有机废水厌氧处理系统中产氢产乙酸菌分解代谢的反馈调节机制及功能调控策略

进一步提高有机废水厌氧生物处理系统的效能及运行稳定性，一直是国际研究热点，对于甲烷发酵过程限速步骤的认识和攻克，则是开发高效厌氧生物处理技术的突破口。课题组基于产氢产乙酸菌群的生态位位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间，且其产氢产乙酸作用对厌氧消化过程具有显著限制作用这一事实，提出了强化产氢产乙酸菌群功能以提高厌氧生物处理效能的技术思路，并将通过产氢产乙酸菌降解丙酸与丁酸的代谢途径及其关键酶解析、代谢产物对产氢产乙酸菌降解代谢关键酶的反馈调节机制、生态因子对产氢产乙酸菌降解代谢关键酶的调控效应等研究，阐明产氢产乙酸菌的代谢反馈调节机制，探求限制产氢产乙酸作用的主导因子，以确立解除该反馈抑制、强化产氢产乙酸菌群功能的调控策略，在厌氧生物处理的微生物生理生态学理论方面取得一定突破的同时，为进一步研发基于强化产氢产乙酸菌群功能作用的高效厌氧生物处理技术奠定基础。

与好氧生物处理技术相比，厌氧消化技术不仅处理成本低，而且可回收氢气、甲烷等可再生清洁能源，在有机废水、剩余活性污泥、生活垃圾、畜禽粪便、作物废弃物等的处理处置方面得到了广泛研究和应用。然而，厌氧消化技术也存在反应速率慢、系统抗冲击负荷能力差等不足。进一步提高厌氧消化系统的效能和运行稳定性，一直是厌氧生物处理领域的热门研究课题，对于甲烷发酵过程限速步骤的认识和攻克，则是开发高效厌氧生物处理技术的突破口。前期研究发现，营养生态位位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间的产氢产乙酸菌群，其产氢产乙酸作用对厌氧消化过程具有明显限制作用，强化产氢产乙酸菌群的功能对于进一步提高有机废水厌氧生物处理系统的效能及运行稳定性具有重要意义。课题组在传统厌氧消化理论的基础上，重点研究了有机废水厌氧处理系统中产氢产乙酸菌分解代谢的反馈调节机制及功能调控策略，取得了如下成果：(1)从分子生态学、有机物降解动力学和微生物生长动力学等方面，阐明了产氢产乙酸菌群的产氢产乙酸作用对厌氧消化过程的限制作用，丰富和发展了厌氧微生物生理生态学理论；(2)从分子水平上阐明了产氢产乙酸菌降解代谢的反馈抑制机制，为开发基于强化产氢产乙酸菌群功能的高效厌氧生物处理技术提供了理论指导；(3)确立了消减产氢产乙酸菌降解代谢反馈抑制作用的策略，提出了通过温度、pH、水力停留时间和有机负荷强化厌氧生物处理系统中产氢产乙酸菌群功能的途径和方法，为进一步开发基于强化产氢产乙酸菌群功能的高效厌氧生物处理技术奠定了基础。