不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物的形成与转化机制研究

本课题拟针对活性污泥胞内贮存物研究尚未解决的问题，以SBR反应器中的活性污泥为主要对象，采用试验研究与数学模拟相结合的手段，研究活性污泥分别在以有机物、硝酸盐和氧气为电子受体条件下胞内贮存物的变化特征，探索影响活性污泥胞内贮存的工艺参数，运用数学方法确定影响胞内贮存物形成和转化的关键生态因子和动力学参数，并建立胞内贮存物与生物脱氮除磷之间的内在联系，为阐明活性污泥胞内贮存物的产生和转化规律，和进一步提高活性污泥系统的脱氮除磷效率提供新的理论依据和技术支持。主要研究内容包括：(1)不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物产生和利用的试验研究；(2) 活性污泥胞内贮存物形成和转化的关键生态因子确定；(3)在三种不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物产生和转化规律的解析。

活性污泥胞内贮存物在活性污泥系统中起着重要作用，但是不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物的形成和转化机制还未清楚，因此本项目在研究活性污泥胞内贮存物的产生和转化规律时取得了如下几个成果：(1)研究了碳源种类、碳源浓度、F/M、溶解氧浓度等对活性污泥胞内贮存物在不同电子受体条件下的形成与转化以及系统脱氮除磷过程的影响。研究发现碳源种类决定了活性污泥胞内贮存物PHA和糖原含量的多少；胞内贮存物PHA和糖原含量随着进水碳源浓度的增加而增加；碳源不足时活性污泥系统的脱氮除磷效果较差；好氧段初始溶解氧浓度过高或者过低都严重影响反应器的除磷效果；(2)基于反应器中污泥颗粒化现象，对活性污泥微生物产物进行分析。颗粒化污泥胞外聚合物中蛋白质含量以及蛋白质/多糖比例高于非颗粒化污泥，污泥颗粒化取决于胞内聚合物中蛋白质/多糖比值；(3)运用加权的非线性最小二乘法和规划求解法，建立了估算活性污泥胞内贮存物形成和转化动力学的新方法，获得以硝酸盐为电子受体条件下活性污泥胞内贮存物的形成和转化的关键动力学动力学参数(μH,S为0.18、YH,S为0.260 g CODX/g CODS、kSTO为0.55 g CODSTO/g CODS、μH,STO为0.107、YH,STO为0.155 g CODX/g CODSTO)，该方法亦可适用于其它废水生物处理过程动力学分析；(4)集成应用均匀设计和灰关联熵分析法，建立对影响不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物形成与转化因素进行排序的新方法。通过对数据进行系统分析，确定进水COD浓度、温度和pH是影响活性污泥胞内贮存物在不同电子受体条件下形成与转化的关键生态因子，而该方法也可用于设计和优化复杂的活性污泥系统；(5)对活性污泥数学模型ASM进行改进，将两步硝化-反硝化过程、糖原的形成与转化过程以及聚磷菌的两步反硝化过程引入到新建模型中，以描述在不同电子受体条件下活性污泥胞内贮存物的形成与转化规律以及与反应器脱氮除磷效率之间的关系。