微型动物主导的污泥减量过程中碳氮基质的转化行为及调控策略

Microfauna predation, an ecological friendly and energy saving option for sludge reduction, shows development potential in recent years. The goal of this project focuses on the transformations of carbon and nitrogen and the related control policies during the sludge reduction caused by microfauna predation. This objective will be accomplished by investigating the mechanisms of transportation, dissolution, transformation and degradation for carbon and nitrogen components under various sludge properties and varying environmental conditions during the predation on sludge, describing the uptake efficiency and the physiological response of the microfauna to the transformed products, and improving the process control for mineralizing the soluble products of carbon and nitrogen during sludge reduction. .This research will improve the understanding of mass transformation for the key substrate during the process of sludge reduction caused by microfauna, reveal the mechanism of carbon and nitrogen transformations association to the process of microfauna predation, and built an effective relation between the products of carbon and nitrogen and the process control for achieving optimal sludge reduction performance. These results will contribute to both the internal mechanism and the technology application, and thus may play an important role in the development of sludge reduction using microfauna.

利用微型动物捕食实现的污泥减量技术具有 “生态”的减量机理、较低的能耗，是极具发展潜力的污泥安全处理技术。本课题针围绕微型动物主导的污泥减量过程中碳氮基质的转化行为和调控策略开展研究，考察多来源污泥内在特性、外部环境条件和微型动物捕食进程对体系内碳氮基质输运、溶出、转化、降解等行为的作用机制；揭示微型动物对碳氮基质的利用效率和生理应答；提出污泥可溶性碳氮产物的原位矿化调控策略。.本研究填补了微型动物主导的污泥减量过程中关键基质转化定性定量研究方面的空白，创新地解析了碳氮转化行为与微型动物捕食过程的关联机理，构建了碳氮产物控制与污泥减量效能优化之间的有效联系，是微型动物主导的污泥减量技术的微观机理研究和宏观工艺完善的协同统一，本研究的开展对微型动物主导的污泥减量技术的推进意义重大。

利用微型动物的捕食实现污泥减量是近年来新兴的污泥处置技术。本项目围绕微型动物捕食过程中碳氮基质的释放、转化、降解，以及相应的影响机理和调控策略开展研究。基于微型动物的生物学特性确定了微型动物捕食污泥的过程，评估了污泥碳氮基质释放对微型动物的毒性效应，解析了环境因子对微型动物生长的影响，揭示了捕食过程中碳氮基质的释放和转化特征，提出了促进系统氮素转化的调控策略。.主要成果包括：基于微型动物的生物学稳定性，揭示了关键环境因子和碳氮基质与微型动物生长的关系， Limnodrilus hoffmeisteri具有更好的温度适应性，Tubifex tubifex具有较强的抗冲击能力，并具有更高的抵御典型含氮化合物的毒性效应方面的能力。确定了亚硝酸盐氮是对微型动物生长风险显著的含氮中间产物。衡算了微型动物捕食过程中的碳氮基质转化，随着微型动物捕食行为被释放进入污泥上清液中的碳氮基质中，66.41%的氨氮增量被转化为硝酸盐氮，进而以亚硝酸盐氮的形式累积。75.59%的COD增量被原位矿化去除。优选了适用于捕食过程条件的碳氮基质调控策略，利用调节温度、控制溶解氧、附着型载体生物扩增、“磁-生物”复合强化的方式对微型动物捕食污泥系统进行了调控，其中温度提高不利于系统的长期运行稳定性，增大DO解除亚硝酸盐累积的效果有限，而借助复合载体实现的微生物强化能够有效实现水体可溶性碳氮基质的转化和原位矿化。评估了水质调控对整体的捕食系统的综合影响，通过对亚硝酸盐氮积累的解除，微型动物捕食过程能够延长2~2.5倍，改善比阻恶化、降低污泥粘度、减少粘液态EPS的生成，改进污泥的浓缩脱水性能，为后续残余污泥的处置和利用建立基础。.项目的研究成果能够为微型动物捕食工艺的完善提供必要的机理支持和技术参考。