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厌氧颗粒污泥因其诸多优点而被广泛应用于废水处理系统,但较长的培养周期却始终制约其进一步推广,开发快速培养厌氧颗粒污泥的新技术已迫在眉睫。本研究通过调查3种典型工业废水处理厂的厌氧颗粒污泥,探明关键信号分子的空间分布；通过定向投加相应信号分子考察厌氧颗粒污泥的特性变化,识别其作用规律。在此基础上研究不同pH、有机负荷冲击及氮供应失衡条件下信号分子与厌氧颗粒污泥的相互关系及作用规律,并运用群体感应理论设计群体感应调控器,加速厌氧污泥的颗粒化进程,为厌氧颗粒污泥的培养技术提供新思路。本文主要研究结论如下：(1)通过研究3种典型工业废水处理站的厌氧颗粒污泥,探明其中3大类信号分子在颗粒污泥中的空间分布规律,其中70-90%的可扩散信号因子(diffusible signal factor, DSF)分布在泥相,多于80%的自诱导物-2(auto-inducer-2, AI-2)分布在水相中,超过半数的短、中酰基链N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones, AHLs)趋向于水相,但长酰基链AHLs更倾向于围绕在颗粒污泥附近。分子量、水溶性或脂溶性等信号分子理化特性可能是决定信号分子不同分布规律的主要原因。(2)通过外源添加关键信号分子到厌氧颗粒污泥体系中,明确了各类信号分子对颗粒污泥主要特性的作用规律。N-hydroxybutanoyl-homoserine lactone (C4-HSL)有助于促进厌氧颗粒污泥外层胞外聚合物(extracellular polymer substances, EPS)的分泌,其中主要增加蛋白(PN)含量,且C4-HSL的促进作用大小与其浓度成正比,但对内层EPS作用不显著。AI-2有助于促进厌氧颗粒污泥内外层PN的合成,且仅对颗粒外层的多糖(PS)合成有促进作用。DSF对厌氧颗粒污泥EPS的作用主要体现在抑制外层蛋白的合成,同时对外层多糖和内层蛋白的合成也有部分抑制作用,同时污泥表面疏水性(Relative hydrophobicity, RH)随EPS含量的下降而降低。(3)对在不同环境条件下信号分子对厌氧颗粒污泥的作用规律研究,发现在不同pH条件下,各类AHLs对EPS的调控作用不显著,EPS的合成主要以AI-2的促进作用为主,DSF对其的抑制作用相对较小。中性偏碱条件下,AI-2含量的增加与DSF含量的减少共同调控颗粒污泥,提升污泥的RH和颗粒强度,使颗粒污泥粒径增大,颗粒形态更完整。酸性条件下AI-2含量减少与DSF含量的增加共同调控颗粒污泥,使其RH和颗粒强度下降,迫使颗粒污泥发生退化。(4)在2倍和3倍有机负荷(OLR)冲击期间,厌氧颗粒污泥中C4-HSL和N-3-oxo-hexanoyl-homoserine lactone (3-oxo-C6-HSL)含量下降,而N-hexanoyl-homoserine lactone (C6-HSL)的含量随冲击强度的增加而上升,并在恢复OLR期间下降；AI-2含量随OLR冲击时间持续而逐渐下降,而当冲击结束后又恢复上升,但DSF含量的变化趋势与AI-2恰恰相反。在2倍OLR冲击(适当冲击)下,主要由C6-HSL和AI-2参与促进内、外层EPS的增加以减缓负荷冲击对污泥的不利影响；3倍OLR冲击(过量冲击)对颗粒污泥的负面作用促使分泌大量DSF参与抑制污泥PN的合成,进而迫使污泥解体以适应过量冲击的环境。在上述OLR冲击下,AI-2含量的减少与DSF含量的增加共同调控颗粒污泥,使其RH显著下降,进而减弱污泥的颗粒强度,加速颗粒污泥的退化与粒径的减小。(5)在碳／氮(C/N)为200：1和200：20两种氮供应失衡条件下,厌氧颗粒污泥中AHLs均经过一个先增加后回落的变化过程,同时两个氮供应失衡条件使DSF含量上升并与AI-2含量的变化过程相反。在富氮条件下,C4-HSL和C6-HSL调控促进外层(LB-) PN含量的增加以抵制富氮条件的抑制作用；而在贫氮条件下,C4-HSL、AI-2及DSF可能共同作用于污泥EPS (PN和PS)的合成,并最终增加外层EPS的含量以维持颗粒污泥的结构稳定性。在上述氮供应失衡条件下,AI-2含量的下降与DSF含量的上升使污泥的RH和颗粒强度都产生了显著下降,最终使得富氮和贫氮条件下的颗粒污泥发生退化及粒径减小。(6)基于上述研究结果,运用群体感应理论设计群体感应调控器,进行厌氧污泥快速颗粒化研究。通过增加AI-2含量调控厌氧污泥能同比提高PN和PS含量,提升RH及颗粒粒径,有效加速厌氧污泥的颗粒化过程。通过增加C4-HSL浓度调控厌氧污泥能同比提升RH及颗粒粒径,使污泥的颗粒化过程提前。在本实验的浓度条件下AI-2对污泥颗粒化的促进作用显著优于C4-HSL。