城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺中NOB的增长机制与调控策略

Nitritation-anammox is mainstream development in a sustainable biological nitrogen removal from sewage, but its application is still limited due to the instability in long-term operation, which is mainly attributed to growth of NOB. In sewage anammox system, the growth of NOB shift the fate of ammonium, affect the nitrogen removal performance, even induce the deterioration of the anammox system. The emerge o NOB is difficult to be predicted and controlled. Therefore, the study of the mechanism and control strategies of NOB growth in anammox system is crucial to scale up sewage anammox application. .In this study, sewage is treated in nitritation-anammox reactors. The variation of effluent nitrate and the growth of NOB will be investigated with the purpose of achieving long-term stable performance through control strategies on microbial community structure. The main features and innovations of the study are: the key factors inducing the increase of effluent nitrate and corresponding trigger mechanism, the correlation between nitrogen removal performance and growth of NOB, the mutual-effect of functional microorganism and NOB. The operational boundary conditions for stable performance will be proposed and verified in the experiment under various in-flow scenarios. Last but not the least, a series of control strategies for long-term stable sewage nitritation-anammox performance will be established.

短程硝化-厌氧氨氧化是城市污水生物脱氮工艺的重要发展方向，目前该工艺应用的主要瓶颈在于亚硝酸氧化菌（NOB）竞争性增长引发的系统不稳定。厌氧氨氧化系统内，NOB增长会改变氮素转化途径，降低系统脱氮性能，甚至导致系统完全崩溃；而且NOB增长具有难预测和难控制的特点。为实现城市污水厌氧氨氧化工艺稳定运行，仍需要对NOB增长机制和调控策略进行系统研究。.本项目以城市污水为处理对象，建立一体化厌氧氨氧化工艺系统，考察不同运行条件下出水硝态氮的变化趋势和NOB的增长规律，进而提出微生物群落结构定向调控策略，实现厌氧氨氧化系统的稳定运行。本项目研究特色和主要创新点包括：出水硝态氮与关键影响因素的响应关系，NOB快速增长的触发机制，NOB和功能微生物的协同与竞争机制以及对系统脱氮性能的影响；在以上研究基础上明确系统稳定运行的边界条件，并在非稳态进水的条件下进行试验验证，最终提出NOB定向调控的综合策略。

本项目探究短程硝化-厌氧氨氧化系统中NOB增长的触发机制与微生物学基础，提出维持系统稳定运行的控制策略与NOB竞争性增长后的恢复策略，研究目标基本完成。首先筛选出经济高效的NOB抑制剂，通过抑制剂的投加实现了短程硝化的快速启动，为城市污水厌氧氨氧化工艺的工程应用提供有力条件。其次，考察城市污水PN/A工艺稳定运行的影响因素，明确城市污水厌氧氨氧化系统NOB增长的触发机制，明确影响出水硝态氮的增加的关键因素从而进一步明确NOB控制的边界运行条件，促进了城市污水短程硝化厌氧氨氧化的稳定运行；构建两套城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺系统，提出了间歇曝气和选择性排放和抑制絮体污泥两种有效的NOB增殖后的原位恢复策略，阐明城市污水厌氧氨氧化系统内絮体和颗粒污泥中NOB群落迁移变化对系统脱氮性能的影响机制，通过考察了两种策略的微生物学机理，改进和优化了控制策略，为实现城市污水短程硝化厌氧氨氧化技术的工程化应用提供了有利条件；最终以上研究成果为城市污水厌氧氨氧化工程的稳定运行奠定技术基础，立足污水处理厂的运行情况和提标改造需求，提炼出城市污水自养脱氮运行过程中的NOB活性调控策略，针对城市污水厌氧氨氧化系统中NOB的调控略的监测和实施，提供一揽子解决方案。.在本项目的支持下，一共发表学术论文10篇，其中SCI/EI收录论文9篇，中文核心期刊1篇。申请相关发明专利3项，培养博士研究生2名，硕士研究生3名，晋升副高级职称1人。