基于微磁载体的新型微生物聚集体的培育及其生态学特性解析

污水生物处理的效果主要由活性污泥的性能决定，而污泥中的微生物是去除污染物的主体。污水生物处理技术的核心是利用微生物的代谢能力来降解水中的污染物。本项目首先以普通活性污泥为研究对象，探索基于微磁载体技术培育新型污泥聚集体同时提高微生物代谢活性的方法，并利用分子生态学、酶学及相关技术手段，对微生物群落生态结构、调控微生物主要营养物质摄取的生态酶活性等方面进行研究，以揭示其作用机理；其次利用表面修饰技术，建立磁载体与高效脱氮菌相结合的生物增强模式，并对其强化脱氮性能进行应用基础研究，对污泥中羟胺氧化酶的演变进行蛋白质组学研究。本项目力图从微观的分子水平与宏观的工艺水平相结合的角度探索发挥微生物磁效应的新途径，并建立以微磁载体为核心的污水生物强化处理技术。同时，为现有传统污水生物处理工艺的改造提供新的思路和理论技术支持。

本项目采用分散聚合工艺，成功地制备出了可用于活性污泥微生物固定化的多孔磁性聚苯乙烯载体，具有超顺磁性，平均粒径为196.90μm，比饱和磁化强度为3.49emu/g，聚合中磁粒子的晶体结构没有改变，且没有发生团聚现象。首先以2个平行运行的SBR反应器为研究平台，探索基于微磁载体技术培育新型污泥聚集体的方法。结果表明：在系统运行初期，投加了微磁载体的M反应器系统对污染物的去除效果明显优于未投加微磁载体的S反应器，可有效缩短反应器的启动周期。但其无法刺激聚磷菌的快速生长。培育成功的新型微生物聚集体颗粒化速度和程度较高，且具有磁响应性。后期扫描电镜分析结果可见，在微磁载体表面形成了大量的孔隙结构，为微生物的栖息繁殖提供良好的生存空间，使得大量的球状菌得以填充和聚集，而丝状菌起到了搭建微生物聚集体骨架和支撑结构的作用。通过水解模式底物测定的方法，对两反应器中污泥酶活性的变化进行研究。结果表明，M反应器中污泥的β-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶的活性都比S反应器内污泥的高，而对于碱性磷酸酶的活性，两反应器污泥间无显著差别。说明微磁载体的投加有助于提高微生物系统中降解有机物和氨氮类相关酶的活性。对微生物群落动态分析的结果显示，微磁载体的投加可以提高反应器系统内的微生物多样性。其次建立了微磁载体与高效脱氮菌相结合的生物增强模式，对其强化脱氮性能进行应用基础研究，并对微磁载体提高特定微生物群落竞争力的效果进行了分子生态学研究。结果表明，这种增强模式可以提高污水中氨氮的去除效果，在较长时期内保持投加菌的优势地位，延缓其流失的进程。总之，本项目从微观的分子水平与宏观的工艺水平相结合的角度探索发挥微生物磁效应的新途径，并建立以微磁载体为核心的污水生物强化处理技术。