生物除磷工艺中聚磷菌和聚糖菌及其子群间的竞争机制

Enhanced biological phosphorus removal (EBPR) in activated sludge systems characterized by high removal efficiency, economy, environmentally-friendly operation, and potential phosphorus recovery, has become a popular and widespread technology in wastewater treatment plants. However, the main disadvantage of the EBPR process is its apparent instability and unreliability, which has been contributed to the competition of PAO and GAO or their sub-clades . The applicant synthetically analysed PAO and GAO populations, and their main sub-groups from viewpoint of metabolic pathway and its denitrification ability, found that PAO and GAO are not only competition but also likely to mutualism by their sub-groups. This study will investigate PAO and GAO competition mechanism with integrated factors; examine the effect of different factors on competition or symbiosis between PAO and GAO; further study the competitive or mutualistic mechanisms among PAO and GAO's sub-groups; explore the competition mechanism of PAO I and PAO II and its main factors; establish comprehensive PAO and GAO competition and mutualism model to provide scientific guidance and technical support for optimizing various biological phosphorus removal systems.

强化生物除磷技术以其高效、经济、环境友好和潜在的磷回收而在废水处理系统中备受欢迎和广泛应用，而其最大的缺陷在于它的不稳定性和不可靠性，被认为最根本原因在于聚磷菌（PAO）与聚糖菌（GAO）及其子群之间的竞争问题。通过对PAO和GAO这两个种群及其主要子群从代谢途径及其反硝化能力进行了综合分析，发现PAO和GAO之间不但存在着复杂的竞争关系，其子菌群之间也存在一定的共生关系的可能性。将研究复合因素下PAO和GAO的竞争机制；考察不同影响因素对PAO和GAO子群竞争及共生的影响；进一步研究PAO和GAO的主要子菌群间的竞争或者共生机制；探索PAO主要子群PAO I和PAO II的竞争机制及其主要影响因素；并建立全面的PAO和GAO竞争以及共生模型，为优化各种工艺类型的生物除磷系统提供科学指导和技术支持。

强化生物除磷（EBPR）技术以其高效、经济、环境友好和潜在的磷回收而在废水处理系统中备受欢迎和广泛应用，而其最大的缺陷在于它的不稳定性和不可靠性，被认为最根本原因在于聚磷菌（PAO）与聚糖菌（GAO）及其子群之间的竞争问题。利用SBR反应器深入研究了PAO和GAO这两个种群及其主要子群代谢途径及其反硝化能力，研究了复合因素下PAO和GAO的竞争机制，考察了不同影响因素对PAO和GAO子群竞争及共生的影响；进一步研究了PAO和GAO的主要子菌群间的竞争或者共生机制；探索了PAO主要子群PAO I和PAO II的竞争机制及其主要影响因素；并建立了全面的PAO和GAO竞争以及共生模型。研究表明：在厌氧/缺氧环境下DPAO和DGAO合作完成反硝化除磷，PAO I和DGAO可将硝酸盐还原为亚硝酸盐，PAO II可利用亚硝酸盐为电子受体反硝化吸磷，而PAO I可同时利用硝酸盐和亚硝酸盐进行反硝化吸磷；Mg/Ca摩尔比对DPAO在厌氧/缺氧环境下的除磷性能影响较大，当Mg/Ca摩尔比为5.0时，系统的除磷效能受到严重干扰，而当Mg/Ca摩尔比为1.7和3.8时，系统除磷性能较好；DPAO在厌氧/缺氧环境下，碳源对系统除磷性能影响不大，但不同碳源下的主要功能菌群结构表明PAO I亲和丙酸的能力较强、PAO I和PAO II对乙酸的亲和能力相当、DGAO只能利用乙酸而不能利用丙酸生长。同时，丙酸为碳源时的厌氧P/VFA比要明显低于乙酸为碳源的情况，而丙酸碳源下较高的PAO I，乙酸碳源时PAO I和PAO II比例相当，不同的PAO子群厌氧释磷能力不同；不同温度情况下，Accumulibacter子群内部的竞争不影响系统的除磷效果，而且高度富集Accumulibacter的反应器中厌氧P/HAc比明显低于PAO模型中的比值。此外，低温不但可以抑制GAO的生长，也可在短期范围内抑制PAO II的繁殖，但长期运行下PAOII比PAOI更具有竞争优势。此外，低温下污泥具有较高的藻酸盐类EPS，使得污泥呈形态规则、粒径较大、机械强度很强的颗粒污泥，具有较好的除磷效果和抗冲击能力，有很大的应用潜能。无论污泥中聚磷是否受限，PAO II厌氧环境下都可显现GAO的代谢特征，好氧环境下只表现为PAO的代谢特征；PAOI在厌氧和好氧环境下都不能表现为GAO的代谢特征，而是保持PAO的代谢特征。