中微型生物群落种群稳定的环境要素仿真与优化.1、船用新型MBR反应过程仿真模拟、协同控制研究：研究找到了常规因子定量化组合与污染物的去除间的规律，并进行了仿真模拟，优化了主控工艺参数：.（1）欲达到2010 IMO排放标准，应控制HRT ≥4h，最佳5～8h，MLSS≥2000mg/L,保持pH值≥6。当盐度升至28g/L时，COD去除率降至53%，抑制作用大。.（2）基于BP神经网络进行仿真、诊断、识别。结果表明：影响因子对有机物的去除影响大小依次为：HRT>盐度 >pH值>进水COD；而对氨氮去除效果的影响大小依次为：进水氨氮>进水COD >活性污泥沉降比>MLSS，因此为提高污水中COD、氨氮的去除效果，应对HRT与进水氨氮严格调控。.2、膜组件对污染物截留机制及MBR特征解析：利用扫描电镜与试验结合的方式，发现随试验进行膜组件表面孔隙结构不断减少，膜污染不断加重；物理清洗仅对膜表面简单冲洗，化学清洗效果可使顽固的污泥解体，根本解决膜污染问题，效果远好于物理清洗。.二、船用新型MBR中微生物菌群分子诊断、群落适应性机制研究。 .利用常规及荧光原位杂交技术（FISH）对微生物群落及酶活性进行检测，确定了限制性生态因子定量化组合与优势种群数量和结构水平的“映射”关系，结果表明：.（1）酶活试验：进水COD、MLSS一般与脲酶和多酚氧化酶呈正相关；当处理含盐废水时，硝酸还原酶、多酚氧化酶、脲酶、转化酶的活性最初分别为236.8，203.3，15191，7226.8 μ•mol/h•gfw；当盐度增至35g/L时，四种酶活降至158，66.7，11895，5389 μ•mol/h•gfw；污水中盐度与微生物酶的活性呈负相关，有强抑制作用。究其原因，盐度影响环境渗透压，使微生物产生质壁分离现象，进而制约微生物酶活，直接影响污染物的去除。.（2）FISH试验：当氨氧化菌丰度从14.7%下降到6.4%时，氨氮去除率仅从81%下降到77%，而此时β-亚纲变形菌从20.5%下降到15.8%，γ-亚纲变形菌丰度有所增加，说明β、γ-亚纲变形菌中一些种属对氨氮的去除起到重要作用。若要提高氨氮去除，需适当提高β、γ-亚纲变形菌丰度。