好氧颗粒污泥降解有毒有机物生物强化模式构建及机理研究

针对难降解有毒有机废水的治理这一目前我国废水处理中面临的技术难点，本项目提出应用生物强化的好氧颗粒污泥体系降解该类废水的新方法。如何实现好氧颗粒化系统的快速启动和提高目标污染物的降解效率是其走向实用化的关键。本研究以氯苯胺（典型难降解有毒有机物）为模型污染物，基于选育的关键菌株在颗粒化体系中的功能模式研究，设计具有生态协同效应的混合菌株供体，构建降解有毒有机物的好氧颗粒污泥体系的生物强化新模式，分析生物强化的作用效果，考察该强化体系构建及运行过程中微生物种群的结构差异和动态变化，研究供体功能菌株与受体颗粒污泥基体形成转移结合体的动态过程，考察细胞数量、生存情况、空间分布等动态信息变化情况，探讨水平基因转移/传递的可能性，揭示生物强化的作用机理。本项目将生物强化技术融入好氧颗粒化体系，有望解决该体系用于处理难降解有毒有机废水走向工业应用的技术瓶颈，为该类废水的有效治理开辟新途径。

针对难降解有毒有机废水的治理这一目前我国废水处理中面临的技术难点，本项目提出应用生物强化的好氧颗粒污泥体系降解该类废水新方法。本研究分别以苯胺和对乙酰氨基酚（典型难降解有毒有机污染物）为模型污染物，基于好氧颗粒污泥体系关键菌株功能化模式解析，构建生物强化模式，强化反应体系的启动和降解性能。首先分别建立降解氯苯胺和对乙酰氨基酚的好氧颗粒污泥体系，反应器内完全颗粒化后，对目标污染物具备较高的降解率和矿化率；好氧颗粒污泥体系具有丰富、稳定的微生物种群结构，降解氯苯胺的好氧颗粒污泥体系主要优势菌群分别属于Ralstonia、Pseudomonas、Acidocella、Delftia、Comamons、Acidovorax等；降解对乙酰氨基酚的主要优势菌群分别属于Ensifer、Pseudomonas、Cupriavidus、Lysobacter、Sinorhizobium、Ochrobactrum等。从上述体系中选育目标污染物的高效降解菌株，选育并确定Delftia H1为关键菌株，获得该菌株对氯苯胺类混合物的降解模式，并推测该类化合物可能主要通过修饰邻位开环裂解的代谢途径；确定菌株Cupriavidus F1、Lysobacter F2和Pseudomonas fg-2为降解对乙酰氨基酚的关键功能菌株，乙酰氨基酚降解的主要中间产物为对苯二酚和对乙酰氨基酚。基于高效菌株的成功选育、各菌株、复合菌株及好氧颗粒污泥降解目标污染物的动力学行为和代谢途径，以及菌株的自凝聚/共凝聚和协同代谢特性研究，获得了好氧颗粒污泥体系关键菌株的功能化模式。结果表明，功能菌株间具有明显的协同作用效应，可强化目标污染物的降解和矿化。通过平行实验，从反应器启动时间和降解特性两个角度深入探讨其宏观强化效应，利用实时定量PCR技术从本质上揭示该生物强化模式的微观作用效应。结果表明，复合功能菌株能够强化反应体系的启动和目标污染物的降解，具有明显的强化效应；实时定量PCR结果表明，构建的功能菌株能够成为优势菌种而共存于好氧颗粒污泥体系中，进而发挥其生物强化效应。本研究将生物强化技术融入好氧颗粒化体系，有望解决该体系用于处理难降解有毒有机废水走向工业应用的技术瓶颈，为该类废水的有效治理开辟新途径。本项目共发表学术论文9篇，其中SCI论文4篇、EI 1篇。此外，作为第二导师，培养硕士研究生3名。