生物除磷過程中微生物胞外聚合物的作用機制研究

《生物除磷過程中微生物胞外聚合物的作用機制研究》是依託中國科學技術大學，由盛國平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物除磷過程中微生物胞外聚合物的作用機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：盛國平
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

生物除磷過程是目前污水生物除磷的主要技術手段之一。主要是依靠聚磷菌通過厭氧釋磷和好氧吸磷兩個過程來完成，最終通過排除好氧段末的富磷污泥達到除磷的目的。磷在聚磷菌體內主要以聚磷的形式存在，同時在微生物胞外聚合物(EPS)中也發現有顯著的磷存在。因此，探討胞外磷的存在形態及其對強化生物除磷過程的影響，是了解生物除磷過程的微觀機制的重要途徑，可為完善現有生物除磷過程機制提供科學依據。本申請項目擬表征生物除磷過程中微生物胞內和胞外磷形態、分布及在厭氧/好氧交替過程中的變化趨勢，探索EPS在生物除磷過程的微觀作用機制，完善現有對生物除磷過程的認識；同時在活性污泥數學模型基礎上，建立描述生物除磷過程中EPS作用的數學模型，實現生物除磷過程的調控，為提高系統除磷能力、實現廢水生物除磷系統的高效穩定運行提供理論依據和技術指導。

結題摘要

強化生物除磷過程是目前污水生物除磷的主要技術手段，其中在此過程中，聚磷菌PAOs是其中關鍵的微生物。在其微生物胞外聚合物(EPS)中也發現有顯著的磷存在。這些胞外磷的來源、在厭氧/好氧交替的除磷過程中形態變化、及其對除磷過程的影響目前還不十分清楚。因此，探討胞外磷的存在形態及其對生物除磷過程的影響，可為完善現有生物除磷過程機制提供科學依據。本項目通過表征生物除磷過程中微生物胞內和胞外磷形態、分布及在厭氧/好氧過程中的變化趨勢，探索EPS在強化生物除磷過程的微觀作用機制，完善現有強化生物除磷機理，為實現廢水生物除磷系統的高效穩定運行提供理論依據和技術指導。在國家自然科學基金的資助下，項目負責人根據研究方案內容，申請者擬採用理論分析和試驗研究相結合的思路，結合反應器的運行，建立了分析強化生物除磷過程中胞內和胞外磷的存在形態和分布的新方法，建立了胞內和胞外磷的存在形態的新31P 核磁共振光譜技術，分析了EPS中胞外磷的含量和賦存形態， 證實了EPS中磷的存在形態複雜，主要以正磷、焦磷和聚磷三種形式存在，並提出了適宜EBPR污泥中EPS的提取方法；分析了EPS與聚磷及其他污染物的相互作用，發展了表征EPS和污染物之間的相互作用的新方法，認識了EPS與polyP之間的非共價相互作用；分析胞內胞外EPS中P的賦存形態和含量變化，發現EPS對不同形態磷的累積能力對於磷在EBPR體系的高效去除過程中發揮了重要作用，EPS可以作為一個動態磷儲存庫在生物除磷中起到關鍵作用，闡明了EPS在EBPR系統除磷中的作用機制，修正了EBPR生化代謝模型，完善現有對生物除磷過程的認識；進一步分析了在EBPR過程中其中重要作的Ca2+對PAOs代謝過程的影響，認識了胞外EPS中Ca沉澱和胞內Ca-polyP形成導致可利用的Mg/K-polyP的減少，導致導致PAOs代謝方式由PAM向GAM轉變，鈣離子誘導下的聚磷菌生化代謝途徑轉變機制。該課題的研究為實現EBPR的調控，為廢水強化生物除磷系統的高效穩定運行提供理論依據和技術指導。該項目資助成果已在國際SCI刊物發表論文10篇，其中1篇發表在環境領域最有影響力的雜誌Envionmental Science & Technology上，3篇發表在Water Research上。