湖南科大在污废水生物脱氮除磷领域获进展

记者4月17日从湖南科技大学获悉，该校土木工程学院教授邓仁健和副教授侯保林团队在污废水生物脱氮除磷研究领域取得新进展。他们系统分析了饥饿胁迫条件下污废水生化处理系统中营养物质的去除规律，并从微生物生化反应过程和微生物群落结构演替规律等方面对相关机理进行解释。相关研究成果近日发表在《生物资源技术》（Bioresource Technology）。

污废水处理及资源化一直是研究热点，为深度脱除污废水中的营养物质（特别是氮、磷物质）、更好融合“双碳”目标，如何从时间、空间上创造良好厌氧、缺氧、好氧环境一直是强化生物脱氮除磷研究关注点。为了提高生物除磷效果，MSBR、JHB、氧化沟等工艺中往往设有预缺氧池，但不合理的厌氧、缺氧、好氧流程调控会造成系统氮、磷去除效能降低，甚至导致生物脱氮除磷过程的破坏，使整个生物处理系统崩溃。

该研究中，研究者利用SBR序批式实验装置，重点考察了预缺氧时间对生化处理系统营养物质去除效能的影响规律，特别是预缺氧时间较长时形成的饥饿胁迫对整个生化处理系统的影响。

研究发现，当预缺氧时间大于150 分钟时，饥饿胁迫条件产生；较强的饥饿胁迫造成脱氮效率下降27%和除磷效率降低40%，COD去除效能受饥饿胁迫影响较小。饥饿胁迫条件会影响聚磷菌（PAOs）厌氧释磷和好氧吸磷生化反应过程，PAOs无效释磷量随饥饿胁迫强度增加而升高，无效释磷降低了PAOs正常厌氧释磷过程中的释磷量和PHA能量产生量，为了维持基本生存，PAOs会调控减缓好氧代谢过程，造成好氧吸磷量的降低，导致生物除磷效率降低，因此饥饿胁迫会从厌氧释磷和好氧吸磷两个方面破坏了PAOs除磷的全过程以及生理生化过程。

同时，碳源竞争、反硝化抑制、无效释磷、微生物群落结构演替等综合作用造成了饥饿胁迫条件下脱氮除磷效能的下降，饥饿胁迫致使上一处理周期残留的氮、磷含量升高，导致下一周期一开始就形成严重的碳源竞争，缺氧段反硝化过程被抑制，脱氮效能显著降低，饥饿胁迫条件下微生物群落丰度和多样性均降低，部分脱氮除磷功能微生物在较强的饥饿胁迫条件下甚至被淘汰。

当移除饥饿胁迫后，脱氮效能得到部分恢复、除磷效能得到完全恢复，Acinetobacter 、Flavobacterium等关键功能微生物的富集和无效释磷的缓解是促进处理效能恢复的主要原因，饥饿胁迫的消除使微生物群落结构更加聚集，部分反硝化聚磷菌丰度逐渐提升，随着无效释磷的缓解，好氧吸磷量、厌氧释磷量显著提升，PAOs吸磷能力得到有效恢复。本研究结论可为MSBR、JHB、氧化沟等工艺预缺氧池的运行管理提供科学的参考依据，为完善及拓展生物脱氮除磷理论奠定基础。

“从整个生化反应过程和微生物群落结构演替的综合角度开展饥饿胁迫条件对生物脱氮除磷的影响研究是本论文的亮点之一。”该论文审稿人认为，发现关键功能微生物恢复与富集是本论文的一个主要发现，可为强化生物除磷提供研究方向，同时也在实验阶段设计和研究目的方面提出了建设性意见；研究结论对推动强化生物脱氮除磷技术发展具有重要的学术和工程意义。

此外，该研究团队前期通过耦合电化学和膜生物反应器构建的膜电生物反应器显著提升了系统处理效能和抗膜污染性能，从污泥混合液性质、电动力学过程、微生物种群结构等方面阐述了相关过程机理。研究成果亦发表在《生物资源技术》上。

该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、中国博士后科学基金的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126977

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.063