功能性载体强化低氨氮PNAnammox成膜机制及调控机理

Water eutrophication caused by the discharge of nitrogenous wastewater has become an important problem of environmental pollution in China. Biological nitrogen removal with low energy and high efficiency for low ammonium containing wastewater attracts more and more attention. This project aims to solve the issues about the partial nitrification is difficult to control, and the anammox loading rate is difficult to be improved in PNAnammox process by preparation functional carrier for ammonium ion specific adsorption, in order to form a local high ammonia environment to strengthen microbial PNAnammox substrate supply, and high free ammonia potentially inhibits NOB to promote the layered distribution of biofilm. The mechanism of PNAnammox microflora formation on the functional carrier surface and the distribution trend of microorganism in different niches of the biofilm will be clarified. The performance, mechanism and key factors of PNAnammox based on functional carrier will be revealed. Combined with the biofilm-forming process, we will explore the principle of control mechanism. This study provides new ideas and new methods for developing PNAnammox process for low ammonium nitrogen wastewater treatment.

含氮废水排放不达标导致的水体富营养化已成为我国环境污染的重要问题，低氨氮废水的节能高效生物脱氮日益受到关注。本项目拟针对低氨氮短程硝化厌氧氨氧化(PNAnammox) 过程中短程硝化难以控制、Anammox负荷难以提高的瓶颈问题，制备出对氨氮有特异性吸附、微生物固着能力强的铵离子筛功能性载体，以期形成局部高氨环境强化对PNAnammox微生物的底物供给，高游离氨生物膜区域抑制NOB强化短程硝化，促进生物膜的成层分布。阐明PNAnammox菌群在功能性载体表面的成膜机制，以及微生物在反应器不同生态位的分布规律，揭示功能性载体强化PNAnammox脱氮的效能、机制和关键影响因素，结合成膜过程探索调控机理。本研究为发展处理低氨氮废水的PNAnammox工艺提供新思路和新方法。

随着经济社会的发展，生活污水C/N逐年降低，难以用传统硝化反硝化工艺实现总氮去除。短程硝化厌氧氨氧化（PNAnammox）是新一代污水生物脱氮技术，具有低碳、高效、节能和环境友好的优势。但是低氨氮PNAnammox过程中短程硝化难以控制、Anammox负荷难以提高。在项目执行期内，项目组制备了对氨氮有特异性吸附、微生物固着能力强的功能性载体，形成局部高氨环境强化为PNAnammox微生物供给底物，高游离氨生物膜区域抑制硝化细菌强化短程硝化，提高了PNAnammox工艺脱氮的稳定性。项目总体进展顺利，具体阐述如下：（1）制备了对氨氮有吸附能力的蒙脱石功能性载体，探究了其增强PNAanammox微生物表面附着成膜的分子机制，为研究低氨氮条件下短程硝化的稳定控制提供了吸氨载体的思路和方法。（2）制备了高经济性具有氨离子筛功能的天然沸石功能载体，提出了利用功能性载体加快受饥饿影响厌氧氨氧化菌性能恢复的技术和方法，基于多生物组学分析了功能性载体PNAnammox 成膜机制。（3）设计制备了可悬浮于水中、利于基质和溶解氧传递的吸氨复合载体，实现了城市污水（12吨/天）短程硝化-厌氧氨氧化工艺的稳定运行，节省了50%的能耗。本研究阐明了PNAnammox菌群在功能性载体表面的成膜机制以及微生物在反应器不同生态位的分布规律，揭示了基于功能性载体强化PNAnammox的效能、机制和关键影响因素，结合成膜过程探索了调控机理。本研究不仅为深入认识功能性载体吸附—微生物解吸的生物膜系统提供理论依据，而且为发展处理低氨氮废水的PNAnammox工艺提供了新思路和新方法。项目执行期间，共发表SCI论文12篇，其中影响因子大于10的SCI论文7篇，申请了发明专利2项，培养硕士、博士研究生5名，基本完成了项目初期所设定的研究任务，实现了研究目标。