开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
一、研究背景及选题依据
精对苯二甲酸（PTA）废水成分复杂，且含有大量高浓度难降解有机物，具有一定毒性。在PTA的生产过程中会产生大量含芳香族化合物的有机废水，这些污染物如果未经有效处理直接进入环境，不仅会造成资源浪费，还会对水体土壤大气等环境造成严重危害[1]。而PTA废水本身pH值变化大、温度高、水质水量不稳定，处理难度较大，故对于PTA废水的处理也是废水治理的热点问题[2]。
目前对于PTA的废水处理技术中，包括有物化法如酸析法、膜分离法、过滤法和催化氧化法等，但处理效果相对较差， 且大多需要向废水中加入新的化学物质，易造成二次污染，故主要作为预处理手段，之后再采用生化法进行进一步处理[3]。生物法包括活性污泥法、生物膜法、好氧-厌氧法等，它主要是利用微生物的新陈代谢，通过微生物的凝聚、吸附、氧化分解等作用来降解水中的有机物，具有应用范围广、处理量大、成本低等优点。研究分析表明芳香烃有机物好氧降解速率明显高于厌氧降解速率。而好氧生物技术以好氧活性污泥为主要原料，但由于PTA废水水质不够稳定，易产生污泥膨胀，故对好氧生物技术进行一定改进，利用接触氧化法，可提高废水处理质量及处理效率，避免污泥膨胀。研究认为，此法工艺简单，无需添加碱，一般可将化学耗氧量减少96%[4]。
近年来CO2等温室气体的排放导致温室效应加重，能源危机威胁着人类的全面发展。微藻固碳，特别是光合自养条件下的固碳与转化，被认为是一种环境友好性较高的碳捕集技术，逐步受到人们的广泛关注。微藻通过光合作用，将CO2转化成油脂、蛋白质、淀粉和类胡萝卜素等生物质，有助于实现碳减排。而微藻与其他高等绿色植物相比，具有较高的固碳效率与环境适应性强、光合效率高、繁殖快等特点[5]，故在众多CO2的减排方法中，利用微藻生物固碳具有突出优势。
目前对于微藻固碳的研究，大多还尚处于实验室研究阶段，其在自然条件下的规模化培养与应用研究尚有待发展，但目前已有利用微藻固定烟气高浓度CO2和积累油脂、生产生物柴油等方面的研究[6]。实验结果显示：螺旋藻和绿藻的固碳速率可分别达到 27.O2g m-2 d-1和33.71g m-2 d-1，类胡萝卜素产率分别达到53.94 mg m-2 d-1 和 72.29 mg m-2 d-1，[7]这进一步表明微藻在CO2固定上具有一定优势与应用潜力。
活性污泥法作为目前处理工业废水应用最为广泛的方法之一，考虑到好氧活性污泥法在处理PTA废水过程中会产生大量的CO2，本课题致力于提供一种同时实现处理PTA废水和降低碳排放的新型处理策略。通过将微藻固碳技术与污水处理技术结合从而在净化污水的同时有效利用有机物矿化产生的CO2，防止大气污染，有助于缓解温室效应与能源危机。实验拟通过膜生物反应器（MBR）处理PTA废水，以PTA去除率、COD含量和pH值变化作为评价该方法可行性与有效性的重要指标。同时，利用微藻处理MBR池释放的CO2，通过考察微藻的生理变化和固碳效率，评价微藻的固碳性能。
二、研究内容、研究目的及拟解决的问题
研究内容与研究目的： 1) 本课题前期工作主要是驯养活性污泥和扩增微藻（本实验采用蛋白核小球藻） 2) 利用好氧活性污泥法（MBR反应器）处理PTA废水，考察活性污泥浓度，水力停留时间和进水负荷等因素对MBR处理PTA废水效果的影响，以PTA去除率、COD含量和pH值变化作为评价；3) 通过16Sr DNA测序技术和宏基因组测序技术分析MBR的群落结构及其功能情况，探究好氧活性污泥法处理PTA废水的作用机制；4）考察蛋白核小球藻在不同CO2浓度下(即MBR出气CO2浓度和烟道气CO2浓度)的生理效应，主要包括藻密度、生物量、叶绿素等指标；5）考察蛋白核小球藻的固碳性能，主要以CO2去除率、CO2固定效率和光合速率作为评价指标；6）研究蛋白核小球在不同CO2浓度下的固碳机制，通过代谢组学等多组学手段得到微藻固碳的代谢通路，为未来蛋白核小球藻应用于环境中碳减排提供科学依据。
拟解决问题：1）好氧活性污泥的驯养，可通过分阶段逐步提升MBR池的容积负荷和污泥负荷使活性污泥适应PTA废水，同时通过镜检等方式实时观察活性污泥状态，优化操作工艺；2）微藻的扩增培养，采用BG-11培养基进行培养，并给予合适的光照强度和培养温度，每天摇动2~3次以保证小球藻优良的生长状态；3）MBR处理PTA废水的机制及污泥群落结构的演变情况及群落功能，可通过16Sr DNA测序技术和宏基因组学测序技术进行研究分析；4)微藻固碳的生理变化过程，可通过测定微藻的生物量、叶绿素和碳水化合物等生理生化指标进行研究；5）微藻固碳的机制，可通过基因组学、转录组学和代谢组学等多组学手段进行研究。
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