本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于功能微生物调控的低温环境低氨氮污水短程硝化反硝化高效生物脱氮的方法。
背景技术：
1、中国城镇污水处理厂主要采用传统硝化反硝化生物脱氮技术，也是目前最经济高效、应用最普遍的技术。污水处理系统中的氮素转化微生物以嗜温型为主，最适生长温度为25-30℃。然而中国北方城镇污水处理厂冬季水温普遍低至15℃以下，低温直接制约了硝化反硝化过程中的氨氧化过程，导致北方城镇污水处理厂冬季面临出水氨氮和总氮易超标的难题，不得不以高能耗、高药耗为代价实现污水达标排放，与“双碳”目标形成鲜明矛盾。因此，当前需要采取节能高效的运行策略以确保污水稳定达标排放。
2、污水处理系统是多菌群共生体系，微生物在生长过程中会向环境中释放信号物质，并通过感知其浓度变化调控代谢功能表达。信号物质是环境中的公共代谢产物，其驱动了细胞间的交流合作，该过程被称为胞间通讯行为，被认为是微生物间建立微生态关系的通用方式。胞间通讯过程参与调控微生物的代谢、聚集、运动等生物过程，在厌氧氨氧化系统中，功能信号物质c6-hsl和c8-hsl参与三羧酸循环、氨基糖合成和核苷酸糖代谢等过程，促进相关基因活性表达，加速胞外物质分泌，导致系统脱氮能力从22.2%分别增加到74.6%和76.2%。通过外源添加功能信号物质进而靶向调控微生物间的胞间通讯行为能够有效的控制生物脱氮效率低、出水氨氮和总氮难达标等问题。然而，相关策略应用成本高，且信号物质在复杂系统中易发生淬灭，难以持续性发挥功能。因此，针对活性污泥体系中氨氧化过程的胞间通讯网络，通过提高功能信号物质产生者的丰度，促进功能信号物质的分泌，以此强化氨氧化活性，提高污水生物脱氮效能。
3、序批式生物膜反应器（sbbr）在低温脱氮中的应用已有研究，但通常需要优化填料尺寸、填充率或结合其他技术（如磁场）。现有低温脱氮技术主要包括传统硝化反硝化、短程硝化反硝化（pnd）、厌氧氨氧化（anammox）等。但这些方法在低温下存在效率下降、运行不稳定、需要高能耗或外源碳源等问题。例如，传统方法在低温下氨氧化菌活性受抑制，导致出水不达标；anammox在低温下启动困难，且处理低浓度污水效果差。此外，现有技术中，外源添加信号物质（如ahls）虽然能提升脱氮效率，但成本高且信号物质易降解。铜绿假单胞菌作为一种活性污泥微生态体系中的常见菌种是氨氧化过程胞间通讯网络中的核心菌种，能够分泌c6-hsl、c8-hsl、c10-hsl以及绿脓素等多种功能信号物质，并且相关研究已经证实c6-hsl和c8-hsl能够显著提升生物脱氮效能。通过对23个污水厂的冬季活性污泥样本分析发现，活性污泥体系中与氨氧化过程相关的微生物主要以 nitrososphaera和 nitrosomonas为优势种群，而 nitrosomonas europaea能够利用c6-hsl、c8-hsl和c10-hsl等信号分子。绿脓菌素是一种具有生物活性的吩嗪色素，是一种一氧化氮的拮抗剂，能够消除氨氧化菌代谢过程中产生的一氧化氮。一氧化氮潜在的会抑制氨氧化菌胞内相关酶的表达，导致氨氧化菌的丰度降低。同时，绿脓菌素能够抑制亚硝酸盐氧化菌体内亚硝酸盐氧化还原酶的表达，导致亚硝酸盐氮累积。因此，通过向活性污泥体系中投加附着铜绿假单胞菌的生物膜载体，提高活性污泥体系中功能信号物质产生者的丰度，调控活性污泥体系中氨氧化过程的胞间通讯行为，强化活性污泥氨氧化活性，提升亚硝酸盐累积率，实现短程硝化反硝化，进而提高生物脱氮效率。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于功能微生物调控的低温环境低氨氮污水短程硝化反硝化高效生物脱氮的方法，发现通过添加附着铜绿假单胞菌的生物膜载体能够提高活性污泥的氨氮去除率和亚硝酸盐累积率，铜绿假单胞菌能够分泌功能信号物质调控氨氧化细菌的氮代谢，并且能够消除氨氧化细菌代谢过程中产生的一氧化氮，避免一氧化氮对氨氧化细菌活性的抑制，同时也能抑制亚硝酸盐氧化细菌体内亚硝酸盐氧化还原酶的表达。
2、本发明的目的通过如下技术方案实现：
3、一种基于功能微生物调控的低温环境低氨氮污水短程硝化反硝化高效生物脱氮的方法，步骤如下：
4、将载体材料在铜绿假单胞菌纯培养体系中挂膜，形成附着铜绿假单胞菌的载体；将被附着后的载体投加至活性污泥反应器中，其体积占反应器有效容积的12.8%-16.0%；采用序批式运行方式包括好氧硝化段和缺氧反硝化段，通过铜绿假单胞菌分泌的功能信号物质强化氨氧化活性并抑制亚硝酸盐氧化，实现短程硝化反硝化脱氮。
5、作为本发明更优的技术方案，将载体材料在铜绿假单胞菌纯培养体系中挂膜具体如下：
6、将铜绿假单胞菌冻干粉在nb培养基中活化后转接至lb培养基，培养24-48h后作为浓菌液使用；在lb肉汤培养基接种浓菌液培养24-48h，将载体材料分组投加至lb肉汤培养中挂膜培养2-3周，挂膜培养结束后，载体表面整体为淡绿色，有粉红色点状菌落生长。
7、作为本发明更优的技术方案，所述的载体材料为无纺布。
8、作为本发明更优的技术方案，所述的被附着后的载体的体积占反应器有效容积的14.4%。
9、作为本发明更优的技术方案，所述的活性污泥反应器的进水溶解氧浓度为2.00mg/l以上。
10、作为本发明更优的技术方案，所述的活性污泥反应器的进水基质含有37.63-29.63 mg/l的nh4+-n和107.56-92.19 mg/l的cod，ph为7.5-8.5。
11、作为本发明更优的技术方案，所述的活性污泥反应器内的污泥浓度为1710.06-4175.68mg/l。污泥浓度mlss指的是污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体浓度
12、作为本发明更优的技术方案，所述的活性污泥反应器为序批式生物膜反应器。
13、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
14、本发明能在28℃、18℃、14℃以及10℃条件下实现活性污泥氨氧化活性的强化和亚硝酸盐累积率的提升，从而使反应器达到更好的脱氮效果。
15、本发明从微生物胞间通讯机制切入，通过提高氨氧化过程胞间通讯网络中的核心物种丰度，提升反应器内功能信号物质浓度，进而调控氮素转化相关功能微生物，从根本上实现了生物脱氮效能的提升。
16、本发明在提升氨氧化活性的同时实现了80%以上的亚硝酸盐累积率，并且在15℃下能够长期稳定运行。本技术提出一种能够强化氨氧化活性并实现短程硝化的高效稳定策略，在10-14℃的低温条件下仍然能够长期稳定，极大地提高了生物脱氮效率，更有利于为强化实际污水处理的生物脱氮效果提供借鉴。所投加的附着铜绿假单胞菌的生物膜载体能够分泌功能信号物质调控氨氧化菌的氮代谢以及物种丰度，同时也能抑制亚硝酸盐氧化菌体内亚硝酸盐氧化酶的表达。
17、本发明涵盖10-28℃的宽温度范围，适用于我国北方冬季污水处理（水温常低于15℃），且对进水cod（100 mg/l）和氨氮（30 mg/l）的适应性较强。序批式生物膜反应器（sbbr）已在实际工程中验证稳定性，易于推广。