活性污泥解偶联减量系统代谢途径的热化学研究

传统城市污水二级处理技术剩余污泥产生量大，日益成为环保行业的沉重负担。基于能量解偶联和维持代谢的污泥减量技术效果好、工艺简单、能耗低。但是对于这种污泥内源减量过程发生的原因、内部驱动和维持机制、外部影响因素、水质保障的可靠性等还存在争议和研究的空白。本项目立足生化反应体系质能统一的基本热化学原理，通过引入现代物质和微量热分析技术手段，对废水污泥解偶联减量反应系统的物质和能量构成、转化、利用形式进行研究，通过测定底物代谢过程的元素转移、产物种类构成变化和对应的代谢放热，明确减量系统物质流、微生物体系能量流模式与影响因素，掌握解偶联减量微生物代谢途径和驱动机制；以此为基础，建立基于ASM模型的、整合的废水生物处理质能分析模型，通过模型的预测与检验，获得系统能量解偶联减量强化和水质保障的技术措施。项目研究将完善废水生物系统能量流测定手段、建立质能整合的测试分析体系和热化学研究方法架构。

基于能量解偶联和维持代谢的污泥减量技术其发生的原因、内部驱动和维持机制、外部影响因素、水质保障的可靠性等还存在争议和研究的空白。本项目拟建立废水微生物体系质能利用和转化研究的关键手段，把握污泥内源减量系统代谢途径及其微生物学证据等特性，构造基于ASM、以质能整合指标为特征的数学模型，在其指导下获得活性污泥系统质能研究的新方法。.在废水污泥内源减量反应系统物质代谢研究方面，课题组对活性污泥减量系统Anoxic (A) + OSA系统物质代谢过程进行了碳元素平衡，基于微生物基因调控以及胞内代谢中间产物种类及分布对活性污泥减量系统的微生物代谢进行了分析，推测出污泥减量系统微生物体系物质代谢方式与外部控制条件的关系。利用13C标记的葡萄糖作为底物，对污泥减量系统中微生物利用不同碳源合成新微生物的机制进行了研究。在废水污泥内源减量反应系统能量代谢研究方面，课题组对活性污泥减量系统A+ OSA系统底物焓值进行了分析，并对系统进行了焓值平衡分析；利用微量热技术研究了污泥减量系统微生物生长不同阶段的产热特性，对系统微生物生化反应热值进行了测定，研究了污泥减量系统微生物代谢过程能量变化特征。在废水处理系统污泥减量质能统一分析模型构建研究方面，根据课题研究进展实施情况，基于现有ASM3模型框架，在内容上增加了SMP组分，并利用物料平衡理论，通过对比分析污泥减量系统与参照系统动力学参数的异同，建立了减量/参照OSA-ASM3-SMP模型。项目研究完善了废水生物系统能量流测定手段和热化学研究方法架构。.研究表明，针对污泥减量系统微生物底物代谢以及能量代谢分析尚不能完整解释系统污泥减量的驱动机制。由于污泥减量过程发生实质上是系统中微生物对底物以及能量配置发生变化的造成，同时考虑到污泥减量系统微生物物质能量代谢分析的需要，课题继续对污泥减量系统细菌群落以及真核生物群落进行了研究，掌握了污泥减量系统的微生物群落分布特征，进一步从微生物学角度阐释了污泥减量的内部驱动机制。