双功能无纺布-复合生物反应器中好氧/厌氧氨氧化耦合脱氮机理的研究与模拟

限氧自养脱氮（OLAND）是一种高效、经济和技术可行的脱氮方法。本项目拟在自行设计反应器的基础上，研究悬浮生长的好氧氨氧化（AOB）菌和附着生长的厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌协同完成自养脱氮的机理。本项目采用批式实验、分子生物学分析和活性污泥数学模型模拟等手段研究OLAND脱氮过程中AOB和ANAMMOX菌群的氨氧化动力学，并阐明耦合脱氮机理。通过微电极原位测试和基质扩散与降解模型模拟，在微观层面上揭示基质在生物膜内部的迁移、转化规律以及生物膜中各功能菌群的分布规律、共生关系等；同时，明确基质传质与生物膜性质（孔隙率、厚度等）之间的相互关系，揭示生物膜强化传质在OLAND工艺中的重要意义。通过以上研究，探明AOB菌和ANAMMOX菌的耦合脱氮机理，确定实现OLAND工艺高效脱氮的策略与方法，并为开发和应用新型、高效、低成本的污水自养脱氮技术提供理论依据。

在NSFC青年基金的资助下，项目组成员借助中山大学的科研条件，通过3年的科研努力，顺利完成了该项目的主要研究内容，基本达到了预期研究目标。基于强化污染物在生物膜内部的传质，项目组成员通过整合MBR和传统生物膜工艺提出了一种新型反应器—NWHBR，优化了反应器的运行参数，并实现了高效同时硝化反硝化过程；构建了NWHBR厌氧氨氧化工艺，确定了关键厌氧氨氧化菌种，实现了“膜”的无污染长期稳定运行；借助MBR顺利启动和稳定运行了亚硝化工艺，采用高通量测序技术分析了好氧氨氧化菌的富集规律；系统研究了水体中腐殖酸对好氧/厌氧氨氧化过程及其功能菌群的影响机制；采用红外光谱和XPS等先进手段分析了好氧/厌氧氨氧菌胞外聚合物的关键组成；借助差异UV-vis光谱和光谱参数分析了典型金属离子和自养脱氮菌胞外聚合物的相互作用。这些研究成果有望为自养脱氮工艺的实际应用或优化运行提供理论依据和技术指导。在该项目资助下，项目组成员已发表SCI论文4篇，包括环境工程领域最有影响力的杂志Biotechnology & Bioengineering (1篇)、Water Research (2篇)和膜分离领域重要刊物Journal of Membrane Science (1篇)。 课题组成员申请国家发明专利2项，其中1项已获授权。已培养3名硕士毕业生、1名博士毕业生，其中1人获2013年“广东省优秀硕士论文”。