SNAD/EBPR耦合工艺的微生物资源管理机制与调控策略研究

In this study, for the scientific problems of high C/N ratio, lack of biological phosphorus removal and the unclear mechanism of microbial community interaction in B-unit during HRAS- Deammonification/A-B process, the SNAD process coupled with enhanced biological phosphorus removal (EBPR) technology is proposed and the mechanism of microbial resource management and control strategy is studied. This study focus on: 1) the effects of SNAD/EBPR process parameters on microbial species and the mechanism of microbial changes through metagenomics and metabolomics analysis by using qPCR and high throughput sequencing; 2) the response mechanism of signal molecules c-di-GMP in microbial community; 3) the study of microbial species, spatial heterogeneity and the interaction between microorganisms and resources, autotrophic bacteria and heterotrophic bacteria; 4) the formation of microbial resource management mode and control strategy; 5) to achieve sustainable simultaneous biological removal of carbon, nitrogen and phosphorus, the control means include adding anaerobic hydrolysis unit to the front end, optimization of MBBR/IFAS process parameters (pH, DO, HRT and SRT), separation recycling of ANAMMOX bacteria by using the differences of AMX bacteria and heterotrophic bacteria morphology and density and elimination of heterotrophic sludge.

本项目针对HRAS-自养生物脱氮的A-B工艺存在C/N比高、缺乏生物除磷功能以及B单元微生物群落相互作用机制不明确等科学问题，提出SNAD与强化生物除磷（EBPR）耦合工艺，研究其微生物资源管理机制与调控策略。主要研究内容包括采用qPCR、高通量测序等手段，通过宏基因和宏代谢组学分析，研究SNAD/EBPR工艺参数对微生物种属的影响及变化规律；研究信号分子c-di-GMP在微生物群落中的响应机制；分析单级SNAD/EBPR耦合工艺中微生物种属、空间异质性和微生物与资源之间、自养菌与异养菌种群之间相互作用关系；形成生物资源管理模式与调控策略。通过前端增加厌氧水解单元、优化MBBR/IFAS的pH、DO、HRT、SRT等工艺参数、利用AMX菌与异养菌形貌与密度差异分离回收ANAMMOX菌、排除异养菌污泥等调控手段，达到SNAD/EBPR工艺可持续同步除碳脱氮除磷的目的。

本项目通过一体化固定膜活性污泥(IFAS)反应器，在不同pH水平下，研究了c-di-GMP对同步硝化、厌氧氨氧化和反硝化过程中微生物群落变化的影响，并实现了工艺处理主流市政污水，总氮(TN)的去除率为72%，COD的平均去除率为88%。主流废水处理的最佳COD/N比为1.2±0.2。在此基础上将SNAD与反硝化除磷(DPR)工艺耦合实现了在T=30 ℃、HRT=24 h、DO=0.45 mg/L条件下总氮，总磷和COD的去除率分别为89.15%、92.93%和99.17%。开发了硝化-厌氧-反硝化(SNAD)联合光生物反应器(PBR)工艺，以外部循环替代曝气，无需额外碳源，实现对总氮和磷的去除率分别为90%和100%。此外，设计了新型的AnammoxDeNOx 工艺同时处理烟气中的NO和市政污水，硫自养反硝化工艺用于处理石墨生产废水。项目还考察了SNAD工艺在实际工业废水处理中的应用，例如污泥硝化液、垃圾渗滤液以及海产品加工废水等，特别是通过移动床生物膜反应器(MBBR)成功启动了SNAD工艺处理污泥消化液，832m3的全尺寸厌氧氨氧化反应器平均脱氮速率为0.41 kg N/m3/d，脱氮效率达70%。在此基础上建成了国内首座处理厌氧消化沼液的两级SNAD-IFAS脱氮工程（1000 m3/d）。项目为以厌氧氨氧化为核心的低碳比污水中碳、氮、磷的处理提供了大量的工艺路线和技术参数，为厌氧氨氧化及相关工艺的推广应用提供了丰富的实践经验。