好氧颗粒污泥的微生物附着生长特性及应用控制机理

Based on the characteristics of microbial attachment, its function and regulation mechanism is systematically investigated for aerobic granulation process. Comparing with the measurement of biofilm structure and microbial attachment for general biofilm and aerobic particle, the essential driving force for the formation and development of aerobic granule would be analysed. The relationship and mechanism between QS signal molecules and microbial attachment would be examined, and the role or regulation of EPS and eDNA also would be investigated. By the molecular methods, the bacterial community of aerobic granule and flocculent sludge would be analysed, and its effect on the microbial attachment would be monitored. The enrichment of predominant species of bacteria and their impact to the microbial attachment by augmentation would be determined. Different operational parameters and their effect on the microbial attachment under different selective pressures would be studied. Throught the comparison of synthetic wastewater and real wastewater, the good solution and operatiional control strategy would be proposed. Finally, to develop a promising key technology for the cultivation of aerobic granular sludge in practical application of wastewater treatment.

本项目从微生物附着生长特性出发，系统考察好氧颗粒污泥生长过程中附着生长的作用和影响机制，结合普通生物膜和特殊颗粒状生物膜的结构比对和附着生长性能测定，对颗粒形成和生长过程的核心驱动力进行分析，探讨反应器系统的QS信号分子对附着性能的作用和调控机理，了解颗粒组分中EPS和eDNA等对附着生长表现特征的影响机制和相互作用，采用分子生物学技术分析好氧颗粒污泥和絮体活性污泥微生物种群结构组成并观察对颗粒附着生长性能的影响，了解优势微生物种群富集培养及补充投加对好氧颗粒污泥转化和附着生长性能产生的影响，探讨不同运行参数对附着生长性能的影响和反应机理，测定不同选择压力下颗粒附着生长性能的变化，比较人工模拟配水和实际污水好氧颗粒污泥附着生长的异同，寻求发挥附着生长性能优异作用的控制途径和有效方法，最终建立适合实际废水处理并基于微生物附着生长控制的实用好氧颗粒污泥关键培养技术。

好氧颗粒污泥技术是废水处理领域的一大研究热点。迄今，实际废水处理的成功应用还相对较少。本质上，好氧颗粒污泥是由多种微生物附着生长形成的特殊生物膜结构。因此，极有必要从生物膜附着生长角度系统地探讨好氧颗粒污泥的附着生长特性及其调控机理。.通过大量实验研究，本项目较系统地考察了污泥颗粒化过程中附着性能的变化。结果表明，污泥附着性能随着污泥颗粒化进程而逐渐增加，颗粒污泥的附着性能要远远大于絮体活性污泥，说明高附着菌体富集生长对颗粒形成极其重要。不同金属离子可影响污泥附着性能和疏水性性能。通过聚类分析发现颗粒污泥和絮体污泥的微生物种群结构差异很大。颗粒污泥中存在不同细菌种群，其附着性能各不相同，具有较强的微生物附着能力是实现成颗粒化的重要原因。颗粒污泥及高附着菌体具有较高EPS含量，PS组分对附着性能发挥更为重要的作用。细菌信号分子AHLs和AI-2与附着性能密切相关，可有效促进颗粒的形成和生长,根据信号分子作用机制提出了一个颗粒污泥形成机理模型。投加高附着菌体可明显有助于颗粒形成和生长，促进颗粒污泥的快速培养。藉助高附着菌体生长富集和附着生长控制技术，在实际废水工程化反应器系统中实现了好氧污泥的完全颗粒化培养，污泥SVI仅20mL/gSS左右。根据蛋白组学分析和PCR验证，发现了与附着有关的基因eno 、lepA 、lipA和pgk。高附着菌中存在信号分子AHLs/AI-2介导的QS系统基因。通过重组设计和拼接，构建了重组质粒系统，实现了信号分子LasR基因的敲除。同时，通过定量PCR证明，该基因在敲除后表达量确实明显下降3个数量级，重组突变菌体的附着性能平均下降了23.04%，证实该基因与附着密切相关。.这些基于附着生长菌体和基因功能等基础研究，为更好地解释好氧颗粒污泥的形成和生长机理，建立快速关键培养技术，拓展好氧颗粒污泥技术的实际工程应用，具有极大的理论意义和实践意义。