梁继东  (教授)

专利技术简介：

• Anammox颗粒污泥培养及脱氮性能

在UASB反应器中，成功培育出沉降性良好的高品质Anammox颗粒污泥（见图3），SEM分析发现颗粒污泥中聚集的微生物表面形成了规则的EPS网络覆盖，剖面原位荧光标记分析发现α-D-吡喃葡萄糖多糖呈网络骨架贯穿整个颗粒，PN填补其中，β-D-吡喃葡萄糖多糖则聚集在外缘；EEM分析发现EPS的主要成分为类腐殖酸和类血红素蛋白。综上，PN、PS和类腐殖酸等EPS促进了AnAOB的有效截留，利于高强度高活性颗粒污泥的培养；反应器内Unclassified Candidatus Brocadiaceae（AnAOB优势菌属）的分布丰度由接种污泥的13.21%增加到稳定运行期的70.16%。反应器氮去除率（Nitrogen Removal Rates, NRR）最高达到13.9±0.5 kg-N·m^-3·d^-1，达到了先进的高效能脱氮水平。

图3 反应器内载体颗粒污泥形貌及菌群分布（属水平丰度前20%）

注：EPS荧光染色：β-D-吡喃葡萄糖多糖，蓝色；a-D-吡喃葡萄糖多糖，绿色；PN，红色；EEM：C1：类腐殖酸，C2：类血红素蛋白

• 部分硝化-Anammox颗粒污泥培养及脱氮性能

通过DO调控，成功培育出部分硝化-Anammox同步自养脱氮颗粒污泥（如图4），左图为菌群叠加效果，生物膜外层为微氧缺氧区，优势菌群为AOB（红色），反应过程为亚硝化；内层为厌氧区，优势菌群为AnAOB（绿色），反应过程为Anammox。此外，通过DO调控能有效抑制NOB的竞争，仅观察到少量NOB分布在颗粒污泥外缘（紫色）。可见，沿颗粒污泥径向形成的DO梯度为AnAOB和AOB的协同共生创造了适宜的生境，最终达到AnAOB和AOB功能菌群的协同高效自养脱氮，当进水NH₄⁺-N浓度为50-150mg·L^-1，TN去除率高达93%，实现了超低碳含量中等浓度氨氮废水的低碳低能耗高效脱氮。

图4 基于FISH分析的颗粒污泥中AOB、AnAOB、NOB的空间分布特征

（A：AOB、AnAOB、NOB叠加；B：绿色，AnAOB；C：红色，AOB；D：紫色，NOB）

• 部分反硝化颗粒污泥的培养及氮转化性能

通过进水C/N调控（ΔCOD/ΔNO₃^--N在3.0-3.3之间），在SBR反应器中成功培育出高活性的部分反硝化颗粒污泥（PDGS）。经过90d的培育，污泥由分散絮体逐步形成~5mm的类水凝胶形貌的大颗粒（见图5），NO₃^--N的比还原活性由422.44 mg-N·g-VSS^-1·d^-1提升为3038.56 mg-N·g-VSS^-1·d^-1，NO₃^--N转化为NO₂^--N的效率>90%。根据颗粒污泥表面性能与热力学参数，随着污泥颗粒化，其表面疏水性增强，表面电荷降低，菌体间排斥力降低；表面张力提升，表面自由能降低，自发团聚作用增强。高活性PDGS的培养为部分反硝化耦合Anammox的低碳低能耗生物脱氮奠定了特种功能菌群的富集培养基础。

图5 PDGS形貌与性能

创新性与科学价值：

相比于悬浮污泥，颗粒污泥具有生物量密集和抗冲击能力强的显著优势，能够显著提升反应器的处理负荷，提高处理效率，减少水力停留时间，进而减少建筑体积和占地面积。基于颗粒污泥开发的高效生物反应器（如UASB、EGSB和IC等）在水处理领域占有的市场份额逐年提升，其成功和稳定运行的关键在于颗粒污泥的培养。

本研究提供了具备不同功能的颗粒污泥的快速培育方法。一方面，多孔凝胶有利于具有粘附作用的EPS的截留，EPS既能为微生物提供对的缓冲层，又能在微生物饥饿时提供碳和能量，对促进颗粒污泥的形成和长期稳定具有重要作用。另一方面，通过生物载体配合工艺参数（如DO、进水C/N）调控，可为具有不同底物需求和生长动力学的多种功能微生物的协同共生创造生态位，以维护特种功能微生物的竞争优势，从而为构建针对不同水质的新型水处理工艺提供了功能微生物基础。

授权发明专利：

• 梁继东、王金兴、孙莉、宁有丰. PVA基凝胶珠促进厌氧氨氧化污泥颗粒化的培养方法，[P]. 中华人民共和国国家知识产权局, 2020.10.27，中国，ZL 2019 1 0343681.4
• 梁继东、王金兴、孙莉、宁有丰. 一种PVA凝胶珠共培养亚硝化厌氧氨氧化颗粒污泥的方法[P]. 中华人民共和国国家知识产权局, 2021.08.13，ZL 2019 1 0704103.9
• 梁继东;宁丁莹;郭吾科;何浩宸.一种高活性部分反硝化颗粒污泥的培养方法.ZL 2022 1 0718911.2

代表性成果：

1. Jinxing Wang, Jidong Liang*, Insight: High intensity and activity carrier granular sludge cultured using polyvinyl alcohol/chitosan and polyvinyl alcohol/chitosan/iron gel beads. Bioresource Technology, 2021, 326: 124778
2. Jinxing Wang#, Jidong Liang*,#, Li Sun, Gaigai Li, Hardy Temmink, Huub.H.M. Rijnaarts. Granule-based immobilization and activity enhancement of anammox biomass via PVA/CS and PVA/CS/Fe gel beads. Bioresource Technology, 2020, 309: 123448