中文摘要：

生物除磷过程是目前污水生物除磷的主要技术手段之一。主要是依靠聚磷菌通过厌氧释磷和好氧吸磷两个过程来完成，最终通过排除好氧段末的富磷污泥达到除磷的目的。磷在聚磷菌体内主要以聚磷的形式存在，同时在微生物胞外聚合物(EPS)中也发现有显著的磷存在。因此，探讨胞外磷的存在形态及其对强化生物除磷过程的影响，是了解生物除磷过程的微观机制的重要途径，可为完善现有生物除磷过程机制提供科学依据。本申请项目拟表征生物除磷过程中微生物胞内和胞外磷形态、分布及在厌氧/好氧交替过程中的变化趋势，探索EPS在生物除磷过程的微观作用机制，完善现有对生物除磷过程的认识；同时在活性污泥数学模型基础上，建立描述生物除磷过程中EPS作用的数学模型，实现生物除磷过程的调控，为提高系统除磷能力、实现废水生物除磷系统的高效稳定运行提供理论依据和技术指导。

结论摘要：

强化生物除磷过程是目前污水生物除磷的主要技术手段，其中在此过程中，聚磷菌PAOs是其中关键的微生物。在其微生物胞外聚合物(EPS)中也发现有显著的磷存在。这些胞外磷的来源、在厌氧/好氧交替的除磷过程中形态变化、及其对除磷过程的影响目前还不十分清楚。因此，探讨胞外磷的存在形态及其对生物除磷过程的影响，可为完善现有生物除磷过程机制提供科学依据。本项目通过表征生物除磷过程中微生物胞内和胞外磷形态、分布及在厌氧/好氧过程中的变化趋势，探索EPS在强化生物除磷过程的微观作用机制，完善现有强化生物除磷机理，为实现废水生物除磷系统的高效稳定运行提供理论依据和技术指导。在国家自然科学基金的资助下，项目负责人根据研究方案内容，申请者拟采用理论分析和试验研究相结合的思路，结合反应器的运行，建立了分析强化生物除磷过程中胞内和胞外磷的存在形态和分布的新方法，建立了胞内和胞外磷的存在形态的新31P 核磁共振光谱技术，分析了EPS中胞外磷的含量和赋存形态， 证实了EPS中磷的存在形态复杂，主要以正磷、焦磷和聚磷三种形式存在，并提出了适宜EBPR污泥中EPS的提取方法；分析了EPS与聚磷及其他污染物的相互作用，发展了表征EPS和污染物之间的相互作用的新方法，认识了EPS与polyP之间的非共价相互作用；分析胞内胞外EPS中P的赋存形态和含量变化，发现EPS对不同形态磷的累积能力对于磷在EBPR体系的高效去除过程中发挥了重要作用，EPS可以作为一个动态磷储存库在生物除磷中起到关键作用，阐明了EPS在EBPR系统除磷中的作用机制，修正了EBPR生化代谢模型，完善现有对生物除磷过程的认识；进一步分析了在EBPR过程中其中重要作的Ca2+对PAOs代谢过程的影响，认识了胞外EPS中Ca沉淀和胞内Ca-polyP形成导致可利用的Mg/K-polyP的减少，导致导致PAOs代谢方式由PAM向GAM转变，钙离子诱导下的聚磷菌生化代谢途径转变机制。该课题的研究为实现EBPR的调控，为废水强化生物除磷系统的高效稳定运行提供理论依据和技术指导。该项目资助成果已在国际SCI刊物发表论文10篇，其中1篇发表在环境领域最有影响力的杂志Envionmental Science & Technology上，3篇发表在Water Research上。